智能單縫衍射光強測試儀的研制

趙方　李貴雷　張猛　童艷榮

【摘 要】智能單縫衍射光強測試儀，采用STC89C52芯片，集成LCD1602，BH1750和ULN2003電機驅(qū)動模塊，單片機控制電機轉(zhuǎn)動從而帶動光強檢測芯片的橫向移動，檢測單縫衍射不同位置的光強大小，光強數(shù)據(jù)在LCD顯示屏上顯示，并且實時傳輸給計算機在計算機上自動繪圖。

【關(guān)鍵詞】單縫衍射：光強測試；單片機

0 引言

單縫衍射實驗是大學物理中光學方面重要的實驗之一，根據(jù)單縫衍射條紋計算單縫寬度是實驗的一個重要應用。現(xiàn)在實驗室中所用的測量儀器為數(shù)字檢流計，實驗中是利用光電探頭檢測光強分布，并將各個位置的光強數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為不同大小的電流顯示在數(shù)字檢流計上，人工轉(zhuǎn)動手輪每隔0.5mm記錄一次數(shù)據(jù)，需要記錄大量數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過計算和畫圖得出單縫衍射圖像。筆者設(shè)計制造了智能單縫衍射光強測試儀，利用單片機控制電機模塊、光強檢測芯片、顯示模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，然后由MATLAB自動繪圖和計算數(shù)據(jù)，簡潔明了，誤差大大減小。

1 儀器設(shè)計

1.1 儀器硬件設(shè)計

本設(shè)計采用STC89C52，LCD1602，BH1750和ULN2003電機驅(qū)動模塊構(gòu)成。BH1750FVI 是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強度傳感器集成電路，利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化。將BH1750FVI芯片固定在螺桿上，由STC89C52控制ULN2003電機轉(zhuǎn)動，電機的轉(zhuǎn)動帶動螺桿的轉(zhuǎn)動，從而使光強檢測芯片BH1750FVI勻速移動。芯片記錄單縫衍射條紋不同位置的光強大小，在LCD液晶顯示屏上顯示，并且將數(shù)據(jù)實時傳輸給電腦，在MATLAB界面實時繪圖，最后根據(jù)光強分布圖像，自動計算出單縫縫寬。

1.2 儀器軟件設(shè)計

利用C語言程序編寫程序，以單片機為核心，將各個模塊連接起來，并用串口通信將測得光強數(shù)據(jù)傳輸給計算機，利用VB制作的繪圖軟件實時繪出數(shù)據(jù)曲線。系統(tǒng)上電后默認進入光強檢測模式，可以根據(jù)需要通過按鍵進行不同功能的選擇。

2 儀器的應用與效果展示

該儀器可應用于關(guān)于光學學習的各個方面，比如大學光學實驗中光強測試部分、光學相關(guān)課程課堂實驗演示、微小物體的直徑測量等，本儀器相對現(xiàn)有的測試儀器更加自動化并且誤差更小。

實驗數(shù)據(jù)對比：

其他儀器：

筆者作品：

由圖可知，實驗室原有的儀器誤差接近30%，筆者作品的儀器誤差僅為8%，因此該儀器更加自動化和實用性強。

3 結(jié)束語

智能光強檢測儀有自動化和精度高的優(yōu)點，在實驗和測量方面有廣泛應用，對學生對衍射的理解更加深刻和形象。

【參考文獻】

[1]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

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