[发明专利]一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置及其使用方法

摘要

本发明涉及一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置，属于物理实验教学设备领域。该装置采用上位机控制器为核心控制单元，通过单片机，步进电机驱动器和步进电机控制迈克尔逊干涉仪读数鼓轮转动实现可动反射镜的移动，利用数据采集卡、硅光电池、电压信号放大器等测量干涉条纹中心的亮度，得到条纹中心亮度与步进电机转动步数（反映可动反射镜位置）的关系，从而计算出激光波长。本发明消除了条纹计数误差的影响，干涉条纹中心亮度的测量，采集和可动反射镜的移动均实现了自动化，提高了测量的效率，采集的同时，上位机软件自动绘出条纹中心亮度与可动反射镜位置的关系图，并自动保存数据和图像，测量速度快，精度高，操作简单。

主权项

1.一种新型迈克尔逊干涉条纹测控装置的使用方法，其特征在于：该新型迈克尔逊干涉条纹测控装置，包括上位机控制器、氦氖激光器发光单元、迈克尔逊干涉仪、数据采集单元及可动反射镜移动单元，所述上位机控制器内置设有C语言编程方式的条纹测控软件；所述迈克尔逊干涉仪上分别设有分光板、补偿板、固定反射镜及可动反射镜，且所述迈克尔逊干涉仪具有读数鼓轮，所述读数鼓轮套接有转轴；所述氦氖激光器发光单元发出的光通过一扩束器传递给所述迈克尔逊干涉仪；所述数据采集单元包括设有接收屏的屏幕固定架、电压信号放大模块、数据采集卡、双向转换器及KOB串口转USB转换器，所述接收屏接收来自所述迈克尔逊干涉仪的光波，且所述接收屏上设有硅光电池，所述硅光电池依次与所述电压信号放大模块、所述数据采集卡、所述双向转换器及所述KOB串口转USB转换器相连，所述KOB串口转USB转换器与所述上位机相连，所述电压信号放大模块还连接有供给电源Ⅰ，所述数据采集卡还连接有供给电源Ⅱ；所述可动反射镜移动单元包括设有步进电机的电机固定架、单片机及步进电机驱动器，所述单片机与所述上位机控制器相连，且所述单片机依次与所述步进电机驱动器、所述步进电机相连，所述步进电机还通过联轴器与所述读数鼓轮的转轴相连，所述步进电机驱动器还可设定步进角，使所述迈克尔逊干涉仪的读数鼓轮按照所述步进电机驱动器的指挥均匀移动，所述步进电机驱动器还与所述供给电源Ⅱ相连；所述数据采集卡的采集周期与所述步进电机驱动器接收的脉冲周期相同，且所述数据采集卡的采集周期设置在1000ms以上；所述条纹测控软件显示有设置通信参数、设置测量参数、开始测量、测量数据及绘制曲线、保存数据等功能，所述设置通信参数包括设置采集卡串口和电机串口，所述设置测量参数包括采集数量和采集周期，所述开始测量包括点动测量和自动测量；该新型迈克尔逊干涉条纹测控装置的使用方法，包括以下步骤：1）所述上位机控制器设置好通信参数和测量参数，手动控制开始测量并发出指令给所述单片机，所述单片机给所述步进电机驱动器发脉冲，所述步进电机驱动器驱动所述步进电机转动，带动所述读数鼓轮的转轴转动，同时带动可动反射镜前后移动，调节电机支架和迈克尔逊干涉仪使其在步进电机转动时能保持稳定，此时所述氦氖激光器发光单元发射的光经扩束器后依次入射到所述迈克尔逊干涉仪的分光板、补偿板、固定反射镜及可动反射镜上，经调节后在所述接收屏上出现等倾干涉条纹，同时调节所述接收屏的位置使所述硅光电池处在条纹的中心上，且所述硅光电池的大小与条纹大小一致，光线垂直入射；2）所述可动反射镜在前后移动过程中，所述硅光电池通过与所述电压放大模块相连，将等倾干涉条纹亮度信息转化为电压值，经所述数据采集卡采集后，此时条纹测控软件将采集到的亮度信息绘制成条纹中心亮暗情况与步进电机转动步数的关系图，当采集数量达到所述条纹测控软件的设定数量后，所述可动反射镜停止移动，所述条纹测控软件将数据保存并最终导出；3）通过Origin软件处理所述条纹测控软件给出的数据，找出等倾干涉条纹中心亮度的极大值点，由于步进电机每走3200步读数鼓轮旋转一周，可动反射镜移动的距离为，所以，从第1个极大值到第20个极大值，可动反射镜移动的距离为； 在等倾干涉中，条纹中心对应于光线垂直入射的状态，根据薄膜干涉理论有，此处，共冒出19个条纹，N=19，由此激光波长，已知所用氦氖激光器波长的理论值，所以相对误差，这个误差很小，说明该新型迈克尔逊干涉条纹测控装置具有较高的精度。