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電機驅動模塊，單片機控制電機轉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，光強數據在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，根據單縫衍射條紋計算單縫寬度是實驗的一個重要應用?，F在實驗室中所用的測量儀器為數字檢流計，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據轉換為不同大小的電流顯示在數字檢流計上，人工轉動手輪每隔0.5mm記錄一次數據，需要記錄大量數據，然后經過計算和畫圖得出單縫衍射圖像。筆者設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、顯示模塊和數據傳輸模塊，然后由MATLAB自動繪圖和計算數據，簡潔明了，誤差大大減小。

1 儀器設計

1.1 儀器硬件設計

本設計采用STC89C52，LCD1602，BH1750和ULN2003電機驅動模塊構成。BH1750FVI 是一種用于兩線式串行總線接口的數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電機轉動，電機的轉動帶動螺桿的轉動，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，并且將數據實時傳輸給電腦，在MATLAB界面實時繪圖，最后根據光強分布圖像，自動計算出單縫縫寬。

1.2 儀器軟件設計

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據傳輸給計算機，利用VB制作的繪圖軟件實時繪出數據曲線。系統上電后默認進入光強檢測模式，可以根據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、光學相關課程課堂實驗演示、微小物體的直徑測量等，本儀器相對現有的測試儀器更加自動化并且誤差更小。

實驗數據對比：

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 結束語

智能光強檢測儀有自動化和精度高的優點，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：電子工業出版社，2009.

[2]楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[3]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2006.