李文義

(徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018)

0 引言

邁克爾孫干涉儀，是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中最常用的實(shí)驗(yàn)儀器[1]，主要用在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中觀察計(jì)算等傾干涉條紋、等厚干涉條紋以及其他性質(zhì)的干涉條紋等[2-3]。由于一般大學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，該實(shí)驗(yàn)儀沒有自動(dòng)記錄干涉條紋個(gè)數(shù)的裝置,且學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)要求在光線很暗的室內(nèi)讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（調(diào)節(jié)微調(diào)螺母的同時(shí)，用眼睛觀察干涉板并記錄露出或消逝的干涉條紋數(shù)目），在這一過程中，觀察的條紋移動(dòng)的數(shù)目超過200或者300個(gè)。這樣一來由于人眼的局限性，不僅對學(xué)生的眼睛有嚴(yán)重的傷害，而且對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大的影響。因此研制一種干涉條紋自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置是非常重要的。

1 光電轉(zhuǎn)換電路模塊的設(shè)計(jì)

在邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)邁克爾遜干涉儀在 G2板上的微調(diào)螺母后面時(shí)，干涉板上已經(jīng)得到的干涉條紋將會(huì)有相應(yīng)的移動(dòng)。在等傾干涉條紋中，圓心中心的強(qiáng)度分布表現(xiàn)為強(qiáng)弱相間，即相應(yīng)的明暗變化[4]。所以光強(qiáng)度的中心在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)改變一次，恰好對應(yīng)于一旦露出并消失的干涉條紋?？梢詰?yīng)用光敏三極管（3DU31）作為光信號檢測器，將光中心的干涉光強(qiáng)度交替變?yōu)殡娒}沖信號，這樣可以記錄條紋數(shù)的變化次數(shù)[5]。下圖為我們設(shè)計(jì)的流程圖（圖 1），光敏傳感器安裝在干涉板上的標(biāo)記位置，用于收集光強(qiáng)變化信號，或干擾條紋相應(yīng)電脈沖信號的亮度變化，最后，該信號被發(fā)送到微控制器進(jìn)行進(jìn)一步處理。

2 光電轉(zhuǎn)換放大電路

邁克爾孫干涉條紋是等寬等間距且均勻分布的條紋。根據(jù)單個(gè)條紋光強(qiáng)分布的特點(diǎn)，及條紋中間為極值兩邊遞減分布，所以在干涉條紋移動(dòng)經(jīng)過光敏三極管感光面的時(shí)候，近視可以把光敏三極管的輸出端看作為正弦波脈沖[6]。本文通過兩級直接耦合放大電路結(jié)構(gòu)將輸入的正弦波脈沖轉(zhuǎn)化為矩形波脈沖，如圖2所示。

圖2 兩級直接耦合放大電路圖Fig.2 diagram of two stage direct coupling amplifier circuit

3 干涉條紋計(jì)數(shù)電路模塊的設(shè)計(jì)

當(dāng)光信號轉(zhuǎn)化為電脈沖信號后，此時(shí)排除干擾后的電路產(chǎn)生的數(shù)字信號即高電平和低電平交替的信號將送入準(zhǔn)備好的單片機(jī)進(jìn)行處理[7-8]。如圖 3，為干涉條紋計(jì)數(shù)裝置的流程圖，即將光電轉(zhuǎn)換裝置的信號轉(zhuǎn)化成高電平‘1’，與低電平‘0’的數(shù)字信號，然后送入AT89C51單片機(jī)編程進(jìn)行處理，最后從LCD數(shù)碼管顯示出條紋數(shù)目。

圖3 干涉條紋計(jì)數(shù)裝置流程圖Fig.3 flow chart of interference fringe counting device

當(dāng)光的明暗變化信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換電路后，單片機(jī)的輸入端口將接收到矩形波形式的脈沖信號[9]。本文將矩形波信號輸入到P3.4/T0端口，通過P0.0到P0.7端口與P2.0到P2.5端口的協(xié)調(diào)作用將信號輸入到數(shù)碼管。整個(gè)過程實(shí)際上是利用AT89C51的定時(shí)計(jì)數(shù)功能將矩形脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)[10]，并顯示數(shù)值，如電路圖4所示。在程序中設(shè)定P3.6口為清零按鈕放置口，P3.7設(shè)置為暫停按鈕放置口，且按下暫停鍵紅燈將會(huì)亮。

圖4 計(jì)數(shù)電路整體設(shè)計(jì)Fig.4 design of counting circuit

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)研制出一種以AT89C51單片機(jī)作為核心的干涉條紋計(jì)數(shù)器的電路，且根據(jù)干涉條紋明暗相間以及單個(gè)干涉條紋光強(qiáng)分布的特點(diǎn)，用光敏二極管周期照射光敏電阻替代了現(xiàn)實(shí)中的條紋變化。