多功能光學多道分析實驗儀的製作方法
2023-10-20 05:17:22
本實用新型涉及一種大學物理實驗儀器，尤其指一種多功能光學多道分析實驗儀。
背景技術：
光學多道分析實驗儀，是國內各個高校廣泛使用的物理實驗儀器。該儀器的基本原理是光源發出的光束，投射到單色儀上的狹縫中，再利用單色儀9中的多個反射鏡及反射式光柵，把不同波長的光按照不同的空間分布射向單色儀中的線陣CCD去接收。線陣CCD中的各個CCD接收單元再把各自接收到的不同的光譜線變成電信號並加以數據處理，通過CCD數據線送入電箱進行模數轉換等數據處理，然後再通過USB線送入電腦，進而在電腦屏幕上實時顯示出某個波長區域的光譜線。還可以人工操作電腦而發出改變光譜採集的區間等的指令，通過USB線傳輸給電箱，電箱中的電機驅動模塊就會通過電機驅動線去驅動單色儀中的步進電機轉動一個角度，從而帶動反射式光柵轉動某個角度，使得光譜採集區域得到改變。可見，用該儀器測量光的譜線波長是十分方便、快捷的。現有技術中用該儀器進行實驗教學，內容一般是拿著汞燈對儀器進行定標，然後再去用比較法來測量氫燈各條譜線的波長。但是，本申請的發明人經過研究發現，該儀器不適應高校實驗教學改革要求實驗項目的知識綜合化需求，儀器的實驗教學內容和功能還有待於進一步開發改進。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種多功能光學多道分析實驗儀，它既可以做現有技術中的儀器可做的實驗項目，又可以做現有技術中的儀器不能做的偏振光實驗、LED發光特性研究等實驗項目，使用簡單、可靠、方便。
為了實現上述目的，本實用新型把單色儀9通過CCD數據線與電箱10相互連接，電箱10通過電機驅動線Y與單色儀9相互連接，電箱10還通過USB線U與電腦14相互連接，在光源11和狹縫15之間還帶有起偏器12和檢偏器13。
為了可以方便、精確地做偏振光實驗內容，檢偏器13是由底座1、螺絲2、鑲嵌支架3、圓環盤4、偏振片5、角刻度6、標記7構成的，其中偏振片5安裝在圓環盤4上，圓環盤4放入鑲嵌支架3內，鑲嵌支架3上帶的支杆插入底座1上帶的立杆內並通過螺絲2固定，圓環盤4上帶有角刻度6，鑲嵌支架3上帶有標記7。
為了可以方便地做LED發光特性實驗內容，光源11其中的一個是LED光源，LED光源由直流電源16、發光二極體17、電流表18、電壓表19連接而成，其中發光二極體17與電流表18串聯後再與電壓表19及直流電源16的輸出端並聯，直流電源16上帶有電流調節旋鈕20。
由於本實用新型在現有技術的光學多道分析實驗儀中，增加了起偏器12及檢偏器13，通過改變起偏器12與檢偏器13的相對角度，相應的輸出光強就改變並在電腦屏幕的譜線高度（或能量數值）上方便、直觀、形象地顯示出來，這就可以做偏振光實驗內容了（比如驗證馬呂斯定律等內容）。本實用新型增加的LED光源，還可以做LED的發光特性研究實驗（光強與電流的關係、光譜與電流的關係等實驗內容）。本發明的檢偏器13中的偏振片5安裝在圓環盤4上、圓環盤4放入鑲嵌支架3內、鑲嵌支架3上帶的支杆插入底座1上帶的立杆內並通過螺絲2固定、圓環盤4上帶有角刻度6、鑲嵌支架3上帶有標記7的結構，給方便、高精度地做偏振光實驗提供了支持。可見，本實用新型使得現有技術中的光學多道分析實驗儀增加了實驗項目和實驗內容，一機多用，但是成本相對提高極小（現有技術的光學多道分析實驗儀每套在1.7萬元左右，而本發明成本也就一百多元），顯著提高了儀器使用效益。
附圖說明
圖1是本發明結構示意圖。
圖2是本發明檢偏器13的結構示意圖。
圖3是本發明中LED光源的電路圖。
具體實施方式
在圖1中，單色儀9通過CCD數據線與電箱10相互連接，電箱10通過電機驅動線Y與單色儀9相互連接，電箱10還通過USB線U與電腦14相互連接，在光源11和狹縫15之間還帶有起偏器12和檢偏器13。
在圖2中，檢偏器13是由底座1、螺絲2、鑲嵌支架3、圓環盤4、偏振片5、角刻度6、標記7構成的。其中偏振片5安裝在圓環盤4上，圓環盤4放入鑲嵌支架3內，鑲嵌支架3上帶的支杆插入底座1上帶的立杆內並通過螺絲2固定，圓環盤4上帶有角刻度6，鑲嵌支架3上帶有標記7。起偏器12的結構即可以與檢偏器13完全一致，也可簡化其結構，比如去掉角刻度6和標記7，甚至把鑲嵌支架3也簡化為更簡單的框架，直接把偏振片5固定在框架上，同時把圓環盤4也省略。
鑲嵌支架3的上半部分可用金屬片彎折或衝壓而成，也可用模具製作。鑲嵌支架3的下半部分是一個圓柱形的支杆，鑲嵌支架3的上半部分和下半部分相互焊接或其他方式相互固定。鑲嵌支架3的上半部分的凹槽寬度，以剛好容納圓環盤4的厚度為宜，以使圓環盤4可以在凹槽內只能轉動但又不軸向活動為準。鑲嵌支架3的部分橫向寬度以正好容納圓環盤4且不左右活動為準。鑲嵌支架3的上半部分高度以超過圓環盤4直徑的三分之二為宜，也可把鑲嵌支架3製成正方形封閉的框架但上邊框可拆裝的結構。偏振片5與與圓環盤4之間可用螺絲配合緊固邊框或粘接的方式相互固定在一起。圓環盤4的一周或半周要製造上測量角度的角刻度6，同時，在鑲嵌支架3的下邊框中央位置也製造上標記7，這樣就可以準確、方便地讀取偏振片5轉過的角度了（實驗時，用手調節圓環盤4的轉角即可）。
圖1中的光源11可以是汞燈、氫燈，也可以LED（發光二極體）光源。LED光源的電路見圖3。LED光源是由直流電源16、發光二極體17、電流表18、電壓表19連接而成。其中發光二極體17與電流表18串聯後再與電壓表19及直流電源16的輸出端並聯，直流電源16上帶有電流調節旋鈕20。電流表18和電壓表19可用現有技術的小型數字電流和電壓表頭，其直流供電電源可取自直流電源16再加三端穩壓器電路而成，這可簡化電路結構和成本。電流調節旋鈕20實際是一個電位器上的旋鈕，該電位器可改變直流電源16的輸出電壓。直流電源16可用現有技術中的220V交流市電經過變壓器降壓、整流、濾波後，再經過可調穩壓電路構成。可以把直流電源16、發光二極體17、電流表18、電壓表19、電流調節旋鈕20安裝到同一個機殼內，但是發光二極體17的安裝高度要與狹縫15同高度，也可把發光二極體17單獨取出，安裝到一個可調節高度的燈架上（這可參考圖2中底座1的結構），它再通過導線與直流電源16電連接。
本實用新型在使用時，既可以做現有技術中的實驗內容，又可以做偏振光實驗、LED的發光特性研究實驗、LED伏安特性測試等實驗，顯著擴展了該儀器的實驗內容。做偏振光實驗時，先調節檢偏器13的偏轉角度與起偏器12相同，此時在電腦屏幕上的譜線最高（或能量數值最大），再通過改變檢偏器13的若干不同偏轉角度，使得透過起偏器12的偏振光經過檢偏器13後得到一組不同的譜線高度對應數據，做驗證馬呂斯定律實驗或其他實驗內容。再把光源11換成LED光源，調節電流調節旋鈕20一組電流或電壓數據，就得到電腦屏幕上一組對應譜線高度（或能量數值）的數據，就可以進行研究LED發光光強與電流的關係、光譜與電流的關係等實驗內容。本實用新型還可進行其他實驗內容擴展，不再敘述。
可見，本實用新型顯著擴展了光學多道分析實驗儀的實驗內容，實驗的綜合性更強，既有利於學生能力的培養，又提高了儀器的利用率。但是成本相對提高極小（現有技術的光學多道分析實驗儀每套在1.7萬元左右，而本實用新型成本也就一百多元），顯著提高了儀器的使用效益。