多功能光学多道分析实验系统的制作方法

本发明涉及一种大学物理实验仪器，尤其指一种多功能光学多道分析实验系统。

背景技术：

光学多道分析实验仪，是国内各个高校广泛使用的物理实验仪器。该仪器的基本原理是光源发出的光束，投射到单色仪上的狭缝中，再利用单色仪9中的多个反射镜及反射式光栅，把不同波长的光按照不同的空间分布射向单色仪中的线阵CCD去接收。线阵CCD中的各个CCD接收单元再把各自接收到的不同的光谱线变成电信号并加以数据处理，通过CCD数据线送入电箱进行模数转换等数据处理，然后再通过USB线送入电脑，进而在电脑屏幕上实时显示出某个波长区域的光谱线。还可以人工操作电脑而发出改变光谱采集的区间等的指令，通过USB线传输给电箱，电箱中的电机驱动模块就会通过电机驱动线去驱动单色仪中的步进电机转动一个角度，从而带动反射式光栅转动某个角度，使得光谱采集区域得到改变。可见，用该仪器测量光的谱线波长是十分方便、快捷的。现有技术中用该仪器进行实验教学，内容一般是拿着汞灯对仪器进行定标，然后再去用比较法来测量氢灯各条谱线的波长。但是，本申请的发明人经过研究发现，该仪器不适应高校实验教学改革要求实验项目的知识综合化需求，仪器的实验教学内容和功能还有待于进一步开发改进。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多功能光学多道分析实验系统，它既可以做现有技术中的仪器可做的实验项目，又可以做现有技术中的仪器不能做的偏振光实验、LED发光特性研究等实验项目，使用简单、可靠、方便。

为了实现上述目的，本发明把单色仪9通过CCD数据线与电箱10相互连接，电箱10通过电机驱动线Y与单色仪9相互连接，电箱10还通过USB线U与电脑14相互连接，在光源11和狭缝15之间还带有起偏器12和检偏器13。

为了可以方便、精确地做偏振光实验内容，检偏器13是由底座1、螺丝2、镶嵌支架3、圆环盘4、偏振片5、角刻度6、标记7构成的，其中偏振片5安装在圆环盘4上，圆环盘4放入镶嵌支架3内，镶嵌支架3上带的支杆插入底座1上带的立杆内并通过螺丝2固定，圆环盘4上带有角刻度6，镶嵌支架3上带有标记7。

为了可以方便地做LED发光特性实验内容，光源11其中的一个是LED光源，LED光源由直流电源16、发光二极管17、电流表18、电压表19连接而成，其中发光二极管17与电流表18串联后再与电压表19及直流电源16的输出端并联，直流电源16上带有电流调节旋钮20。

由于本发明在现有技术的光学多道分析实验仪中，增加了起偏器12及检偏器13，通过改变起偏器12与检偏器13的相对角度，相应的输出光强就改变并在电脑屏幕的谱线高度（或能量数值）上方便、直观、形象地显示出来，这就可以做偏振光实验内容了（比如验证马吕斯定律等内容）。本发明增加的LED光源，还可以做LED的发光特性研究实验（光强与电流的关系、光谱与电流的关系等实验内容）。本发明的检偏器13中的偏振片5安装在圆环盘4上、圆环盘4放入镶嵌支架3内、镶嵌支架3上带的支杆插入底座1上带的立杆内并通过螺丝2固定、圆环盘4上带有角刻度6、镶嵌支架3上带有标记7的结构，给方便、高精度地做偏振光实验提供了支持。可见，本发明使得现有技术中的光学多道分析实验仪增加了实验项目和实验内容，一机多用，但是成本相对提高极小（现有技术的光学多道分析实验仪每套在1.7万元左右，而本发明增加的成本也就一百多元），显著提高了仪器使用效益。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明检偏器13的结构示意图。

图3是本发明中LED光源的电路图。

具体实施方式

在图1中，单色仪9通过CCD数据线与电箱10相互连接，电箱10通过电机驱动线Y与单色仪9相互连接，电箱10还通过USB线U与电脑14相互连接，在光源11和狭缝15之间还带有起偏器12和检偏器13。

在图2中，检偏器13是由底座1、螺丝2、镶嵌支架3、圆环盘4、偏振片5、角刻度6、标记7构成的。其中偏振片5安装在圆环盘4上，圆环盘4放入镶嵌支架3内，镶嵌支架3上带的支杆插入底座1上带的立杆内并通过螺丝2固定，圆环盘4上带有角刻度6，镶嵌支架3上带有标记7。起偏器12的结构即可以与检偏器13完全一致，也可简化其结构，比如去掉角刻度6和标记7，甚至把镶嵌支架3也简化为更简单的框架，直接把偏振片5固定在框架上，同时把圆环盘4也省略。

镶嵌支架3的上半部分可用金属片弯折或冲压而成，也可用模具制作。镶嵌支架3的下半部分是一个圆柱形的支杆，镶嵌支架3的上半部分和下半部分相互焊接或其他方式相互固定。镶嵌支架3的上半部分的凹槽宽度，以刚好容纳圆环盘4的厚度为宜，以使圆环盘4可以在凹槽内只能转动但又不轴向活动为准。镶嵌支架3的部分横向宽度以正好容纳圆环盘4且不左右活动为准。镶嵌支架3的上半部分高度以超过圆环盘4直径的三分之二为宜，也可把镶嵌支架3制成正方形封闭的框架但上边框可拆装的结构。偏振片5与与圆环盘4之间可用螺丝配合紧固边框或粘接的方式相互固定在一起。圆环盘4的一周或半周要制造上测量角度的角刻度6，同时，在镶嵌支架3的下边框中央位置也制造上标记7，这样就可以准确、方便地读取偏振片5转过的角度了（实验时，用手调节圆环盘4的转角即可）。

图1中的光源11可以是汞灯、氢灯，也可以LED（发光二极管）光源。LED光源的电路见图3。LED光源是由直流电源16、发光二极管17、电流表18、电压表19连接而成。其中发光二极管17与电流表18串联后再与电压表19及直流电源16的输出端并联，直流电源16上带有电流调节旋钮20。电流表18和电压表19可用现有技术的小型数字电流和电压表头，其直流供电电源可取自直流电源16再加三端稳压器电路而成，这可简化电路结构和成本。电流调节旋钮20实际是一个电位器上的旋钮，该电位器可改变直流电源16的输出电压。直流电源16可用现有技术中的220V交流市电经过变压器降压、整流、滤波后，再经过可调稳压电路构成。可以把直流电源16、发光二极管17、电流表18、电压表19、电流调节旋钮20安装到同一个机壳内，但是发光二极管17的安装高度要与狭缝15同高度，也可把发光二极管17单独取出，安装到一个可调节高度的灯架上（这可参考图2中底座1的结构），它再通过导线与直流电源16电连接。

本发明在使用时，既可以做现有技术中的实验内容，又可以做偏振光实验、LED的发光特性研究实验、LED伏安特性测试等实验，显著扩展了该仪器的实验内容。做偏振光实验时，先调节检偏器13的偏转角度与起偏器12相同，此时在电脑屏幕上的谱线最高（或能量数值最大），再通过改变检偏器13的若干不同偏转角度，使得透过起偏器12的偏振光经过检偏器13后得到一组不同的谱线高度对应数据，做验证马吕斯定律实验或其他实验内容。再把光源11换成LED光源，调节电流调节旋钮20一组电流或电压数据，就得到电脑屏幕上一组对应谱线高度（或能量数值）的数据，就可以进行研究LED发光光强与电流的关系、光谱与电流的关系等实验内容。本发明还可进行其他实验内容扩展，不再叙述。

可见，本发明显著扩展了光学多道分析实验仪的实验内容，实验的综合性更强，既有利于学生能力的培养，又提高了仪器的利用率。但是本发明成本相对提高极小（现有技术的光学多道分析实验仪每套在1.7万元左右，而本发明增加的成本也就一百多元），显著提高了仪器的使用效益。