夫琅禾費衍射演示儀的製作方法
2023-05-27 03:25:21 3
專利名稱：夫琅禾費衍射演示儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物理光學現象演示裝置，尤指一種用於演示夫琅禾費衍射現
象的裝置。
背景技術：
在物理學中，光衍射是揭示光波動性的重要物理現象。對於學生來說，因光衍射的 理論較抽象，為了使學生能夠更快、更好地掌握衍射理論知識，目前，一般採用夫琅禾費衍 射演示儀器展示光的衍射現象來輔助教師的理論授課。但是，目前教師使用的夫琅禾費衍 射演示儀器存在著需手動調整光路、費時費力、演示效果不佳、衍射屏種類單一等缺點，可 見，面對日前教學課時縮短、教學質量要求提高的現狀，目前使用的夫琅禾費衍射演示儀器 顯然不能很好地滿足教學的需要。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種夫琅禾費衍射演示儀，該夫琅禾費衍射演示儀不
需光路調節便可演示多種狹縫衍射現象，省時省力。 為了實現上述目的，本實用新型採用了以下技術方案 —種夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於它包括主控機箱、步進電機、狹縫盤、紅 外光電探測器、大功率半導體雷射器，該主控機箱內設有單片機、步進電機驅動器、穩壓電 源，該主控機箱的殼體上設有液晶顯示屏、按鈕，其中該步進電機的信號輸入輸出端經由
該步進電機驅動器與該單片機上相應的i/o埠相連，該步進電機的輸出軸上安裝有狹縫
盤，該狹縫盤為盤狀結構，該狹縫盤的圓心與該步進電機的輸出軸的軸心重合，該狹縫盤上 的狹縫位於與該狹縫盤的圓心同心的一圓周上，與該狹縫盤的圓心同心的另一圓周上貼設 有紅色反光條；該紅外光電探測器的信號輸入輸出端與該單片機上與其相應的1/0埠相 連，該紅外光電探測器的紅外光發射端與該狹縫盤上貼設的紅色反光條所在的圓周相對應 放置；該大功率半導體雷射器的雷射發射端與該狹縫盤上的狹縫所在的圓周相對應放置； 該液晶顯示屏的信號輸入端與該單片機上與其相應的1/0埠相連，該按鈕的輸入端與該 單片機上與其相應的1/0埠相連；該穩壓電源的電源輸出端與該單片機、步進電機驅動 器、紅外光電探測器、大功率半導體雷射器的電源輸入端相連。 所述狹縫盤為單縫盤或多縫盤，該單縫盤上貼設的紅色反光條的寬度與該多縫盤 上貼設的紅色反光條的寬度不相同。所述按鈕包括正轉按鈕、反轉按鈕和復位按鈕。所述 單片機的通訊埠經由RS232總線與計算機的通訊埠相連。所述大功率半導體雷射器為 雷射波長650nm、50mw的大功率半導體雷射器。所述步進電機、紅外光電探測器、大功率半 導體雷射器設置在一透明的有機玻璃罩內，所述狹縫盤設置在該有機玻璃罩外。 本實用新型的優點是 1 、本實用新型構成簡單、實用、輕便，不需進行任何光路調節便可投入演示使用， 操作者只需控制狹縫盤的轉動，便可演示出狹縫衍射現象。除了需更換的狹縫盤和主控機箱外，其餘器件均設置在一個透明的有機玻璃罩中，這樣，既對大功率半導體雷射器、紅外 光電探測器等器件起到了保護作用，同時，又可使觀看者能夠清楚地了解衍射現象的全過 程。 2、由於本實用新型使用了美國PASCO公司生產的單縫盤和多縫盤兩種狹縫盤，這 兩種狹縫盤上包含了多達26種典型狹縫，如單縫、多縫、正交光柵、圓孔、六角光柵、定圓域 隨機分布圓孔、定圓域隨機分布圓屏、細絲、縫寬連續改變單縫、縫間距連續改變多縫等，且 每種狹縫盤上的所有狹縫都是均勻分布在與狹縫盤的圓心同心的一個圓周上，因此，操作 者只需控制狹縫盤的轉動角度，便可演示出多種狹縫衍射現象。 3、本實用新型既可由操作者控制主控機箱上的按鈕來以手動方式演示各種狹縫 的衍射現象，又可通過計算機以自動方式演示各種狹縫的衍射現象。當採用自動方式演示 時，觀看者不僅可看到各種狹縫產生的真實衍射效果，還可在計算機屏幕上看到當前狹縫 衍射的光強分布理論推導公式、由理論推導公式計算出來的模擬衍射效果以及光強分布曲 線。觀看者可通過此種自動方式來比較理論與實際之間的異同，非常適用於衍射教學使用。 本實用新型可作為中學和大學物理課上學習狹縫的夫琅禾費衍射理論教學的輔 助演示儀器、科技場館用於演示衍射現象的科普儀器、物理實驗室的光學實驗演示儀器等 使用。
圖1是本實用新型的組成示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進行詳細描述。 如圖1所示，本實用新型夫琅禾費衍射演示儀包括主控機箱、步進電機13、狹縫盤 14、紅外光電探測器15、大功率半導體雷射器16，該主控機箱內設有單片機ll(例如，採用 8051或89S52晶片)、步進電機驅動器12、穩壓電源17，該主控機箱的殼體上設有液晶顯示 屏18、按鈕19。該步進電機13的信號輸入輸出端經由該步進電機驅動器12與該單片機11 上相應的1/0埠相連，該步進電機13的輸出軸上安裝有狹縫盤14，該狹縫盤14為盤狀 結構，該狹縫盤14的圓心與該步進電機13的輸出軸的軸心重合，該狹縫盤14上的狹縫位 於與該狹縫盤14的圓心同心的一圓周上，與該狹縫盤14的圓心同心的另一圓周上貼設有 紅色反光條。該紅外光電探測器15的信號輸入輸出端與該單片機11上與其相應的1/0端 口相連，該紅外光電探測器15的紅外光發射端與該狹縫盤14上貼設的紅色反光條所在的 圓周相對應放置。該大功率半導體雷射器16的雷射發射端與該狹縫盤14上的狹縫所在的 圓周相對應放置。該液晶顯示屏18的信號輸入端與該單片機11上與其相應的1/0埠相 連，該按鈕19的輸入端與該單片機11上與其相應的1/0埠相連。該穩壓電源17的電源 輸出端與該單片機11、步進電機驅動器12、紅外光電探測器15、大功率半導體雷射器16的 電源輸入端相連。 實際中，狹縫盤14可為單縫盤或多縫盤，例如，選用美國PASCO公司生產的單縫盤 和多縫盤。該單縫盤上貼設的紅色反光條的寬度與該多縫盤上貼設的紅色反光條的寬度不 相同，以用於通過紅色反光條的寬度來區別狹縫盤的種類。按鈕19可包括正轉按鈕、反轉按鈕和復位按鈕。大功率半導體雷射器16可為雷射波長650nm、50mw的大功率半導體雷射 器，這樣，即使在明亮的室內，觀看者也可清楚地看到衍射條紋。步進電機13採用直流步進 電機。 為了延長儀器的使用壽命，步進電機13、紅外光電探測器15、大功率半導體雷射 器16可設置在一透明的有機玻璃罩內，而需要更換的狹縫盤14可設置在該有機玻璃罩外， 這樣，既起到了保護步進電機13、紅外光電探測器15、大功率半導體雷射器16的作用，又可 使觀看者能夠清楚地了解衍射現象的全過程。 如圖，單片機11的通訊埠還可經由RS232總線與計算機20的通訊埠相連，這
樣，操作者可通過計算機來以自動方式演示各種狹縫的衍射現象。 本實用新型的工作過程為 演示前，將預演示的狹縫盤安裝好。演示時，打開穩壓電源17，穩壓電源17向相應 器件供電，本實用新型進行初始化單片機11控制步進電機13旋轉，從而，狹縫盤14在步 進電機13的帶動下旋轉，紅外光電探測器15檢測是否安裝了狹縫盤14、使狹縫盤14旋轉 定位到初始角度位置以及通過紅色反光條的寬度來判斷狹縫盤的種類。若沒有安裝狹縫盤 14，則液晶顯示屏18顯示警告。 若採用手動方式演示狹縫的衍射現象，則根據演示需要，操作者可通過對正轉按 鈕或反轉按鈕的控制來實現。每按一下正轉按鈕，步進電機13便帶動狹縫盤14從初始角 度位置正向旋轉一預設角度，從而一狹縫旋轉到大功率半導體雷射器16的雷射發射端前。 每按一下反轉按鈕，步進電機13便帶動狹縫盤14從初始角度位置反向旋轉一預設角度，從 而一狹縫旋轉到大功率半導體雷射器16的雷射發射端前。就這樣，操作者根據演示需要按 動數次正轉按鈕或反轉按鈕，以使待演示的狹縫旋轉到大功率半導體雷射器16前，從而通 過大功率半導體雷射器16發射的雷射照射而展示出相應的衍射現象。該液晶顯示屏18上 可顯示出當前狹縫的類型、縫寬、縫間距等參數以及本實用新型的工作狀態信息。 除了採用手動方式外，操作者還可採用自動方式來演示狹縫的衍射現象。此時，操 作者不用按動任何按鈕，計算機20向單片機11發出具體指令來實現衍射演示過程。當狹 縫盤14展示狹縫產生的真實衍射效果時，該當前狹縫衍射的光強分布理論推導公式、由理 論推導公式計算出來的模擬衍射效果以及光強分布曲線同時顯示在計算機屏幕上，以使觀 看者比較理論與實際之間的異同。 本實用新型的優點是 1 、本實用新型構成簡單、實用、輕便，不需進行任何光路調節便可投入演示使用， 操作者只需控制狹縫盤的轉動，便可演示出狹縫衍射現象。除了需更換的狹縫盤和主控機 箱外，其餘器件均設置在一個透明的有機玻璃罩中，這樣，既對大功率半導體雷射器、紅外 光電探測器等器件起到了保護作用，同時，又可使觀看者能夠清楚地了解衍射現象的全過 程。 2、由於本實用新型使用了美國PASCO公司生產的單縫盤和多縫盤兩種狹縫盤，這 兩種狹縫盤上包含了多達26種典型狹縫，如單縫、多縫、正交光柵、圓孔、六角光柵、定圓域 隨機分布圓孔、定圓域隨機分布圓屏、細絲、縫寬連續改變單縫、縫間距連續改變多縫等，且 每種狹縫盤上的所有狹縫都是均勻分布在與狹縫盤的圓心同心的一個圓周上，因此，操作 者只需控制狹縫盤的轉動角度，便可演示出多種狹縫衍射現象。[0025] 3、本實用新型既可由操作者控制主控機箱上的按鈕來以手動方式演示各種狹縫 的衍射現象，又可通過計算機以自動方式演示各種狹縫的衍射現象。當採用自動方式演示 時，觀看者不僅可看到各種狹縫產生的真實衍射效果，還可在計算機屏幕上看到當前狹縫 衍射的光強分布理論推導公式、由理論推導公式計算出來的模擬衍射效果以及光強分布曲 線。觀看者可通過此種自動方式來比較理論與實際之間的異同，非常適用於衍射教學使用。 本實用新型可作為中學和大學物理課上學習狹縫的夫琅禾費衍射理論教學的輔 助演示儀器、科技場館用於演示衍射現象的科普儀器、物理實驗室的光學實驗演示儀器等 使用。 以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術原理，對於本領域的技術 人員來說，在不背離本實用新型的精神和範圍的情況下，任何基於本實用新型技術方案基 礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬於本實用新型保護範圍之內。
權利要求一種夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於它包括主控機箱、步進電機、狹縫盤、紅外光電探測器、大功率半導體雷射器，該主控機箱內設有單片機、步進電機驅動器、穩壓電源，該主控機箱的殼體上設有液晶顯示屏、按鈕，其中該步進電機的信號輸入輸出端經由該步進電機驅動器與該單片機上相應的I/O埠相連，該步進電機的輸出軸上安裝有狹縫盤，該狹縫盤為盤狀結構，該狹縫盤的圓心與該步進電機的輸出軸的軸心重合，該狹縫盤上的狹縫位於與該狹縫盤的圓心同心的一圓周上，與該狹縫盤的圓心同心的另一圓周上貼設有紅色反光條；該紅外光電探測器的信號輸入輸出端與該單片機上與其相應的I/O埠相連，該紅外光電探測器的紅外光發射端與該狹縫盤上貼設的紅色反光條所在的圓周相對應放置；該大功率半導體雷射器的雷射發射端與該狹縫盤上的狹縫所在的圓周相對應放置；該液晶顯示屏的信號輸入端與該單片機上與其相應的I/O埠相連，該按鈕的輸入端與該單片機上與其相應的I/O埠相連；該穩壓電源的電源輸出端與該單片機、步進電機驅動器、紅外光電探測器、大功率半導體雷射器的電源輸入端相連。
2. 如權利要求1所述的夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於所述狹縫盤為單縫盤或多縫盤，該單縫盤上貼設的紅色反光條的寬度與該多縫盤上貼 設的紅色反光條的寬度不相同。
3. 如權利要求1或2所述的夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於 所述按鈕包括正轉按鈕、反轉按鈕和復位按鈕。
4 如權利要求1或2所述的夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於 所述單片機的通訊埠經由RS232總線與計算機的通訊埠相連。
5 如權利要求1所述的夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於 所述大功率半導體雷射器為雷射波長650nm、50mw的大功率半導體雷射器。
6. 如權利要求1所述的夫琅禾費衍射演示儀，其特徵在於所述步進電機、紅外光電探測器、大功率半導體雷射器設置在一透明的有機玻璃罩內， 所述狹縫盤設置在該有機玻璃罩外。
專利摘要本實用新型公開了一種夫琅禾費衍射演示儀，它包括單片機、步進電機驅動器、步進電機、狹縫盤、紅外光電探測器、大功率半導體雷射器。步進電機的信號輸入輸出端經由步進電機驅動器與單片機的I/O埠相連，步進電機輸出軸上裝有狹縫盤，狹縫盤圓心與步進電機輸出軸軸心重合，狹縫盤上的狹縫位於與狹縫盤圓心同心的一圓周上，與狹縫盤圓心同心的另一圓周上貼有紅色反光條；紅外光電探測器的信號輸入輸出端與單片機上的I/O埠相連，其紅外光發射端與紅色反光條所在圓周對應放置；大功率半導體雷射器的雷射發射端與狹縫盤上的狹縫所在圓周對應放置。本實用新型實用輕便，不需光路調節便可投入狹縫衍射演示使用。
文檔編號G09B23/22GK201465389SQ200920110309
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月22日 優先權日2009年7月22日
發明者平澄 申請人:平澄