本文通過對光學色散原理和機械結構系統(tǒng)的研究,結合其他方案的設計,搭建了一個新型的、高精度的用于測量單色光的光柵單色儀控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對光學元件的精密控制,而且擁有了較高的可重復性,測量結果的可信度也大大提高。本系統(tǒng)有四個主要特點:一、采用反饋式控制結構,大大的提高了精度,降低了系統(tǒng)異常帶來的損害,增強了系統(tǒng)的魯棒性。二、有多種通信控制方式,使系統(tǒng)的兼容性更強;三、多板塊協(xié)同工作,有著干擾小、易操作、易維護等特點;四、引入高精度采集方式和芯片,可以采集更加微弱的信號。本文描述的用于高精度測量的光柵單色儀的控制系統(tǒng)主要是以意法半導體高性價比芯片STM32F103C8T6作為主控芯片,進行反饋式高壓控制,高精度電機控制,高精度的數(shù)據(jù)采集,同時通過CAN通訊進行板級通訊,提高了數(shù)據(jù)的可靠性,降低了數(shù)據(jù)的出錯率。且在儀器上增添了顯示屏,用以簡單的信息顯示,給用戶實時掌握儀器的大致運行狀態(tài)提供了方便。利用USB轉串口的芯片連接下位機與上位機,電路簡單,并且避免了以往USB通信協(xié)議的開發(fā)給系統(tǒng)開發(fā)帶來的困難。利用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)口與上位機相連提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率,內部差分信號傳輸保... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2.1：雙縫衍射結構圖

第二章光柵單色儀工作原理及系統(tǒng)結構概述7圖2.2：光柵衍射結構圖光源s處于透鏡L1的焦面上，假設為理想光源，實際采用無線細的光源狹縫，G為光柵，有N個寬度為a的狹縫，狹縫間不透明部分寬度為b。透鏡L2的作用是將光柵法線成θ角的光匯聚于焦面上P點。P點光強公式為：=0()2()2其中=(+)，u=。上式可以理解為N個相干光在該點所生的干涉光強度與寬度為a的單狹縫的夫瑯和費衍射在該點生成的光強度乘積。所以，由多光束干涉的原理可知,當=k時產生的干涉最大，此時滿足的公式為：(+)=±k，k=0,1,2,3…通常此式稱之為光柵方程式，其中k為主最大的級次。該式可用來確定主最大方向的公式。根據(jù)此式可理解為光程差為波長的整數(shù)倍時，可得到主最大。上面我們考慮的是入射光垂直入射光柵的情況，當入射光與光柵法線成角時，光柵方程式變更為：(+)(±)=k，k=0,1,2,3…上式中的（+）表示衍射光和入射光在法線的同一側，而（-）表示他們在法線異側。我們可以得出：（1）當方程左邊都不發(fā)生變化，即和不變，k和的不同組合也可能滿足上式，所以為了測量的單色光為同一級的衍射光，需要加濾光片；

第二章光柵單色儀工作原理及系統(tǒng)結構概述92.2.1光路結構介紹光路結構中主要的光學元件主要有準直鏡，光柵，聚焦鏡。準直鏡用于將入射光變換為平行光束；光柵是作為色散元件存在的，將不同波長的光分散開來；聚焦鏡是將光柵色散后的光聚焦到出射狹縫出，便于測量。圖2.3為光路結構圖。圖2.3：光路系統(tǒng)結構圖光源s經過入射狹縫S1照射到準直鏡M1上，經M1轉換為平行光后照射反射光柵G，經光柵G色散后進入聚焦鏡M2，經過M2聚焦后的光經S2狹縫射出，進入采集系統(tǒng)，設經準直鏡的平行光與光柵法線的夾角為，光柵的出射光與光柵法線的夾角為θ。由于所有裝置中只有光柵可旋轉，準光鏡和聚焦鏡以及入射狹縫、出射狹縫的位置均固定，即（+）保持不變。已知光柵方程式(+)(+)=k，k=0,1,2,3…。我們將其轉換為2(+)cos2sin+2=k,k=0,1,2,3…。在旋轉光柵時，()變大或變小，且差值變化量為光柵旋轉角度變化量的2倍，因此，在同一級的散光中將對應不同的波長，這就是該儀器設計的原理。2.2.2機械結構介紹想要實現(xiàn)光譜的精確測量，需要有相應的機械結構支持。本設計的機械結構

【參考文獻】：
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