本文通過(guò)對(duì)光學(xué)色散原理和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究,結(jié)合其他方案的設(shè)計(jì),搭建了一個(gè)新型的、高精度的用于測(cè)量單色光的光柵單色儀控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)光學(xué)元件的精密控制,而且擁有了較高的可重復(fù)性,測(cè)量結(jié)果的可信度也大大提高。本系統(tǒng)有四個(gè)主要特點(diǎn):一、采用反饋式控制結(jié)構(gòu),大大的提高了精度,降低了系統(tǒng)異常帶來(lái)的損害,增強(qiáng)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(qiáng);三、多板塊協(xié)同工作,有著干擾小、易操作、易維護(hù)等特點(diǎn);四、引入高精度采集方式和芯片,可以采集更加微弱的信號(hào)。本文描述的用于高精度測(cè)量的光柵單色儀的控制系統(tǒng)主要是以意法半導(dǎo)體高性價(jià)比芯片STM32F103C8T6作為主控芯片,進(jìn)行反饋式高壓控制,高精度電機(jī)控制,高精度的數(shù)據(jù)采集,同時(shí)通過(guò)CAN通訊進(jìn)行板級(jí)通訊,提高了數(shù)據(jù)的可靠性,降低了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率。且在儀器上增添了顯示屏,用以簡(jiǎn)單的信息顯示,給用戶實(shí)時(shí)掌握儀器的大致運(yùn)行狀態(tài)提供了方便。利用USB轉(zhuǎn)串口的芯片連接下位機(jī)與上位機(jī),電路簡(jiǎn)單,并且避免了以往USB通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)給系統(tǒng)開(kāi)發(fā)帶來(lái)的困難。利用TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)口與上位機(jī)相連提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率,內(nèi)部差分信號(hào)傳輸保... 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖2.1：雙縫衍射結(jié)構(gòu)圖

第二章光柵單色儀工作原理及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述7圖2.2：光柵衍射結(jié)構(gòu)圖光源s處于透鏡L1的焦面上，假設(shè)為理想光源，實(shí)際采用無(wú)線細(xì)的光源狹縫，G為光柵，有N個(gè)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(diǎn)。P點(diǎn)光強(qiáng)公式為：=0()2()2其中=(+)，u=。上式可以理解為N個(gè)相干光在該點(diǎn)所生的干涉光強(qiáng)度與寬度為a的單狹縫的夫瑯和費(fèi)衍射在該點(diǎn)生成的光強(qiáng)度乘積。所以，由多光束干涉的原理可知,當(dāng)=k時(shí)產(chǎn)生的干涉最大，此時(shí)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(jí)次。該式可用來(lái)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(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，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(dāng)入射光與光柵法線成角時(shí)，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(cè)，而（-）表示他們?cè)诜ň�異側(cè)。我們可以得出：（1）當(dāng)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(cè)量的單色光為同一級(jí)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(jié)構(gòu)概述92.2.1光路結(jié)構(gòu)介紹光路結(jié)構(gòu)中主要的光學(xué)元件主要有準(zhǔn)直鏡，光柵，聚焦鏡。準(zhǔn)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(zhǎng)的光分散開(kāi)來(lái)；聚焦鏡是將光柵色散后的光聚焦到出射狹縫出，便于測(cè)量。圖2.3為光路結(jié)構(gòu)圖。圖2.3：光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖光源s經(jīng)過(guò)入射狹縫S1照射到準(zhǔn)直鏡M1上，經(jīng)M1轉(zhuǎn)換為平行光后照射反射光柵G，經(jīng)光柵G色散后進(jìn)入聚焦鏡M2，經(jīng)過(guò)M2聚焦后的光經(jīng)S2狹縫射出，進(jìn)入采集系統(tǒng)，設(shè)經(jīng)準(zhǔn)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(zhuǎn)，準(zhǔn)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(zhuǎn)換為2(+)cos2sin+2=k,k=0,1,2,3…。在旋轉(zhuǎn)光柵時(shí)，()變大或變小，且差值變化量為光柵旋轉(zhuǎn)角度變化量的2倍，因此，在同一級(jí)的散光中將對(duì)應(yīng)不同的波長(zhǎng)，這就是該儀器設(shè)計(jì)的原理。2.2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)介紹想要實(shí)現(xiàn)光譜的精確測(cè)量，需要有相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)支持。本設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3263847