一款基于激光平行光管的网络牛顿环实验仪的制作方法

本实用新型涉及实验装置领域，具体为一款基于激光平行光管的网络牛顿环实验仪。

背景技术：

牛顿环，又称“牛顿圈”。在光学上，牛顿环是一个薄膜干涉现象。是牛顿在1675年首先观察到的。将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环。圆环分布是中间疏、边缘密，圆心在接触点。从反射光看到的牛顿环中心是暗的，从透射光看到的牛顿环中心是明的。

传统牛顿环实验一般是采用牛顿环在显微镜下观察的，光源使用的钠光灯，且实验只能在实验室完成，当学生发现实验数据不足，需要更多实验数据时，又要重新回到实验室，并不能远程进行实验。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对上述问题，提供一款基于激光平行光管的网络牛顿环实验仪，利用激光光源进行实验，同时可以通过网络在远程完成实验，提升了实验效率，省去了往返实验室的麻烦。

该实用新型在常用牛顿环实验装置的基础上，进行了较多的改进和拓展，具体包括：

1、加装了电动鼓轮驱动，使实验设备可以通过网络进行控制；加配了三个摄像头，分别读取刻度尺和鼓轮读数，并记录相应的牛顿环图像，三个图像同时上传到用户控制界面；上述改进允许实验者通过网络直接控制实验设备，并得到实验结果；

2、设计了控制驱动程序（以及相应的保护装置）和服务器、用户界面，使整个实验可以基于互联网来完成；

3、改进了实验装置，使得我们可以用半导体激光器也可以进行牛顿环实验；与普通的钠灯光源相比，激光的相干长度长，在普通的牛顿环装置上会得到多个界面上众多反射光互相干涉形成的“杂乱”的干涉图像；我们对光路结构的多重改进，实现了激光作光源时，得到“干净”的单套牛顿环图像；因为半导体激光器的寿面远长于钠灯的寿命，这大大降低了远程控制实验中一直开着设备所需的成本；

4、开发了图像编程软件，允许学生计算通常实验中得到的以钠灯为光源的牛顿环图像中亮暗条纹的对比度，以及本实验中以激光为光源的牛顿环图像中亮暗条纹的对比度，从而让学生掌握什么是对比度，怎么计算，并探讨干涉图像的对比度和哪些因素有关。

该设备既可以是一个独立的网络控制实验，允许学生预习实验时便捷地通过网络操作实验装置，了解什么是牛顿环，如何进行实验；也允许学生在发现自己的实验数据存在不足时补充实验数据等；同时，该设备又是一个入门门槛很低的网络控制实验建设的训练平台，可以在掌握相关知识和技能之后自主开发其他的网络控制实验。

本实用新型采用如下的技术方案：一款基于激光平行光管的网络牛顿环实验仪，主要包括公共底板、显微镜和偏光镜组件，其特征在于：所述公共底板上分别装有二维移动平台、显微镜安装架、摄像头安装架、电机安装架和若干可调杆架；所述二维移动平台可以调节在底板上的前后左右位置，二维移动平台上方通过可调牛顿环安装板支架安装有牛顿环安装板；所述显微镜安装架上安装显微镜，显微镜的角度调节旋钮连接同轴的显微镜调节轮鼓；所述的摄像头安装架在底板上设置两个，分别通过摄像头增高杆托住显微镜角度调节刻度摄像头和轮鼓转动角度摄像头；所述的显微镜的目镜上方装设显微镜目镜摄像头；所述电机安装架上安装步进电机，步进电机通过皮带连接显微镜调节轮鼓；所述显微镜调节轮鼓一侧还设有显微镜调节锁紧装置，在步进电机停止转动时，对显微镜的旋转角度进行锁定；所述牛顿环安装板位于显微镜镜头下方；所述若干可调杆架排成一排，其高度可以调节，偏光镜组件和激光管安装环分别装在不同的可调杆架上；所述激光管安装环内安装激光平行管，激光平行管的光源方向指向牛顿环；所述显微镜目镜摄像头、显微镜角度调节刻度摄像头和轮鼓转动角度摄像头为网络摄像头；所述步进电机、二维移动平台和激光平行管还连接相应的控制电路，并可通过网络进行远程调节。

本实用新型所述的底板下四个角上装有可升降的可调机脚，底板边缘装有底板护板。

本实用新型所述的摄像头增高杆可弯曲和自由转动。

本实用新型所述的可调杆架数量至少包含三个，偏光镜组件可以选择其中的可调杆架进行安装。

本实用新型所述的激光平行管为前段为圆柱形结构，其在激光管安装环上的安装位置可以左右调节。

本实用新型所述的底板上装有若干插座，通过底板内部走线至步进电机、二维移动平台和激光平行管。

本实用新型的优点是：本实用新型通过电机驱动显微镜调节轮鼓和网络摄像头的设置，实现了远程实验，提升了实验效率，省去了往返实验室的麻烦；同时将普通的钠光源更换成激光光源进行实验，提升了实验效果。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构图。

图2为图1的正面视图。

图3为图1的俯视图。

在图中，公共底板1、二维移动平台2、显微镜安装架3、摄像头安装架4、可调杆架5、电机安装架6、步进电机7、可调牛顿环安装板支架8、牛顿环安装板9、牛顿环10、显微镜11，显微镜调节锁紧装置12、摄像头增高杆13、显微镜角度调节刻度摄像头14、轮鼓转动角度摄像头15、显微镜目镜摄像头16、显微镜调节轮鼓17、激光管安装环18和激光平行管19、偏光镜组件20、可调机脚21、皮带22、插座23、底板护板24。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，本实用新型是这样来工作和实施的，一款基于激光平行光管的网络牛顿环实验仪，主要包括公共底板1、显微镜11和偏光镜组件20，其特征在于：所述公共底板1上分别装有二维移动平台2、显微镜安装架3、摄像头安装架4、电机安装架6和4个可调杆架5；所述二维移动平台2可以调节在底板1上的前后左右位置，二维移动平台2上方通过可调牛顿环安装板支架8安装有牛顿环安装板9，牛顿环10置于牛顿环安装板9上；所述显微镜安装架3上安装显微镜11，显微镜的角度调节旋钮连接同轴的显微镜调节轮鼓17；所述的摄像头安装架4在底板1上设置两个，分别通过摄像头增高杆13托住显微镜角度调节刻度摄像头14和轮鼓转动角度摄像头15；所述的显微镜11的目镜上方装设显微镜目镜摄像头16；所述电机安装架6上安装步进电机7，步进电机7通过皮带22连接显微镜调节轮鼓17；所述显微镜调节轮鼓17一侧还设有显微镜调节锁紧装置12，在步进电机7停止转动时，对显微镜11的旋转角度进行锁定；所述牛顿环安装板9位于显微镜11的镜头下方；所述4个可调杆架5排成一排，每个可调杆架5高度可以调节，偏光镜组件20和激光管安装环18分别装在不同的可调杆架5上；所述激光管安装环18内安装激光平行管19，激光平行管19的光源方向指向牛顿环10；所述显微镜目镜摄像头16、显微镜角度调节刻度摄像头14和轮鼓转动角度摄像头15均为网络摄像头；所述步进电机7、二维移动平台2和激光平行管19还连接相应的控制电路，并可通过网络进行远程调节。

本实用新型所述的底板1下四个角上装有可升降的可调机脚21，底板1的边缘装有底板护板24。

本实用新型所述的摄像头增高杆13可弯曲和自由转动。

本实用新型所述的可调杆架5的数量为4个，偏光镜组件20可以选择其中的可调杆架5进行安装。

本实用新型所述的激光平行管19为前段为圆柱形结构，其在激光管安装环18上的安装位置可以左右调节。

本实用新型所述的底板上装有3个插座，通过底板内部走线至步进电机6、二维移动平台2和激光平行管19。

实验人员通过网络利用相应的控制电路对步进电机7、二维移动平台2和激光平行管19进行远程调节，再利用显微镜目镜摄像头16、显微镜角度调节刻度摄像头14和轮鼓转动角度摄像头15同步的获取相应的实验数据和实验结果图像。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。