基于單片機(jī)改造邁氏干涉儀自動(dòng)測(cè)量微小長(zhǎng)度
摘要:為了能精確地自動(dòng)測(cè)量He-Ne激光波長(zhǎng)和透明薄膜厚度,采用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)邁克爾干涉儀的微調(diào)手輪轉(zhuǎn)動(dòng),使光屏上產(chǎn)生穩(wěn)定變化的干涉條紋,用光電二極管檢測(cè)條紋信號(hào)光強(qiáng)變化,通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理,測(cè)量結(jié)果自動(dòng)顯示在液晶屏上。在一般實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn),將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較得出,改造后的儀器測(cè)量微小長(zhǎng)度速度快,誤差小,精確度高。
關(guān)鍵詞:單片機(jī);步進(jìn)電機(jī);邁克爾遜干涉儀;微小長(zhǎng)度測(cè)量;薄膜厚度測(cè)量
0 引言
薄膜厚度是薄膜性能參數(shù)的重要指標(biāo),如何準(zhǔn)確、快速、方便地測(cè)量膜厚在實(shí)驗(yàn)中具有十分重要的意義。邁克爾遜干涉儀測(cè)量激光波長(zhǎng)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中重要的一部分,實(shí)驗(yàn)時(shí)實(shí)驗(yàn)者手動(dòng)調(diào)節(jié)微調(diào)手輪,人眼觀察干涉條紋,帶來(lái)很多人為誤差,影響測(cè)量結(jié)果。為了保護(hù)實(shí)驗(yàn)者視力,提高測(cè)量精度,擴(kuò)大測(cè)量范圍,同時(shí)促進(jìn)光學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的發(fā)展,在研究單片機(jī)的基礎(chǔ)上,對(duì)邁克爾遜干涉儀進(jìn)行了探索和改造。
改造后的邁克爾遜干涉儀在不改變物理學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上,增加了電子技術(shù)中的大量元素,使物理學(xué)和電子技術(shù)很好地結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光波長(zhǎng)和薄膜厚度的自動(dòng)測(cè)量。測(cè)量簡(jiǎn)便、精確度高,有一定的實(shí)用性。
1 系統(tǒng)工作原理
基于單片機(jī)改造的邁克爾干涉儀進(jìn)行微小長(zhǎng)度的自動(dòng)測(cè)量,測(cè)量對(duì)象為激光波長(zhǎng)和薄膜厚度,系統(tǒng)工作原理如圖1所示。
1.1 激光波長(zhǎng)測(cè)量
使用He-Ne激光作光源,利用光的分振幅干涉法。用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)微調(diào)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)代替手動(dòng)調(diào)節(jié),電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)光程差為2△d;光屏上得到的“吞”、“吐”條紋,通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào),輸入到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)(條紋數(shù)N),代替了人眼觀察條紋計(jì)數(shù);測(cè)量步驟、結(jié)果(波長(zhǎng)λ=2△d/N)及相對(duì)誤差通過(guò)液晶屏顯示,從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)自動(dòng)測(cè)量。
1.2 薄膜厚度測(cè)量
使用白光作光源,利用等厚干涉法。光路原理圖如圖2所示,當(dāng)白光光程差為零時(shí)發(fā)生干涉現(xiàn)象,將光屏上的彩色條紋通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào),同時(shí)記錄M1的初位置d1;放入薄膜后,光程差增大,彩色條紋消失;電機(jī)帶動(dòng)M1移動(dòng)到彩紋再現(xiàn),記錄M1的末位置d2。用阿貝折射儀測(cè)出薄膜折射率n,輸入到單片機(jī),根據(jù)公式進(jìn)行處理,即可得到薄膜厚度。
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評(píng)論