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    重庆时时彩号码采集器: 数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统及方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201610070593.8

    申请日:

    2016.02.01

    公开号:

    CN105606231A

    公开日:

    2016.05.25

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01J 9/02申请日:20160201|||公开
    IPC分类号: G01J9/02 主分类号: G01J9/02
    申请人: 黎碧莲; 黄金培
    发明人: 黎碧莲; 黄金培
    地址: 510632 广东省广州市黄埔大道西601号暨南大学羊城苑28栋605
    优先权:
    专利代理机构: 广州市华学知识产权代理有限公司 44245 代理人: 黄磊
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201610070593.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2019.01.18|||2016.06.22|||2016.05.25

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统及方法,所述系统包括微调手轮驱动装置、干涉环测量装置、控制数显主机、迈克尔逊干涉仪以及干涉条纹观测屏;所述微调手轮驱动装置将迈克尔逊干涉仪的微调手轮卡住,带动微调手轮同步转动,使迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退;所述干涉环测量装置设置在干涉条纹观测屏上,并与微调手轮驱动装置连接;所述控制数显主机与微调手轮驱动装置连接。本发明系统结构精巧、合理,使用方便,满足了迈克尔逊干涉仪工作时的平稳运行的要求,保证了迈克尔逊干涉仪的测量精度,具有在同类产品中使用更广泛、性价比更高等优点。

    权利要求书

    1.数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:包括微调手轮驱动装置、
    干涉环测量装置、控制数显主机、迈克尔逊干涉仪以及干涉条纹观测屏;所述微调手
    轮驱动装置将迈克尔逊干涉仪的微调手轮卡住,带动微调手轮同步转动,使迈克尔逊
    干涉仪的动镜前进或后退;所述干涉环测量装置设置在干涉条纹观测屏上,并与微调
    手轮驱动装置连接;所述控制数显主机与微调手轮驱动装置连接。
    2.根据权利要求1所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:
    所述微调手轮驱动装置包括第一壳体、驱动电路板、驱动组件、卡座、卡口、九针串
    口和SATA串口,所述卡座安装在第一壳体上,将微调手轮驱动装置固定在迈克尔逊
    干涉仪上;所述驱动电路板、驱动组件和卡口设置在第一壳体内,所述驱动电路板与
    驱动组件连接,所述驱动组件与迈克尔逊干涉仪的微调手轮连接,所述卡口将迈克尔
    逊干涉仪的微调手轮卡??;所述九针串口和SATA串口设置在第一壳体上,并与驱动
    电路板连接,所述九针串口通过数据线与控制数显主机连接,所述SATA串口通过数
    据线与干涉环测量装置连接。
    3.根据权利要求2所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:
    所述驱动组件包括直流电机、减速齿轮组、同步轮、同步皮带、连接器和编码器,所
    述直流电机和减速齿轮组安装在橡胶基座上,所述直流电机与驱动电路板连接,直流
    电机的电机轴与减速齿轮组连接,所述减速齿轮组与同步轮相啮合,所述同步轮通过
    同步皮带与连接器连接,所述连接器与迈克尔逊干涉仪的微调手轮连接,所述卡口设
    置在连接器上,所述编码器与连接器连接。
    4.根据权利要求2或3所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在
    于:所述干涉环测量装置包括第二壳体、光敏元件、信号处理电路板、传输接口和状
    态指示LED灯,所述光敏元件设置在第二壳体的一侧,并对准干涉条纹观测屏;所述
    状态指示LED灯设置在第二壳体的另一侧;所述信号处理电路板设置在第二壳体内,
    并与光敏元件和状态指示LED灯连接;所述传输接口设置在第二壳体上,该传输接口
    与信号处理电路板连接,并通过数据线与微调手轮驱动装置的SATA串口连接。
    5.根据权利要求3所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:
    所述编码器采用大于或等于1000P/R的编码器。
    6.根据权利要求4所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:
    所述信号处理电路板上设有直流隔离电路、放大电路、低通滤波电路、滞回比较器和
    微处理器,所述光敏元件采用光敏三极管或光敏二极管。
    7.根据权利要求4所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:
    所述控制数显主机包括第三壳体、控制显示电路板、液晶显示屏和输入键盘,所述控
    制显示电路板设置在第三壳体内,并通过数据线与微调手轮驱动装置的九针串口连接;
    所述控制显示电路板上设有微控制器,所述液晶显示屏和输入键盘设置在第三壳体上,
    并与微控制器连接。
    8.根据权利要求7所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,其特征在于:
    所述控制显示电路板上还设有蜂鸣器,所述蜂鸣器与微控制器连接。
    9.基于权利要求7所述数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统的测量方法,其特
    征在于:所述方法包括以下步骤:
    S1、控制数显主机根据用户的测量设定,通过串口将控制信号传递到微调手轮驱
    动装置的驱动电路板上;
    S2、驱动电路板根据接收到的控制信号,驱动直流电机转动,并通过减速齿轮组、
    同步轮和同步皮带,带动卡口与编码器同轴刚性连接同步转动,使微调手轮同步转动,
    从而使迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退,通过编码器旋转计数获得动镜位移量数据;
    S3、迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退时,干涉条纹观测屏的干涉条纹产生连续
    的吞吐的现象,干涉条纹中心点连续吞吐现象下的明暗变化被干涉环测量装置的光敏
    元件检测到,光敏元件根据检测到的光亮度强弱变化,转换为含直流分量的微弱电信
    号,信号处理电路板对含直流分量的微弱电信号进行处理,输出与干涉环中心明暗变
    化同步的计数信号,进而获得干涉环吞吐变化计数数据;
    S4、信号处理电路板将干涉环吞吐变化计数数据传送给驱动电路板,驱动电路板
    将动镜位移量数据和干涉环吞吐变化计数数据传送给控制数显主机的控制显示电路
    板,控制显示电路板上的微控制器将接收到的动镜位移量数据和干涉环吞吐变化计数
    数据进行处理和运算,根据波长计算公式和逐差法计算出被测量光的波长,并根据用
    户的需要,将波长计算结果、干涉环吞吐变化计数数据和动镜位移量数据显示到液晶
    显示屏上。
    10.根据权利要求9所述的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统的测量方法,
    其特征在于:步骤S3中,所述信号处理电路板对检测到的信号进行处理,输出与干涉
    环中心明暗变化同步的计数信号,进而获得干涉环吞吐变化计数数据,具体为:
    含直流分量的微弱电信号通过直流隔离电路获得微弱的交流信号,然后将交流信
    号通过放大电路进行一级放大,通过低通滤波电路得到与干涉环明暗变化频率相同的
    正弦信号,正弦信号通过放大电路二级放大后,进入滞回比较器整形,得到与干涉环
    明暗变化同步的方波计数信号,通过微处理器获得干涉环吞吐变化计数数据。

    说明书

    数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统及方法

    技术领域

    本发明涉及一种干涉仪自动化测量系统及方法,尤其是一种数显式迈克尔逊干涉
    仪自动化测量系统及方法,属于精密光学仪器、机械自动化、电子和传感领域。

    背景技术

    迈克尔逊干涉仪的传统测量方法是转动微调手轮驱动仪器的动镜位移从而改变干
    涉光的光程差使等倾干涉的圆环形条纹产生不断从中心“吐出”或向中心“吞进”现
    象,通过记录干涉的圆环形条纹的吞吐变化次数和相应移动动镜的位移量,并且通过
    复杂的逐差法等数据处理才能得出测量结果。人工操作一般需要统计1000次干涉环的
    吞吐变化,繁琐易错,并且整个测量过程在黑暗环境中完成,使用过程中有诸多不便,
    等等这些固有缺点,大大局限了迈克尔逊干涉仪在生产、测量和科研上的广泛使用。

    现有的对迈克尔逊干涉仪进行自动化改造的自动化测量系统,主要是对迈克尔逊
    干涉仪干涉环吞吐次数的统计和动镜位移量的测量做出了自动化读数的改进,辅助人
    工进行数据读取,一定程度上提高了测量效率。

    现有的自动化系统对迈克尔逊干涉仪这款精密光学仪器的升级仍有8大缺点:1)
    仅用于条纹计数或动镜位移量统计;2)现有的自动化系统由于采用减速电机与手轮刚
    性连接很容易引入电机抖动影响干涉环成像从而导致干涉环吞吐次数计数不准,影响
    测量精度;3)条纹计数的光电传感器电路对光源强弱变化敏感,对光源质量要求高,
    适用范围??;4)只能在漆黑环境中进行测量。5)整套系统借助减震平台、升降架等
    非迈克尔逊干涉仪的自身结构上的辅助部件才能安装上并正常工作,整套设备部件多,
    体积过大,安装过程繁琐,技术要求高,容易引入安装偏差导致测量结果有误差;6)
    当前的迈克尔逊干涉仪计数系统不能对历史测量数据进行记录与存储;7)系统不能根
    据干涉环吞吐次数和自动计算出测量结果,需要借助电脑或人工计算;8)目前系统的
    使用主要局限在高校实验教学,浪费了迈克尔逊干涉仪在科研、生产和测量方面的更
    大价值。

    因此,目前的迈克尔逊干涉仪自动化测量系统只能作为测量辅助,并主要应用教
    学和学生实验场景,并不能进行产品化在生产和科研上的广泛应用。

    发明内容

    本发明的目的是为了解决上述现有技术的缺陷,提供了一种数显式迈克尔逊干涉
    仪自动化测量系统,该系统结构精巧、合理,使用方便,满足了迈克尔逊干涉仪工作
    时的平稳运行的要求,保证了迈克尔逊干涉仪的测量精度,具有在同类产品中使用更
    广泛、性价比更高等优点。

    本发明的另一目的在于提供一种基于上述数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统
    的测量方法。

    本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到:

    数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统,包括微调手轮驱动装置、干涉环测量装
    置、控制数显主机、迈克尔逊干涉仪以及干涉条纹观测屏;所述微调手轮驱动装置将
    迈克尔逊干涉仪的微调手轮卡住,带动微调手轮同步转动,使迈克尔逊干涉仪的动镜
    前进或后退;所述干涉环测量装置设置在干涉条纹观测屏上,并与微调手轮驱动装置
    连接;所述控制数显主机与微调手轮驱动装置连接。

    作为一种优选方案,所述微调手轮驱动装置包括第一壳体、驱动电路板、驱动组
    件、卡座、卡口、九针串口和SATA串口,所述卡座安装在第一壳体上,将微调手轮
    驱动装置固定在迈克尔逊干涉仪上;所述驱动电路板、驱动组件和卡口设置在第一壳
    体内,所述驱动电路板与驱动组件连接,所述驱动组件与迈克尔逊干涉仪的微调手轮
    连接,所述卡口将迈克尔逊干涉仪的微调手轮卡??;所述九针串口和SATA串口设置
    在第一壳体上,并与驱动电路板连接,所述九针串口通过数据线与控制数显主机连接,
    所述SATA串口通过数据线与干涉环测量装置连接。

    作为一种优选方案,所述驱动组件包括直流电机、减速齿轮组、同步轮、同步皮
    带、连接器和编码器,所述直流电机和减速齿轮组安装在橡胶基座上,所述直流电机
    与驱动电路板连接,直流电机的电机轴与减速齿轮组连接,所述减速齿轮组与同步轮
    相啮合,所述同步轮通过同步皮带与连接器连接,所述连接器与迈克尔逊干涉仪的微
    调手轮连接,所述卡口设置在连接器上,所述编码器与连接器连接。

    作为一种优选方案,所述干涉环测量装置包括第二壳体、光敏元件、信号处理电
    路板、传输接口和状态指示LED灯,所述光敏元件设置在第二壳体的一侧,并对准干
    涉条纹观测屏;所述状态指示LED灯设置在第二壳体的另一侧;所述信号处理电路板
    设置在第二壳体内,并与光敏元件和状态指示LED灯连接;所述传输接口设置在第二
    壳体上,该传输接口与信号处理电路板连接,并通过数据线与微调手轮驱动装置的
    SATA串口连接。

    作为一种优选方案,所述编码器采用大于或等于1000P/R的编码器。

    作为一种优选方案,所述信号处理电路板上设有直流隔离电路、放大电路、低通
    滤波电路、滞回比较器和微处理器,所述光敏元件采用光敏三极管或光敏二极管。

    作为一种优选方案,所述控制数显主机包括第三壳体、控制显示电路板、液晶显
    示屏和输入键盘,所述控制显示电路板设置在第三壳体内,并通过数据线与微调手轮
    驱动装置的九针串口连接;所述控制显示电路板上设有微控制器,所述液晶显示屏和
    输入键盘设置在第三壳体上,并与微控制器连接。

    作为一种优选方案,所述控制显示电路板上还设有蜂鸣器,所述蜂鸣器与微控制
    器连接。

    本发明的另一目的可以通过采取如下技术方案达到:

    基于上述数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统的测量方法,所述方法包括以下
    步骤:

    S1、控制数显主机根据用户的测量设定,通过串口将控制信号传递到微调手轮驱
    动装置的驱动电路板上;

    S2、驱动电路板根据接收到的控制信号,驱动直流电机转动,并通过减速齿轮组、
    同步轮和同步皮带,带动卡口与编码器同轴刚性连接同步转动,使微调手轮同步转动,
    从而使迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退,通过编码器旋转计数获得动镜位移量数据;

    S3、迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退时,干涉条纹观测屏的干涉条纹产生连续
    的吞吐的现象,干涉条纹中心点连续吞吐现象下的明暗变化被干涉环测量装置的光敏
    元件检测到,光敏元件根据检测到的光亮度强弱变化,转换为含直流分量的微弱电信
    号,信号处理电路板对含直流分量的微弱电信号进行处理,输出与干涉环中心明暗变
    化同步的计数信号,进而获得干涉环吞吐变化计数数据;

    S4、信号处理电路板将干涉环吞吐变化计数数据传送给驱动电路板,驱动电路板
    将动镜位移量数据和干涉环吞吐变化计数数据传送给控制数显主机的控制显示电路
    板,控制显示电路板上的微控制器将接收到的动镜位移量数据和干涉环吞吐变化计数
    数据进行处理和运算,根据波长计算公式和逐差法计算出被测量光的波长,并根据用
    户的需要,将波长计算结果、干涉环吞吐变化计数数据和动镜位移量数据显示到液晶
    显示屏上。

    作为一种优选方案,步骤S3中,所述信号处理电路板对检测到的信号进行处理,
    输出与干涉环中心明暗变化同步的计数信号,进而获得干涉环吞吐变化计数数据,具
    体为:

    含直流分量的微弱电信号通过直流隔离电路获得微弱的交流信号,然后将交流信
    号通过放大电路进行一级放大,通过低通滤波电路得到与干涉环明暗变化频率相同的
    正弦信号,正弦信号通过放大电路二级放大后,进入滞回比较器整形,得到与干涉环
    明暗变化同步的方波计数信号,通过微处理器获得干涉环吞吐变化计数数据。

    本发明相对于现有技术具有如下的有益效果:

    1、本发明系统利用微调手轮驱动装置可以将迈克尔逊干涉仪的微调手轮卡住,带
    动微调手轮同步转动,使迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退,并且采用控制数显主机
    进行控制和显示,实现了迈克尔逊干涉仪的数显式一体化,省去了高价的电脑配置,
    使整个系统具有在同类产品中使用更广泛、性价比更高等优点。

    2、本发明系统的微调手轮驱动装置使用直流电机和减速齿轮组的传动构造,并将
    传动结构安装在橡胶基座通过同步轮和同步皮带带动微调手轮,隔离直流电机的振动,
    保证了系统无抖动干扰,使数显式迈克尔逊干涉仪工作时干涉条纹清晰,测量精度高。

    3、本发明系统的微调手轮驱动装置采用卡口卡住迈克尔逊干涉仪的微调手轮,采
    用卡座将微调手轮驱动装置固定在迈克尔逊干涉仪上,这种快拆式结构的设计,使该
    系统能够适用当今最广泛使用的WSM型和LWSM型迈克尔逊干涉仪,大大提高数显
    式迈克尔逊干涉仪的性价比。

    4、本发明系统的微调手轮驱动装置中,采用了大于或等于1000P/R的编码器,可
    以直接测量微调手轮转动量,使动镜位移测量精度达0.1μm比手动测量提高一个数量
    级。

    5、本发明系统的干涉条纹检测装置可以采用具有较宽的频谱特性的光敏器件,如
    光敏二极管或光敏三极管,能够可以支持不同波长的单色光在迈克尔逊干涉仪上自动
    测量,使系统有较为广泛的适应性,进一步提高数显式迈克尔逊干涉仪的性价比。

    6、本发明系统的干涉条纹检测装置采用直流分量隔离和相应的低通滤波电路对光
    敏元件所采集到的光电信号进行处理,使系统可在常见的室内照明光源和自然光照明
    的环境中正常工作,改变了传统迈克尔逊干涉仪只能在黑暗环境中使用的限制。

    7、本发明系统的控制数显主机支持仪器校准记录干涉条纹吞吐频率和手轮转速的
    关系通过运算进行干扰过滤,保证了系统的高精度测量。

    8、本发明系统的控制数显主机中,控制显示电路板上微控制器内置波长计算的逐
    差法算法,可以支持测量数据直接计算出测量结果或测量过程中动态显示测量结果,
    而不需要通过将数据录入电脑或手工进行计算,提高用户的工作效率。

    9、本发明系统的控制数显主机采用的嵌入式系统具有动镜滑块的预警功能设计,
    能够安全、准确地?;ち艘瞧鞫祷榈囊贫段?,大大降低迈克尔逊干涉仪由于仪
    器本身结构设计不完善和不规范操作给仪器带来的故障和损坏,更好?;ち耸允铰?br />克尔逊干涉仪这一精密仪器的寿命。

    10、本发明系统的控制数显主机采用的嵌入式系统具有“学生实验”及“快速测
    量”双功能,“学生实验”功能只能测出相应条纹数动镜滑块移动距离,“快速测量”
    功能可直接得出测量结果,这一功能设有密码,只有被允许的用户才能进入使用,既
    避免了偷懒的学生不按照教材做实验,也避免了非机主使用该仪器,保证数显式迈克
    尔逊干涉仪面对不同用户的有效使用,提高了仪器的性价比。

    附图说明

    图1为本发明的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统整体结构图。

    图2为本发明的微调手轮驱动装置的外部结构图。

    图3为本发明的微调手轮驱动装置的内部结构图。

    图4为本发明的微调手轮驱动装置中驱动组件的立体结构图。

    图5为本发明的微调手轮驱动装置中驱动组件的俯视结构图。

    图6为本发明的微调手轮驱动装置的驱动电路图。

    图7为本发明的干涉环测量装置的立体结构图。

    图8为本发明的干涉环测量装置的左视结构图。

    图9为本发明的干涉环测量装置的信号处理电路图。

    图10为本发明的控制数显主机的立体结构图。

    图11为本发明的信号处理电路板、控制显示电路板分别与驱动电路板连接的原理
    框图。

    图12为本发明的控制数显主机的控制原理框图。

    其中,1-微调手轮驱动装置,2-干涉环测量装置,3-控制数显主机,4-迈克尔逊干
    涉仪,5-干涉条纹观测屏,6-微调手轮,7-第一壳体,8-驱动电路板,9-驱动组件,10-
    卡座,11-卡口,12-九针串口,13-SATA串口,14-直流电机,15-减速齿轮组,16-同步
    轮,17-同步皮带,18-连接器,19-编码器,20-橡胶基座,21-第二壳体,22-光敏元件,
    23-信号处理电路板,24-传输接口,25-状态指示LED灯,26-第三壳体,27-控制显示
    电路板,28-液晶显示屏,29-输入键盘。

    具体实施方式

    下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限
    于此。

    实施例1:

    如图1所示,本实施例的数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统包括微调手轮驱
    动装置1、干涉环测量装置2、控制数显主机3、迈克尔逊干涉仪4以及干涉条纹观测
    屏5,所述干涉环测量装置2设置在干涉条纹观测屏5上,并与微调手轮驱动装置1
    连接,所述控制数显主机3与微调手轮驱动装置1连接。

    如图1~图5所示,所述微调手轮驱动装置1可实现微调手轮6顺时针和逆时针转
    动,并进行动镜位移量记录,驱动微调手轮6转动,动镜位移测量精度0.1μm;微调手
    轮驱动装置1包括第一壳体7、驱动电路板8、驱动组件9、卡座10、卡口11、九针串
    口12和SATA串口13,所述卡座10安装在第一壳体7上,将微调手轮驱动装置1固
    定在迈克尔逊干涉仪4上;所述驱动电路板8、驱动组件9和卡口11设置在第一壳体
    7内,所述驱动电路板8的驱动电路如图6所示,其与驱动组件9连接,所述驱动组件
    9与迈克尔逊干涉仪4的微调手轮6连接,所述卡口11将迈克尔逊干涉仪4的微调手
    轮6卡??;所述九针串口12和SATA串口13设置在第一壳体7上,并与驱动电路板8
    连接,所述九针串口12通过数据线(九针串口线)与控制数显主机3连接,所述SATA
    串口13通过数据线(SATA串口线)与干涉环测量装置2连接;

    所述驱动组件9包括直流电机14、减速齿轮组15、同步轮16、同步皮带17、连
    接器18和编码器19,所述直流电机14和减速齿轮组15安装在橡胶基座20上,所述
    直流电机14与驱动电路板8连接,直流电机14的电机轴与减速齿轮组15连接,所述
    减速齿轮组15与同步轮16相啮合,所述同步轮16通过同步皮带17与连接器18连接,
    所述连接器18与迈克尔逊干涉仪4的微调手轮6连接,所述卡口11设置在连接器18
    上,所述编码器19与连接器18连接。

    微调手轮驱动装置1工作时,需要使用直流电机驱动微调手轮缓慢转动,而直流
    电机转动容易产生抖动,影响仪器精度,同时一般直流电机转速较快,输出力矩太小
    无法驱动微调手轮转动;因此,本实施例的微调手轮驱动装置1采用直流电机14和减
    速齿轮组15实现缓慢转动和力矩较大的输出转动轴,并安装在橡胶基座20上,输出
    转动轴通过同步轮16和同步皮带17,驱动卡口11转动,同步皮带17有进一步的减震
    效果,隔离直流电机14和减速齿轮组15转动时的振动,最终保证动力能平稳传输到
    微调手轮6,振幅不超过微米级,保证迈克尔逊干涉仪4正常工作,干涉条纹清晰。

    针对目前市面上应用最广的WSM型和LWSM型迈克尔逊干涉仪的微调手轮和传
    动系统外壳的结构特点,使用连接器18连接微调手轮6,并通过卡口11卡住微调手轮
    6,卡口11能够适应不同大小的微调手轮6进行快速夹紧,并可带动卡住的微调手轮6
    同步转动;通过卡座10将微调手轮驱动装置1固定到迈克尔逊干涉仪4上,卡座10
    可根据迈克尔逊干涉仪4的传动系统外壳进行调整固定;快拆式设计在不改变迈克尔
    逊干涉仪4结构的基础上实现快速无损安装,并支持在不需要自动化测量时快速拆下,
    恢复迈克尔逊干涉仪4的手动操作。

    本实施例的编码器19采用大于或等于1000P/R的编码器,通过卡口11测量微调
    手轮6转动量,实现动镜位移测量精度达0.1μm,比迈克尔逊干涉仪4传统的手动测量
    精度1μm提高了一个数量级。

    如图1、图7~图11所示,所述干涉条纹检测装置2能够检测到微弱的干涉条纹并
    能使仪器在有灯光或自然光照明的明亮环境中工作,精确计数干涉环的吞吐条纹;干
    涉条纹检测装置2包括第二壳体21、光敏元件22、信号处理电路板23、传输接口24
    和状态指示LED灯25,所述光敏元件22设置在第二壳体21的一侧,并对准干涉条纹
    观测屏5;所述状态指示LED灯25设置在第二壳体21的另一侧;所述信号处理电路
    板23设置在第二壳体21内,并与光敏元件22和状态指示LED灯25连接;所述传输
    接口24设置在第二壳体21上,该传输接口24与信号处理电路板23连接,并通过数
    据线与微调手轮驱动装置1的SATA串口13连接。

    所述信号处理电路板23上设有直流隔离电路、放大电路、低通滤波电路、滞回比
    较器和微处理器,所述光敏元件22可以采用具有较宽的频谱特性的光敏三极管或光敏
    二级管,干涉条纹的中心点连续吞吐现象下的明暗变化被干涉环测量装置2的光敏元
    件22检测到后,通过直流隔离电路、放大电路、低通滤波电路和滞回比较器,能够检
    测到微弱的干涉条纹,进行准确的条纹计数;本实施例的干涉条纹检测装置2具有对
    可见光宽域的适应性的特性,可以支持不同波长的单色光在迈克尔逊干涉仪4上自动
    测量,使本实施例的自动化测量系统有较为广泛的适应性。

    本实施例的干涉条纹检测装置2根据所检测干涉环中心的明显吞吐频率,对光敏
    元件22所采集到的光电信号进行直流分量隔离和相应的低通滤波设计,使本实施例的
    自动化测量系统可在常见的室内照明光源和自然光照明的环境中正常工作,改变了传
    统迈克尔逊干涉仪4只能在黑暗环境中使用的限制。

    所述控制数显主机3包括第三壳体26、控制显示电路板27、液晶显示屏28和输
    入键盘29,所述控制显示电路板27设置在第三壳体26内,并通过数据线与微调手轮
    驱动装置1的九针串口12连接,所述液晶显示屏28采用彩色的液晶显示屏,所述输
    入键盘29具有13键输入;所述控制显示电路板27上设有微控制器(Microcontroller
    Unit,MCU)和蜂鸣器,所述液晶显示屏28和输入键盘29设置在第三壳体26上,并
    与微控制器连接,所述蜂鸣器与微控制器连接,用于在主机工作异常时进行报警,整
    个控制原理如图12所示;

    本实施例的控制数显主机3采用嵌入式系统进行控制,并使用液晶显示屏28进行
    显示,支持仪器校准、学生实验和快速测量三种工作模式,可实现数据存储和波长的
    动态计算和实时显示,能够快速地完成实验和被测光波长的测量结果,三种工作???br />具体如下:

    1、仪器校准模式

    新安装数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统或改变被测量光源的数显式迈克尔
    逊干涉仪需要进行仪器校准,保证仪器能够进行准确地测量,校准结果包含:1)动镜
    滑块的最佳工作位置和活动范围;2)环境光干扰量;3)条纹计数频率;4)微调手轮
    转动速度;

    通过仪器校准,能够保证仪器能够在有环境光的工作环境中正常工作,并控制动
    镜滑块工作在适合的位置保证迈克尔逊干涉仪有较高的测量精度;同时,保证动镜滑
    块工作在适合的位置同时有助于降低迈克尔逊干涉仪由于仪器本身结构设计不完善和
    不规范人工操作给仪器带来的故障和损坏。

    2、学生实验模式

    按照目前高校实验教材的实验要求,支持学生输入测量多组数据和每组条纹数,
    测量结束后记录每组条纹数对应的动镜位移量,测量结果输出到液晶屏,学生可以记
    录并按教材方法完成相关数据处理和结果计算等续下实验;系统简化了实验过程中黑
    暗环境下完成巨量条纹计数和对应动镜位移量记录的巨大工作量,提高实验效率,让
    学生有更多的时间了解迈克尔逊干涉仪的设计原理和更多光学现象,真正掌握实验的
    目的。

    3、快速测量模式

    在快速测量模式下直接启动设备,系统可动态测量并计算被测光的波长,动态显
    示到液晶屏上,因迈克尔逊干涉仪的特点,系统进行逐差法计算获得更准确的测量结
    果;动态测量模式下干涉环变化500环后系统可获得逐差法所需的足够的数据,显示
    的被测光波长动态显示结果趋于稳定,此时所得到测量准确结果,约1分钟出结果;
    传统手动测量至少40分钟到60分钟才能得到测量数据、计算出被测光波长结果;显
    而易见,整个数显式迈克尔逊干涉仪自动化测量系统提高了测量效率。

    如图1~图12所示,本实施例的自动化测量系统的测量方法,包括以下步骤:

    S1、控制数显主机3根据用户的测量设定,通过串口将控制信号传递到微调手轮
    驱动装置1的驱动电路板8上;

    S2、驱动电路板根据接收到的控制信号,驱动直流电机14转动,并通过减速齿轮
    组15、同步轮16和同步皮带17,带动卡口11与编码器19同轴刚性连接同步转动,
    使微调手轮6同步转动,从而使迈克尔逊干涉仪4的动镜前进或后退,通过编码器19
    旋转计数获得动镜位移量数据;

    S3、迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退时,干涉条纹观测屏5的干涉条纹产生连
    续的吞吐的现象,干涉条纹中心点连续吞吐现象下的明暗变化被干涉环测量装置2的
    光敏元件22检测到,光敏元件22根据检测到的光亮度强弱变化,转换为含直流分量
    的微弱电信号,信号处理电路板23对含直流分量的微弱电信号进行处理,输出与干涉
    环中心明暗变化同步的计数信号,进而获得干涉环吞吐变化计数数据;干涉环测量装
    置2在工作时,状态指示LED灯25同步闪烁,指示仪器信号采集正常;其中,信号
    处理电路板23对检测到的信号进行处理,输出与干涉环中心明暗变化同步的计数信号,
    进而获得干涉环吞吐变化计数数据,具体为:

    含直流分量的微弱电信号通过直流隔离电路获得微弱的交流信号,然后将交流信
    号通过放大电路进行一级放大,通过低通滤波电路得到与干涉环明暗变化频率相同的
    正弦信号,正弦信号通过放大电路二级放大后,进入滞回比较器整形,得到与干涉环
    明暗变化同步的方波计数信号,通过微处理器获得干涉环吞吐变化计数数据。

    S4、信号处理电路板将干涉环吞吐变化计数数据传送给驱动电路板,驱动电路板
    将动镜位移量数据和干涉环吞吐变化计数数据传送给控制数显主机3的控制显示电路
    板,控制显示电路板上的微控制器将接收到的动镜位移量数据和干涉环吞吐变化计数
    数据进行处理和运算,根据波长计算公式和逐差法计算出被测量光的波长,并根据用
    户的需要,将波长计算结果、干涉环吞吐变化计数数据和动镜位移量数据显示到液晶
    显示屏28上;其中,根据波长计算公式和逐差法计算出被测量光的波长,具体为:

    1)利用标准波长公式,如下:

    λ = 2 Δ d N = 2 ( L - L ) N ]]>

    2)对n组测量数据用逐差法进行波长计算,如下:

    λ 1 = 2 ( L n - L n / 2 ) N ]]>

    λ 2 = 2 ( L n - 1 - L n / 2 - 1 ) N ]]>

    ……

    λ n / 2 = 2 ( L n / 2 + 1 - L 1 ) N ]]>

    3)通过对每组波长结果求平均值,可以得到最后的波长测量结果,如下:

    λ = Σ i = n 2 λ i n 2 ]]>

    综上所述,本发明系统利用微调手轮驱动装置可以将迈克尔逊干涉仪的微调手轮
    卡住,带动微调手轮同步转动,使迈克尔逊干涉仪的动镜前进或后退,并且采用控制
    数显主机进行控制和显示,实现了迈克尔逊干涉仪的数显式一体化,省去了高价的电
    脑配置,使整个系统具有在同类产品中使用更广泛、性价比更高等优点。

    以上所述,仅为本发明专利优选的实施例,但本发明专利的?;し段Р⒉痪窒抻?br />此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内,根据本发明专利
    的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都属于本发明专利的?;し段?。

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    数显式 迈克 干涉仪 自动化 测量 系统 方法
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