基于Arduino的迈克尔逊干涉仪的自动测量装置(入门)
作品的物理图像:
这是最原始的安装图片。有点难看让我们来看看。视频是经过优化的图片。
视频显示:
概述:
科学知识:不了解迈克尔逊干涉仪的同志,请单击下面的链接:
米歇尔森干涉仪
总体设计思路:
总体思路非常简单,即计算机将指令发送给单片机,然后由单片机控制电动机的旋转。双轴电机驱动迈克尔逊干涉仪的手轮和AB相位编码器同时旋转,感光模块测量条纹变化的次数。然后计算编码器测得的角度并将其转换为距离实验,实验成功!迈克尔逊干涉仪非常精确,但实验不便。该设备专用于减少人工劳动并提高干涉仪的实验精度。
集成电路连接:
功能模块介绍:
1.电源和连接部分
在旋转的动力部分,我们使用了直流双轴齿轮电动机。该电动机的特点是扭矩大,可驱动沉重的迈克尔逊干涉仪。它还具有双轴输出功率,可以直接连接到编码器,并且干涉仪不需要非常复杂的传输设备,并且缓慢的旋转可以使光敏模块有足够的响应时间。
在连接迈克尔逊干涉仪的手轮时,我们使用了套筒连接方法。套筒用于覆盖手轮。起初,使用螺钉固定顶部Ning,但是当发现其较弱时,我们直接笔直拿起502并粘贴(每个人都谨慎使用502,看来外壳仍在顶部,可以不会被撬开自动测量设备,但需要丙酮才能将其清除。
由于迈克尔逊干涉仪是一种非常精密的仪器,因此微小的振动和抖动将严重影响条纹并产生巨大的误差。刚开始时,我们使用的刚性链接无法完全同轴,并且通常会产生周期性的抖动,这将是条纹的周期性模糊。后来,我们采用了编码器联轴器来解决此问题。编码器联轴器就像弹簧一样,可以吸收振动并在非同轴条件下传递。使用后效果非常好。
注意两个银白色铝制
由于电机有振动并且实验室不是减震光学平台,因此这些振动将对条纹的定义产生巨大影响!轴向振动被联轴器吸收,在桌面放大的情况下,电动机的振动会更加严重,而桌面受到的影响最大。为了减少冲击,我们使用了最常见的泡沫并增加了三层护垫。效果出奇的好! !消光后敲动电机不会影响条纹! ! !
这款高端泡沫减震器
它在一开始就被应用了。视频中的视频是经过改进的版本,其平台支持填充了一块泡沫
2.编码器部分
我们使用600比例尺编码器,这也是一种相对精确的仪器。由于它对角度非常敏感,因此需要将其完全固定在电动机的定子上。我们使用了一个支架(实际上是由步进电机支架进行了改装),然后使用了一个折断的锯片用502胶粘该支架和电机外壳(请注意上图中的折断的锯片),这样会变胖,呵呵。 AB相位编码器的输出是两个方波,正向和反向输出是不同的,并且可以使用Internet上最常用的中断方法。
3.感光模块部分
我们使用的是最简单的光敏电阻模块。它是数字输出。我们对光敏电阻做了基本的遮光处理,可以减少杂散光的影响,并且在测量时只需打开光即可。
一开始,我们想测量光敏模块输出中0和1变化的数量,然后除以2得到输出条纹,并且在程序中更容易实现,但是在测试中,我们发现我们只是用肉眼看着它。有两个条带,但是微控制器认为已经计数了50个条带。我们将输出信号连接到示波器,发现这种奇怪的抖动! !
输出信号不是我们期望的方波,但有严重的抖动! ! !
因此我们改变了思路,并按程序解决了这个问题。
在此处进行反跳时不能使用时间延迟,因为这将对编码器数量产生巨大影响并带来巨大的错误!
请参阅附件以了解具体解决方案
4.也可以使用最常用的L298或继电器来控制电动机。许多在线教程都不会详细介绍这种使用方法。
5.蓝牙模块,最常见的蓝牙从设备,因此可以用视频中未使用的手机进行控制。将蓝牙的TX连接至Arduino uno的RX,uno的TX的RX,并将GND连接至VCC。请注意,使用计算机串行端口输出或下载程序时,无法连接蓝牙。
6.代码
该代码通过串行端口输出测量结果,并将其直接转换为距离。此外,该程序旨在消除收益差异。
请参阅附件以获取特定代码
7.实验结果以及后续开发和便携性
实验结果:我们进行了最基本的实验来测量激光波长自动测量设备,其误差为1. 4%,比原始实验的精度高5倍(关键是省力!无需人眼! )。这也证实了我们设备的稳定性。
后续开发:在微控制器上添加各种传感器可以轻松地在迈克尔逊干涉仪上开发更多功能,以进行更多实验。如测量温度和湿度对空气折射率的影响等。并且在蓝牙的基础上,可以添加其他输入和输出设备(例如LCD显示矩阵键盘)来完成该设备。
便携性:这套设备具有很高的便携性,只要它是用于光度法的旋转仪器,就可以基本上移植,例如,只需很小的改动就可以移植到光谱仪上。
附件的内容包括:
整个电路连接的屏幕截图
部分控制程序代码
材料清单
此设计论文