智能单缝衍射光强测试仪的研制

2016-09-29

科技视界 2016年20期

赵方　李贵雷　张猛　童艳荣

【摘要】智能单缝衍射光强测试仪，采用STC89C52芯片，集成LCD1602，BH1750和ULN2003电机驱动模块，单片机控制电机转动从而带动光强检测芯片的横向移动，检测单缝衍射不同位置的光强大小，光强数据在LCD显示屏上显示，并且实时传输给计算机在计算机上自动绘图。

【关键词】单缝衍射：光强测试；单片机

0 引言

单缝衍射实验是大学物理中光学方面重要的实验之一，根据单缝衍射条纹计算单缝宽度是实验的一个重要应用。现在实验室中所用的测量仪器为数字检流计，实验中是利用光电探头检测光强分布，并将各个位置的光强数据转换为不同大小的电流显示在数字检流计上，人工转动手轮每隔0.5mm记录一次数据，需要记录大量数据，然后经过计算和画图得出单缝衍射图像。笔者设计制造了智能单缝衍射光强测试仪，利用单片机控制电机模块、光强检测芯片、显示模块和数据传输模块，然后由MATLAB自动绘图和计算数据，简洁明了，误差大大减小。

1 仪器设计

1.1 仪器硬件设计

本设计采用STC89C52，LCD1602，BH1750和ULN2003电机驱动模块构成。BH1750FVI 是一种用于两线式串行总线接口的数字型光强度传感器集成电路，利用它的高分辨率可以探测较大范围的光强度变化。将BH1750FVI芯片固定在螺杆上，由STC89C52控制ULN2003电机转动，电机的转动带动螺杆的转动，从而使光强检测芯片BH1750FVI匀速移动。芯片记录单缝衍射条纹不同位置的光强大小，在LCD液晶显示屏上显示，并且将数据实时传输给电脑，在MATLAB界面实时绘图，最后根据光强分布图像，自动计算出单缝缝宽。

1.2 仪器软件设计

利用C语言程序编写程序，以单片机为核心，将各个模块连接起来，并用串口通信将测得光强数据传输给计算机，利用VB制作的绘图软件实时绘出数据曲线。系统上电后默认进入光强检测模式，可以根据需要通过按键进行不同功能的选择。

2 仪器的应用与效果展示

该仪器可应用于关于光学学习的各个方面，比如大学光学实验中光强测试部分、光学相关课程课堂实验演示、微小物体的直径测量等，本仪器相对现有的测试仪器更加自动化并且误差更小。

实验数据对比：

其他仪器：

笔者作品：

由图可知，实验室原有的仪器误差接近30%，笔者作品的仪器误差仅为8%，因此该仪器更加自动化和实用性强。

3 结束语

智能光强检测仪有自动化和精度高的优点，在实验和测量方面有广泛应用，对学生对衍射的理解更加深刻和形象。

【参考文献】

[1]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009.