电子荷质比实验中光斑位移测量装置

摘要

本发明提供一种电子荷质比实验中光斑位移测量装置，包括二维位移测量仪、光强移动探测器、第一电机和显示器；所述二维位移测量仪的输出端与显示器连接；二维位移测量仪具有X轴部和Y轴部；第一电机控制X轴部在Y轴部的导轨上移动。本发明有效地提高了对电偏转灵敏度、磁偏转灵敏度、地磁水平分量等测量的精度。通过使用光强探测器对光斑扫描避免肉眼观察的误差，同时使用更高精度的二维位移测量仪，提高位移测量的精确度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光斑位移测量的装置，具体涉及一种电子荷质比实验 中光斑位移测量装置，属于物理实验仪器的设计与制造的技术领域。

背景技术

电子荷质比实验已广泛用于现代高等教学当中，其中在电偏转灵敏 度、磁偏转灵敏度、地磁水平分量测量等对光斑位移的测量精度不是很 高。基于其位移精确测量是无法实施的。而目前采用的方法仅仅为在荧 光屏前放置刻度板凭人眼观测。首先，人眼观测本身就带有一定的不确 定性，其次，刻度板的精确只能达到毫米整数级。

发明内容

本发明主要解决的是在电子荷质比实验中对光斑位移的微小测量。有 效地提高了对电偏转灵敏度、磁偏转灵敏度、地磁水平分量等测量的精 度。同时可选择手动测量和电子自动测量两种方法。具体地，本发明提 供了一种电子荷质比实验中光斑位移测量装置，包括二维位移测量仪、 光强移动探测器、第一电机和显示器；

二维位移测量仪包括X轴部、Y轴部、X轴位移测量单元和Y轴位移 测量单元；X轴位移测量单元位于光强移动探测器上；Y轴位移测量单元 位于X轴部上；Y轴部包括沿Y轴方向的相互平行的两个齿条；X轴部包 括一个沿X轴方向的齿条；光强移动探测器安装在X轴部上，能够在X 轴方向上移动，X轴位移测量单元获得光强移动探测器在X轴方向上的位 移量，即X值；X轴部能够在Y轴部上沿Y轴方向移动，Y轴位移测量单 元获得在Y轴方向上的位移量，即Y值；第一电机安装在X轴部上，用 来控制X轴部在Y轴部的导轨上移动；

X轴位移测量单元和Y轴位移测量单元的输出端与显示器连接，从而 将X值和Y值显示在该显示器上。

根据本发明的一种电子荷质比实验中光斑位移测量装置，安装在X 轴部上的第一电机的输出轴与第一齿轮连接，第一齿轮与Y轴部的一个 齿条配合，实现了X轴部在Y轴部的导轨上移动。

根据本发明的一种电子荷质比实验中光斑位移测量装置，所述光强移 动探测器包括X轴指示标、Y轴指示标、光强传感器、第二电机和第二齿 轮；第二电机的输出轴与第二齿轮连接，第二齿轮与X轴部上的齿条配 合，实现光强移动探测器在X轴部上移动。

本发明的有益效果是：有效地提高了对电偏转灵敏度、磁偏转灵敏度、 地磁水平分量等测量的精度。通过使用光强探测器对光斑扫描避免肉眼 观察的误差，同时使用更高精度的二维位移测量仪，提高位移测量的精 确度。

附图说明

图1本发明的电子荷质比实验中光斑位移测量装置的结构框图，

图2本发明的电子荷质比实验中光斑位移测量装置的的正视图，

图3本发明的光强移动探测器示意图，

图4本发明实施例的移动传动示意图，

图5本发明的电子荷质比实验中光斑位移测量装置的外观图；

图中各个附图标记解释：

1、示波管荧光屏；2、二维位移测量仪的Y轴部；3；二维位移测量 仪的X轴部；4、X轴指示标；5、Y轴指示标；6、光强移动探测器；7、 X轴零刻线；8、Y轴零刻线；9、X、Y轴置换挡；10、启动键；11、X轴 归零键；12、Y轴归零键；13、X、Y轴位移显示屏；14、长直螺线管； 15、二维位移测量仪；16、光强传感器；17、第二电机；18、第二齿轮。

具体实施方式

参考图1和2，本实施例中，电子荷质比实验中光斑位移测量装置包 括二维位移测量仪（15）、光强移动探测器（6）、直流电机（第一电机） 和显示器；二维位移测量仪包括两个固定平行的齿条（代表Y轴部）、一 个可以活动的齿条（代表X轴部）、X轴位移测量单元和Y轴位移测量单 元；X轴部与Y轴部相互垂直，X轴部为水平方向，Y轴部为竖直方向；X 轴位移测量单元和Y轴位移测量单元可以采用例如数据采集芯片SN6602 实现对位移的测量。X轴位移测量单元位于光强移动探测器上；Y轴位移 测量单元位于X轴部上。上述光强探测器是安装在二维位移测量仪的X 轴部上,可以在二维位移测量仪的X轴方向上水平左右移动，同时获得光 斑在水平方向上的距离值（即X值）。当X轴在Y轴上上下移动，可以获 得竖直方向上的值（即Y值）。在进行电子荷质比实验中，可以将Y轴部 的两个齿条装在示波管荧光屏的左右两端，该示波管荧光屏是实验仪器， 跟本发明的测量装置无关。X轴的齿条装在Y轴上。光强移动探测器装在 X轴的齿条上可以水平左右移动。X轴位移测量单元获得光强移动探测器 在X轴方向上的位移量，即X值；X轴部能够在Y轴部上沿Y轴方向移动， Y轴位移测量单元获得在Y轴方向上的位移量，即Y值；第一电机安装在 X轴部上，用来控制X轴部在Y轴部的导轨上移动。X轴位移测量单元和 Y轴位移测量单元的输出端与显示器连接，从而将采集的数值（X值和Y 值）显示在该显示器上。两台直流电机其中一台安装在X轴上（即第一 电机），用来控制X轴在Y轴的导轨上移动；另一台安装在光强移动探测 器（6）上（即第二电机），用来控制光强移动探测器（6）在X轴上移动。

简而言之，本发明的电子荷质比实验中光斑位移测量装置包括：二维 位移测量仪、光强移动探测器、第一电机和显示器；其中，

二维位移测量仪包括X轴部、Y轴部、X轴位移测量单元和Y轴位移 测量单元；X轴位移测量单元位于光强移动探测器上；Y轴位移测量单元 位于X轴部上；Y轴部包括沿Y轴方向的相互平行的两个齿条；X轴部包 括一个沿X轴方向的齿条；光强移动探测器安装在X轴部上，能够在X 轴方向上移动，X轴位移测量单元获得光强移动探测器在X轴方向上的位 移量，即X值；X轴部能够在Y轴部上沿Y轴方向移动，Y轴位移测量单 元获得在Y轴方向上的位移量，即Y值；第一电机安装在X轴部上，用 来控制X轴部在Y轴部的导轨上移动；

X轴位移测量单元和Y轴位移测量单元的输出端与显示器连接，从而 将X值和Y值显示在该显示器上。

另外，安装在X轴部上的第一电机的输出轴与第一齿轮连接，第一齿 轮与Y轴部的一个齿条配合，实现了X轴部在Y轴部的导轨上移动。

图3示意性示出了光强移动探测器的结构，光强移动探测器包括X轴 指示标、Y轴指示标、光强传感器（16）、第二电机（17）和第二齿轮（18）； 所述第二电机的输出轴与第二齿轮连接，第二齿轮与X轴部上的齿条配 合，从而实现和控制光强移动探测器在X轴部上移动。移动方式可以为 齿轮齿条配合的方式，如图4所示。X轴包括X轴固定螺栓、X轴零刻线； Y轴包括Y轴固定螺栓、Y轴零刻线。

可以采用公知的控制电路来实现控制光强移动探测器自动从左至右 扫描光斑，直到探测到目标光斑。而当探测到目标光斑时所读取的X值 和Y值即为光斑的位置坐标。光强移动探测器中的光强传感器的参数例 如可以采用如下表所示：

如图4所示，本实施例中，二维位移测量仪包括X轴部、Y轴部；Y 轴部包括沿Y轴方向的相互平行的两个齿条；X轴部包括一个沿X轴方向 的齿条；光强移动探测器安装在X轴部上，能够在二维位移测量仪的X 轴方向上移动，X轴位移测量单元获得光强移动探测器在X轴方向上的位 移量，即X值；X轴部能够在Y轴部上沿Y轴方向移动，Y轴位移测量单 元获得在Y轴方向上的位移量，即Y值；第一电机安装在X轴部上，用 来控制X轴部在Y轴部的导轨上移动；安装在X轴部上的第一电机的输 出轴与第一齿轮连接，第一齿轮与Y轴部的一个齿条配合，实现了X轴 部在Y轴部的导轨上移动。

图5是本发明的电子荷质比实验中光斑位移测量装置的外观图，示意 性示出了光斑位移测量装置的操作界面，结合该图5，所述测量装置的操 作步骤具体如下：

步骤一、首先将位移测量操作界面上的X、Y置换挡至于零挡位置（置 于零挡位时，电机不工作可以进行手动操作），之后将二维位移测量器的 上的X、Y轴固定螺栓旋松。步骤二，将Y轴指示标对准Y轴零刻线，后 按动位移测量操作面上的Y轴归零键。步骤三、移动X轴，使其上的Y 轴指示标对准目标光点O₁，然后拧紧X轴固定螺栓此时读出Y轴位移量 D_Y1。之后，光强移动探测器使X轴指示标对准X轴零刻线，按动X轴归 零键。接下来将X、Y置换转挡至于X挡，然后按动启动开关。此时，光 强移动探测器将自动从左至右扫描光斑，直到探测到目标光斑O₁后停止。 这时，读出X轴上的位移偏移量D_X1。步骤三，将X、Y置换挡置于零挡 位置，后松开X、Y轴固定螺栓。重复步骤二，测得目标光斑O₂的位移 量D_Y2、D_X2。