[发明专利]牛顿环干涉条纹计数装置及计数方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种牛顿环干涉条纹计数装置及计数方法，属于物理光学领域。

背景技术

牛顿环是光的一种干涉图样，是一些明暗相间的同心圆环。大学物理实验中用一个曲率半径很大的凸透镜和平面玻璃接触，在平行单色光下照射时，用显微镜可以看到以接触点为圆心，其周围为一些明暗相间的同心圆环的现象。

牛顿环中这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。实验中使用读数显微镜观察干涉条纹，需要记录几十级次的条纹距离，数起来很不方便，容易出现数错，数乱的现象，给实验带来不便。

发明内容

为此，本发明公开了一种牛顿环干涉条纹计数装置，具有：支架、钠光灯、牛顿环仪、半反半透镜、开合窗、传动鼓轮、主显示器、传动杆、机箱、定栅、动栅、光电传感器、电源、液晶屏控制电路、光电调节电路、容栅传感集成电路和CPU控制电路，其特征在于，牛顿环仪放置在支架上；钠光灯发出平行入射的单色光，在牛顿环仪之间的空气层上下表面反射形成干涉条纹，透过半反半透镜后，照射入开合窗；转动传动鼓轮带动传动杆左右移动；光电传感器对准开合窗，采集明暗干涉条纹信息，检测出其接收到的光强的变化量，转换为电信号并输入到光电调节电路，进行数据处理；定栅固定在传动杆上，动栅与光电传感器一起，随传动杆左右移动；容栅传感器则把机械位移量转变成电信号的相位变化量，然后送给容栅传感调节电路进行数据处理；CPU，对液晶屏的内部寄存器、显存操作控制处理，使条纹距离信息通过接口和电缆传输到容栅传感集成电路上，通过显示屏显示出条纹个数和距离信息来在液晶屏上显示出条纹个数和距离。

本发明还公开了一种牛顿环干涉条纹计数方法，其特征在于：（1）钠光灯发出平行入射的单色光，在牛顿环仪之间的空气层上下表面反射形成干涉条纹，透过半反半透镜后，照射入开合窗；（2）转动传动鼓轮带动传动杆左右移动；（3）采集明暗干涉条纹信息，检测出其接收到的光强的变化量，转换为电信号并输入到光电调节电路，进行数据处理；（4）动栅与光电传感器一起随传动杆左右移动；（5）把机械位移量转变成电信号的相位变化量，然后送给容栅传感调节电路进行数据处理；（6）CPU对液晶屏的内部寄存器、显存操作控制处理，使条纹距离信息通过接口和电缆传输到容栅传感集成电路上，通过显示屏显示出条纹个数和距离信息来在液晶屏上显示出条纹个数和距离。

采用自动数字化的计数和数显模式，避免肉眼观察牛顿环带来的不便，能够从任意条纹开始，记录任意条纹的个数和距起点条纹的距离，方便实验中对牛顿环的数据的处理和记录，提高实验的效率。

附图说明

图1为本发明的计数装置的结构示意图；

图2为本发明的计数装置中主显示器的结构图；

图3为本发明的计数装置的电路原理框图；

图4为本发明的机箱内的结构示意图。

具体实施方式

图中支架1，钠光灯2，牛顿环仪3，半反半透镜4，开合窗5，传动鼓轮6，主显示器7，传动杆8，机箱9，定栅10，动栅11，光电传感器12，电源13，液晶屏控制电路14，光电调节电路15，容栅传感集成电路16，CPU控制电路17，清零计数按钮18，清零距离按钮19，开关按钮20，显示屏21，电源插座22，电源指示灯23，内壁28，接口30，电缆31，导线32。

针对大学物理实验用牛顿环测平凸透镜的曲率半径中，实验中需要人眼观察几十级次的明暗条纹，并用读数显微镜读取所需级次条纹距牛顿环中心的距离，实验过程复杂，容易出现数错，数乱的现象，给实验带来不便。本发明内容涉及一种明暗条纹自动计数和数显的装置，能够很大程度的减少实验时间，方便实验对数据的记录和处理，提高实验的效率。

该装置的主要控制电路如图3所示，其中，光电传感器接收明暗干涉条纹信息，检测出其接收到的光强的变化量，转换为电信号输入光电调节电路进行数据处理；容栅传感器则把机械位移量转变成电信号的相位变化量，然后送给容栅传感调节电路进行数据处理。通过CPU控制处理，对液晶屏的内部寄存器、显存操作，在液晶屏上显示出条纹个数和距离。为了方便实验中用逐差法处理数据，按下清零计数按钮和清零距离按钮可以把任意条纹作为起点，从零开始计数。