[发明专利]薄凸透镜焦距自动测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于物理实验仪器的设计与制造技术领域，尤其涉及一种薄凸透镜焦距自动测量技术。

背景技术

在大学物理实验中，薄透镜焦距的测量是最基本的实验。常用的测量方法有：自准法、物距-像距法、共轭法以及透镜组合法。测量薄凸透镜的焦距主要采用前三种方法。无论哪种方法，都需要人眼去判断成像的清晰程度，进而确定像屏位置。由于个人的视觉习惯不同和像差的限制，因此，像屏位置一般很难准确确定，测量结果的精度一般都不高。此外光源、物屏和像屏选取的不同，也会对成像清晰程度的判断带来一定的影响。综上所述，如果这些影响因素叠加，测量结果可能会出现较大误差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种薄凸透镜焦距自动测量技术，有效地提高薄凸透镜焦距的测量精度。

根据本发明的一个方面，提供一种薄凸透镜焦距自动测量装置，所述装置包括：LED光源、光源滤镜、黑色带孔物屏、可滑动挡板、凸透镜卡槽、光强传感器、黑色像屏、传动杆、电动机、液晶显示屏、CPU控制器、启动开关、超声波测距传感器、运行底座和支架、装置外壳和状态指示灯，其中，

所述CPU控制器是所述装置的中央控制器，其负责所述装置的所有输入数据的处理和所有控制信号的输出；

所述LED光源在所述CPU控制器的控制下为所述装置提供光源；

所述光源滤镜是一凸透镜，所述LED光源设置在此凸透镜的焦平面上，以保证射到所述黑色带孔物屏上的光线为平行光线；

所述黑色带孔物屏是一带有1字形孔的黑色面板；

所述可滑动挡板用于使所述装置内各光学器件相对于外界密封，从而使凸透镜焦距测量过程不会受到外界光线的影响；

所述凸透镜卡槽是一可调的半圆形卡槽，其通过卡槽支架固定在所述传动杆上；

所述光强传感器附着在所述黑色像屏上，在所述CPU控制器的控制下进行光强度的检测，并将检测结果送至所述CPU控制器进行处理；

所述电动机在所述CPU控制器的控制下驱动所述传动杆的移动；

所述传动杆带有螺纹，在所述电动机的驱动下带动固定在其上的所述凸透镜卡槽移动；

所述超声波测距传感器固定在所述黑色带孔物屏的下端，在所述CPU控制器的控制下测量所述黑色带孔物屏和待测凸透镜之间的距离，并将测量结果送至所述CPU控制器进行处理；

所述运行底座和支架支持所述装置的各光学器件，并保证各光学器件的光心均处于同一高度；

所述液晶显示屏在所述CPU控制器的控制下数字显示待测凸透镜的焦距；

所述状态指示灯在所述CPU控制器的控制下指示所述装置中各可控部件的运行状态；

所述启动开关用于接通所述装置的电源以启动所述装置；以及

所述装置外壳为所述装置内的光学器件和其他部件提供机械保护。

优选地，所述CPU控制器实现为所述装置中的主控电路板，其进一步包括：复位电路、晶振电路、电源电路、超声波测距传感器信号调理电路、光强传感器信号调理电路、液晶驱动电路、电动机驱动电路、装置状态指示灯电路、串口下载调试电路和CPU。

优选地，所述电源电路采用交直流整流电路和稳压芯片构成，所述超声波测距传感器信号调理电路用于保证与超声波测距传感器之间的信号无干扰地传输，所述光强传感器信号调理电路用于保证与光强传感器之间的信号无干扰地传输，所述液晶驱动电路用以增加CPU对液晶显示屏的驱动能力，所述电动机驱动电路用以增加CPU对电动机的驱动能力，所述装置状态指示灯电路用以支持状态指示灯来指示电源、各种传感器、电动机的运行状态，所述CPU采用STC89C54系列芯片实现。

根据本发明的另一个方面，还提供一种薄凸透镜焦距自动测量方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：将待测凸透镜夹在凸透镜卡槽上；

步骤2：当待测凸透镜夹稳后，滑动可滑动挡板使各光学器件相对于外界密封，从而使测量过程不受外界光线影响；

步骤3：CPU控制器触发LED光源工作，LED光源所发出光线经光源滤镜后变为平行光线，再经黑色带孔物屏上的1字形孔均匀射到待测凸透镜上，并在黑色像屏上成像；

步骤4：光强传感器检测黑色像屏接收到的光照强度，同时电动机带动传动杆上的凸透镜卡槽移动，当光强传感器检测到光强最大时，制动电动机以停止凸透镜卡槽移动，并启动超声波测距传感器测距，从而得到黑色带孔物屏到待测凸透镜的距离；以及

步骤5：CPU控制器计算得到待测凸透镜的焦距，