[发明专利]利用角位移传感器的数显视窗改进成的数字分光计装置

说明书

技术领域

本发明创造的设计是一种利用角位移传感器的数显视窗改进成的数字分光计装置，属于光学测量技术领域。 

背景技术

大学物理实验中分光计的使用实验是重要的基础光学实验；常用的实验有使用分光计测量三棱镜的顶角、三棱镜的折射率，利用分光计测量光栅常数、测量光源波长的实验。在分光计的使用实验中，测量分光计的角度示值时常常会因四个部分在同轴旋转中出现各个轴心漂移的现象，尽管有对称的A、B窗角度显示用于校正偏心引起的部分读数误差，但也无法削减多个偏心现象的存在。 

利用分光计测量角度或角度函数的物理量时，分光计的光学水平调整与测试是一项繁重的细致工作，这是分光计正常工作的前提。由于机械式的读数窗口是由角度盘和角分度盘二部分组成的，这二部分是共轴的；读数时存在示值误差，所以调整与测量时的共轴异心偏差都会影响到测试的正确度。 

通过角位移传感器的数显视窗系统对机械式角度视窗分光计进行改进的装置，消除了机械式的读数窗口的角度盘和角分度盘二部分装置；使得分光计的多个共轴结构得以消减。 

通过角位移传感器对分光计的机械式角度视窗结构进行消减后，实验的操作功能相对简洁明了；测量装置的系统误差来源也大为减少。改进装置的共轴结构仅由内装角位移传感器的望远镜转动轴和载物台支撑轴组成；这二个转动轴共轴。测试时，仅需二步操作；即先转动望远镜到与平行光管共光轴时锁紧载物台与平行光管的紧固螺钉，并将数字角度视窗清零，然后松开载物台与望远镜的紧固螺钉，左右转动望远镜到观测点；记录该观察点的数显窗口的角度示值，取多次测量的平均值。 

发明内容

本装置的发明目的是一种利用角位移传感器的数显视窗改进成的数字分光计装置。

本发明提出的一种利用角位移传感器的数显视窗改进成的数字分光计装置，是基于角位移传感器的数显视窗系统，对机械式对称的A、B窗角度显示结构进行数显系统的改造。消除了机械式视窗的角度盘和角分度盘装置；使得分光计由四个转动轴共轴变为二个转动轴共轴，共轴结构得以消减。 

本发明创造的由二个转动轴共轴主件构成的分光计数显角度视窗系统的装置，是由内装角位移传感器的望远镜转动轴（有的现存分光计的望远镜转动轴需要改造成管式转动轴方可内装角位移传感器）和载物台的支撑轴组成。 

本发明的数字分光计的核心结构件是将微型化的传感器输出变送器与表头嵌入望远镜的转动臂上并与望远镜转动臂融为一体。在测试时，仅需二步实验操作；即先转动望远镜到与平行光管共光轴时锁紧载物台与平行光管的紧固螺钉，然后松开望远镜与载物台的紧固螺钉，左右转动望远镜到观测点；记录该观察点的数显角度窗口的示值，取多次测量的平均值。 

本发明的数字分光计装置主要是由底座、转动轴内装角位移传感器的阿贝望远镜、支撑轴与望远镜转动轴共轴的载物台、与望远镜光轴共轴的平行光管组成。由于改进成数显角度视窗装置后的分光计在读数时，因载物台固定时就只有单一的望远镜在转动并可观察角度；故原来用于校正转动轴偏心的对称A、B窗角度显示就没有存在的必要，也就真正消减了因多个共轴存在偏心而引起的实验系统误差。数显角度视窗系统的测试灵敏度高，响应快；系统的测量准确度高。 

附图说明

图1所示是组成本发明的一种利用角位移传感器的数显视窗改进成的数字分光计装置（注：因改进装置只在机械式角度视窗的分光计上安装一个角位移传感器的数显系统，并未将机械式角度视窗的角度盘和角分度盘结构消除；所以在图片1中的新型数字分光计的实体结构还未进行商业化瘦身）。 

图2所示是组成本发明装置中的角位移传感器的数显系统（产品化的发明数字分光计应是将微型化的传感器输出变送器与表头嵌入望远镜的转动臂并与望远镜转动臂融为一体）。 

具体实验方法

实验1，反射法测三棱镜顶角α

调整分光计载物台的光学水平，望远镜光轴和平行光管光轴重合，并与转动轴垂直；将三棱镜放置载物台上，三棱镜的高线与望远镜光轴平行；打开光源，固定载物台，然后转动望远镜，并在三棱镜的左右分别测得三棱镜顶角反射光时的角度θ₁和θ₂；得到顶角α=（θ₁-θ₂）/2；，取多次测量的平均值。

实验2，光栅法测各色光的波长λ 

调整分光计载物台的光学水平，望远镜光轴和平行光管光轴重合，并与转动轴垂直；将光栅放置载物台上，光栅的法线与望远镜光轴平行；打开光源，固定载物台，读取望远镜光轴与平行光管的光轴重合时（正入射）的中心角度；然后转动望远镜，并在光栅的左右分别测得经光栅衍射的各色光在k级时的角度θ_±k；得到λ=dsinθ_k/k。