一种具备远程通信功能的牛顿环实验系统的制作方法

本实用新型一种具备远程通信功能的牛顿环实验系统，属于具备远程通信功能的牛顿环实验系统技术领域。

背景技术：

牛顿环实验是高中和大学物理实验中的一项基础实验，该实验主要涉及对光的波动性的表现研究，实验人员可以通过观察读数显微镜显示出的一种分振幅方法实现的等厚干涉现象，通过干涉图样测出平凸透镜的曲率半径。

在实验过程中，如果用肉眼直接观察读数显微镜中的牛顿环实验图像，实验人员的眼睛会很快处于疲劳状态，长时间观测将导致眼花，从而影响对实验数据的测量，造成较大的测量误差；目前使用一种图像传感系统可以解决上述问题，通过使用ccd成像系统对读数显微镜数据进行间接成像，但ccd成像系统体积较大，结构复杂，成本高，也不能对呈现的实验图像数据做及时的储存和处理，实验一旦做完，再想查询之前的数据只能重做实验；

另一方面，目前实验室中的牛顿环实验主要侧重教学，要求教职人员在宽广的室内进行现场教学，受制于实验装置功能，教师在做实验示范时，只有前排同学或一个房间内的同学能够近距离观察牛顿环的干涉图案，包括对读数显微镜的读取方法，计算过程，大部分同学不能获得较好的实验教学效果。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种具备远程通信功能的牛顿环实验系统；为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种具备远程通信功能的牛顿环实验系统，包括图像信息处理发送装置和光电探测器，所述光电探测器的光感接收端正对牛顿环实验系统的读数显微镜，所述光电探测器通过导线与图像信息处理发送装置电连接；

所述图像信息处理发送装置的壳体正面设置有led显示屏、控制按键，所述图像信息处理发送装置的顶部设置有无线通信模块的通信天线；

所述图像信息处理发送装置的内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有中央控制器，所述中央控制器通过导线分别与led显示屏、控制按键、无线通信模块相连；

所述中央控制器的信号输入端与光电探测器相连；

所述中央控制器还连接有数据存储模块；

所述中央控制器的电源输入端与电源模块相连；

所述无线通信模块通过无线网络与多部学生手机无线连接，所述无线通信模块通过无线网络还与实验管理服务器无线连接。

所述无线通信模块使用的芯片为通信芯片u1，所述无线通信模块的电路结构为：

所述通信芯片u1的1脚并接电阻r1的一端、电容c1的一端后与晶振y1的一端相连，所述电容c1的另一端接地；

所述通信芯片u1的2脚并接电容c5的一端、电容c6的一端后接5v输入电源，所述电容c5、c6的另一端接地；

所述通信芯片u1的3脚并接电容c4的一端，电容c3的一端后接地；

所述通信芯片u1的4脚并接电阻r2的一端后与电容c3的另一端相连，所述电阻r2的另一端与电容c4的另一端相连；

所述通信芯片u1的5脚串接电感l1后与通信芯片u1的6脚相连；

所述通信芯片u1的8脚并接电容c7的一端后接5v输入电源，所述电容c7的另一端接地；

所述通信芯片u1的9脚、10脚与中央控制器相连；

所述通信芯片u1的11脚串接电阻r3后接地；

所述通信芯片u1的13脚并接电容c8的一端后接5v输入电源，所述电容c8的另一端接地；

所述通信芯片u1的14脚、17脚均接地；

所述通信芯片u1的15脚、16脚与通信天线端口p1相连；

所述通信芯片u1的20脚并接电阻r1的另一端、电容c2的一端后与晶振y1的另一端相连，所述电容c2的另一端接地。

所述电源模块使用的芯片为稳压器u2和稳压器u3，所述电源模块的电路结构为：

所述稳压器u2的1脚并接电容c21的一端后接12v输入电源，所述稳压器u2的2脚并接电容c22的一端，有极电容c23的正极后接5v电源输出端，所述稳压器u2的3脚并接电容c21的另一端，电容c22的另一端，有极电容c23的负极后接地；

所述稳压器u3的3脚并接电容c24的一端后接5v输入电源，所述稳压器u3的2脚并接电容c25的一端，电容c26的一端后接3.3v电源输出端，所述稳压器u3的1脚并接电容c24的另一端，电容c25的另一端，电容c26的另一端后接地。

所述无线通信模块具体为gsm通信模块，所述通信芯片u1的型号为nrf401；

所述稳压器u2的型号为78l05，所述稳压器u3的型号为spx1117。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型为了方便、直观的观察实验现象和监测实验结果，提供一种改进后的牛顿环实验系统，统一在牛顿环实验装置的外围设置有图像信息处理发送装置，配合光电探测器和读数显微镜，实现对牛顿环干涉图样从图像获取，到图像处理，最后将图像信号进行远程无线发送的全过程；系统通过与学生手机和实验数据保存专用的服务器建立无线连接，有效提高实验效果，降低实验误差，学生在上课时可以利用自己的手机观测实验图像和记录数据，而且可以随时储存实验图样并记录数据，有效降低实验成本，并激发出学生的实验兴趣，提高教学效果。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型图像信息处理发送装置的电路结构示意图；

图3为本实用新型无线通信模块的电路图；

图4为本实用新型电源模块的电路图；

图中：1为图像信息处理发送装置、2为光电探测器、3为读数显微镜、4为led显示屏、5为控制按键、6为无线通信模块、7为中央控制器、8为数据存储模块、9为电源模块、10为学生手机、11为实验管理服务器。

具体实施方式

如图1至图4所示，本实用新型一种具备远程通信功能的牛顿环实验系统，包括图像信息处理发送装置1和光电探测器2，所述光电探测器2的光感接收端正对牛顿环实验系统的读数显微镜3，所述光电探测器2通过导线与图像信息处理发送装置1电连接；

所述图像信息处理发送装置1的壳体正面设置有led显示屏4、控制按键5，所述图像信息处理发送装置1的顶部设置有无线通信模块6的通信天线；

所述图像信息处理发送装置1的内部设置有控制电路板，所述控制电路板上集成有中央控制器7，所述中央控制器7通过导线分别与led显示屏4、控制按键5、无线通信模块6相连；

所述中央控制器7的信号输入端与光电探测器2相连；

所述中央控制器7还连接有数据存储模块8；

所述中央控制器7的电源输入端与电源模块9相连；

所述无线通信模块6通过无线网络与多部学生手机10无线连接，所述无线通信模块6通过无线网络还与实验管理服务器11无线连接。

所述无线通信模块6使用的芯片为通信芯片u1，所述无线通信模块6的电路结构为：

所述通信芯片u1的1脚并接电阻r1的一端、电容c1的一端后与晶振y1的一端相连，所述电容c1的另一端接地；

所述通信芯片u1的2脚并接电容c5的一端、电容c6的一端后接5v输入电源，所述电容c5、c6的另一端接地；

所述通信芯片u1的3脚并接电容c4的一端，电容c3的一端后接地；

所述通信芯片u1的4脚并接电阻r2的一端后与电容c3的另一端相连，所述电阻r2的另一端与电容c4的另一端相连；

所述通信芯片u1的5脚串接电感l1后与通信芯片u1的6脚相连；

所述通信芯片u1的8脚并接电容c7的一端后接5v输入电源，所述电容c7的另一端接地；

所述通信芯片u1的9脚、10脚与中央控制器7相连；

所述通信芯片u1的11脚串接电阻r3后接地；

所述通信芯片u1的13脚并接电容c8的一端后接5v输入电源，所述电容c8的另一端接地；

所述通信芯片u1的14脚、17脚均接地；

所述通信芯片u1的15脚、16脚与通信天线端口p1相连；

所述通信芯片u1的20脚并接电阻r1的另一端、电容c2的一端后与晶振y1的另一端相连，所述电容c2的另一端接地。

所述电源模块9使用的芯片为稳压器u2和稳压器u3，所述电源模块9的电路结构为：

所述稳压器u2的1脚并接电容c21的一端后接12v输入电源，所述稳压器u2的2脚并接电容c22的一端，有极电容c23的正极后接5v电源输出端，所述稳压器u2的3脚并接电容c21的另一端，电容c22的另一端，有极电容c23的负极后接地；

所述稳压器u3的3脚并接电容c24的一端后接5v输入电源，所述稳压器u3的2脚并接电容c25的一端，电容c26的一端后接3.3v电源输出端，所述稳压器u3的1脚并接电容c24的另一端，电容c25的另一端，电容c26的另一端后接地。

所述无线通信模块6具体为gsm通信模块，所述通信芯片u1的型号为nrf401；

所述稳压器u2的型号为78l05，所述稳压器u3的型号为spx1117。

本实用新型通过传统的牛顿环测平凸透镜曲率半径的实验系统进行改进，实验中使用的钠灯，钠黄光波长为589.3nm，发出的光源经凸透镜校准后形成一束平行光，该平行光经半反半透镜反射后，将光源垂直照射到牛顿环仪上，并在牛顿环仪的平凸透镜和平板玻璃之间形成的空气薄膜上下表面处发生两次反射，形成两束相干光，两束相干光在空气薄膜表面相遇产生等厚干涉，该干涉图案可以使用读数显微镜3进行观测，形成图案具体为明暗相间的同心干涉圆环，即牛顿环。

为克服对图像传统读数方法容易引起疲劳和眼花的问题，本实用新型在读数显微镜3的观察口处设置一台光电探测器2，并将光电探测器2的光感接收端正对读数显微镜3的观察口；该光电探测器2与图像信息处理发送装置1组成一套图像传感系统，光电探测器2能够把光信号转化为电学信号，转化后的电信号通过相应的转换电路，发送至图像信息处理发送装置1内部的中央控制器7中，中央控制器7对电信号进行分析处理，并通过无线通信模块将处理数据无线发送至相应的实验手机和服务器中；同时将干涉图案和凸透镜曲率半径等数据显示在led显示屏4上，实验人员可以通过操作控制按键5选择将数据进行储存或者发送；本实用新型也可以通过智能手机内的app专用实验软件，控制牛顿环实验的数据传输与储存，通过系统把电信号处理成智能手机可以接收的信号，这样经过干涉后的实验图像就可以通过智能手机实时监测并观察测量。

所述图像信息处理发送装置顶部引出通信天线，具体为gsm无线通信天线，后期根据通信效果与范围，可将相应的无线通信模块替换为wifi，蓝牙，zigbee等无线通信模块；无线通信模块6将采集处理后的图像数据发送至手机或服务器终端，所述无线通信模块6由核心芯片nrf401及外围电路构成，所述通信芯片u1具体为双信道、高性能、低功耗的专用无线通信芯片，工作频率为433.93/434.33mhz，可直接与中央控制器7通过串口连接，进行异步通信，实现数据发送和接收，并且无需对数据进行编码，可以将采集和处理后的图像及视频数据实时反馈至手机终端和实验管理服务器；所述电源模块9可提供3.3v-5v的控制电路专用电源，确保整个系统稳定运行。

牛顿环干涉实验系统的应用非常广泛，除了能用于上述测量平凸透镜的曲率半径实验以外，还可以测光波波长、测微小角度和薄膜厚度、检测光学表面、液体折射率等等，所以本实用新型提供的图像传感系统，有利于更方便更直观的对牛顿环实验中出现的图像数据进行分析和研究，并有其他广泛的科研使用前景。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。