專利名稱：光干涉條紋計(jì)數(shù)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光干涉條紋計(jì)數(shù)器，尤其是一種應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)及精密測(cè)量的對(duì)相干 光的干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
目前，針對(duì)相干光的干涉條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)普遍采用肉眼計(jì)數(shù)的方法，通過(guò)肉眼識(shí)別 條紋在某一時(shí)間段內(nèi)相對(duì)于一定點(diǎn)所移動(dòng)過(guò)的數(shù)目來(lái)完成條紋的計(jì)數(shù)工作。但是，這種靠 眼睛觀測(cè)來(lái)記錄的方法，是一件效率極低的事情，且由于視覺(jué)疲勞和視覺(jué)暫留等客觀因素 的制約，使得肉眼很難完成長(zhǎng)時(shí)間的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)工作，給實(shí)驗(yàn)和測(cè)量帶來(lái)人為誤差。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)已有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，計(jì)數(shù) 準(zhǔn)確，操作方便，替代人工觀測(cè)并記錄數(shù)據(jù)的光干涉條紋計(jì)數(shù)器。為實(shí)現(xiàn)上述目，本實(shí)用新型的光干涉條紋計(jì)數(shù)器，包括接收模擬信號(hào)的信號(hào)整形 濾波器，信號(hào)整形濾波器連接有完成條紋計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路，計(jì)數(shù)電路連接有顯示條紋數(shù)的 顯示電路，并連接有暫停、清零的輔助控制器；計(jì)數(shù)電路包括單片機(jī)Ul、4位數(shù)碼管及相應(yīng) 外圍電路構(gòu)成，電容C1、C2及晶振XTALl構(gòu)成單片機(jī)Ul的外部時(shí)鐘電路，接至單片機(jī)Ul的 XTALU XTAL2引腳；電容El與電阻Rl串聯(lián)，組成微分復(fù)位電路，接至單片機(jī)Ul的RST引 腳；外部計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)Ul的外部中斷輸入接頭TO端口引入；顯示電路的四位共陽(yáng)數(shù) 碼管RED4的a、b、c、d、e、f、g、dp引腳分別接至單片機(jī)Ul的P0. O-PO. 7端口 ；單片機(jī)Ul 的P2. 0、P2. 1、P2. 2、P2. 3端口分別經(jīng)過(guò)限流電阻R2、R3、R4、R5后接至PNP型三極管QU Q2、Q3、Q4的基極，三極管Ql、Q2、Q3、Q4的發(fā)射極并接至電源VCC，各集電極分別接至數(shù)碼 管RED4的DIG1、DIG2、DIG3、DIG4引腳；微動(dòng)開(kāi)關(guān)K1、K2 —端接地，另一端分別接至單片機(jī) Ul 的 Pl. 0、Ρ1· 1 引腳。所述的信號(hào)整形濾波器包括光電二極管D1，光電二極管Dl陽(yáng)極接電源VCC，陰極 經(jīng)一個(gè)滑動(dòng)變阻器Rl后接地，滑動(dòng)變阻器Rl的滑動(dòng)端與電壓比較器UlA的反相輸入端相 連接；由電阻R2、R3組成串聯(lián)分壓電路，經(jīng)電阻R4后連接至電壓比較器UlA的同相輸入端； 電壓比較器UlA的輸出端經(jīng)一個(gè)可調(diào)電阻R5后連接至電壓比較器UlA的同相輸入端；電壓 比較器UlA的輸出端連接反相器U2A的輸入端，反相器U2A的輸出端連有外部中斷輸入端 TO ；所述的單片機(jī)Ul的型號(hào)為80C51。有益效果本實(shí)用新型利用高靈敏度的光電二極管采集干涉條紋某一位置的亮度 值，將其輸出的電壓信號(hào)送往遲滯電壓比較電路，比較器將該電壓值與給定的參考電壓比 較，當(dāng)輸入電壓大于參考電壓時(shí)輸出高電平(表示亮條紋)，反之，則輸出低電平(表示暗條 紋)。接著，把該輸出送往單片機(jī)，由于高電平和低電平分別對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)中的1和0，那么 單片機(jī)便可以通過(guò)1和0來(lái)區(qū)分明暗條紋，一次的由1到0、再由0到1的變化表示條紋移 動(dòng)了一個(gè)單位，這樣單片機(jī)就可以對(duì)條紋進(jìn)行計(jì)數(shù)了。最后條紋數(shù)目由數(shù)碼管顯示出來(lái)，用戶就可以知道當(dāng)前條紋一共移動(dòng)過(guò)的數(shù)目。采用模擬電路+數(shù)字電路的方式實(shí)現(xiàn)干涉條紋 的計(jì)數(shù)功能，自動(dòng)完成條紋的計(jì)數(shù)工作，具有較強(qiáng)的抑制環(huán)境光干擾的能力?；谠撛砜?衍生出的應(yīng)用有微小位移的測(cè)量、氣體密度變化量的測(cè)定以及制成各種高精度的光學(xué)傳 感器等等。能排除環(huán)境雜光的影響，全面替代人工觀測(cè)并記錄數(shù)據(jù)的方式，無(wú)需人工干預(yù)， 自動(dòng)完成光干涉條紋的計(jì)數(shù)工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，操作方便。


圖1是本實(shí)用新型的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型的信號(hào)整形濾波器電路原理圖；圖3是本實(shí)用新型的計(jì)數(shù)、顯示電路圖；圖4是本實(shí)用新型單值比較電路和遲滯比較電路的輸入與輸出關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的描述圖1所示，光電二極管采集當(dāng)前的光強(qiáng)度信號(hào)(電壓信號(hào))，該電壓信號(hào)經(jīng)整形、 濾波后，變成標(biāo)準(zhǔn)的TTL信號(hào)提供給計(jì)數(shù)電路，通過(guò)計(jì)數(shù)電路完成條紋的計(jì)數(shù)工作，并由四 位LED數(shù)碼管，配合相應(yīng)的外圍電路來(lái)顯示當(dāng)前的條紋數(shù)，計(jì)數(shù)電路還連接有控制其暫停、 清零的輔助控制器。圖2所示，光電二極管Dl陽(yáng)極接電源VCC，陰極經(jīng)一個(gè)滑動(dòng)變阻器Rl后接地，Rl 的滑動(dòng)端接至電壓比較器UlA的反相輸入端4 ；R2與R3組成串聯(lián)分壓電路，經(jīng)電阻R4后接 至電壓比較器UlA的同相輸入端5，同時(shí)，電壓比較器UlA的輸出端2，經(jīng)一個(gè)可調(diào)電阻R5后 接至電壓比較器UlA的同相輸入端5，形成正反饋，構(gòu)成了遲滯電壓比較電路，電壓比較器 UlA的電源端正極3和負(fù)極12分別連接電源VCC和電源地。接著，將電壓比較器UlA的輸 出端2接入反相器U2A的輸入端1，經(jīng)反相獲得標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號(hào)后輸出接頭TO ；可見(jiàn)， 通過(guò)接頭TO端的電平變化，可以間接反映出條紋的移動(dòng)。光電二極管Dl采集其所處位置 的條紋亮度，由于流經(jīng)Dl的電流大小與光照強(qiáng)度成正相關(guān)，故比較器UlA反向輸入端的電 壓值隨光照強(qiáng)度的增大而增大，由于R5的正反饋?zhàn)饔?，使得比較器與電阻R4、R5構(gòu)成為一 遲滯電壓比較器，遲滯比較器的作用可由圖4看出，圖4(a)為普通單值比較電路的輸入與 輸出關(guān)系，縱坐標(biāo)V1表示輸入，V0表示輸出，橫坐標(biāo)t為時(shí)間，門檻電壓Vth取Vkef，Voh對(duì)應(yīng) 邏輯電平高，對(duì)應(yīng)邏輯電平低?？梢?jiàn)由于輸入信號(hào)的波動(dòng)使得輸出極不穩(wěn)定，不能反映 實(shí)際的條紋明暗變化，必須將輸入信號(hào)中的波動(dòng)成分去除掉，圖4(b)為采用遲滯比較器濾 波后的波形圖，縱坐標(biāo)V1表示輸入，V0表示輸出，橫坐標(biāo)t為時(shí)間，VT+、VT_分別對(duì)應(yīng)遲滯電 壓輸入的兩個(gè)門檻電壓，可見(jiàn)其遲滯回環(huán)傳輸特性所帶來(lái)的較強(qiáng)的抗干擾能力，可以防止 輸入信號(hào)的顫抖和波動(dòng)，這樣就完成了輸入信號(hào)的整形和濾波，同時(shí)使該條紋計(jì)數(shù)器也具 有抑制環(huán)境雜光及電路噪聲干擾的能力。接頭TO為脈沖輸出端，即每當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)條紋經(jīng) 過(guò)時(shí)，便輸出一個(gè)脈沖，該脈沖經(jīng)反向器U2A反向后得到標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平信號(hào)，接著將該脈 沖信號(hào)送往80C51單片機(jī)。圖3所示，信號(hào)處理電路由80C51單片機(jī)、4位數(shù)碼管及相應(yīng)外圍電路構(gòu)成。電容 Cl、C2及晶振XTALl構(gòu)成單片機(jī)的外部時(shí)鐘電路，接至單片機(jī)Ul的XTALl (19)、XTAL2 (18)引腳。電容El與電阻Rl串聯(lián)，組成微分復(fù)位電路，接至單片機(jī)Ul的RST(9)引腳，為單片 機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)。外部計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)Ul的T0(14)端口引入，TO為單片機(jī)的外 部中斷輸入端。四位共陽(yáng)數(shù)碼管RED4的a、b、c、d、e、f、g、dp引腳分別接至單片機(jī)Ul的 P0. 0(39)-P0. 7(32)端口。單片機(jī) Ul 的 P2. (K21)、P2. 1 (22), P2. 2 (23), P2. 3 (24)端口分 別經(jīng)過(guò)限流電阻R2、R3、R4、R5后接至PNP型三極管Ql、Q2、Q3、Q4的基極，三極管Ql、Q2、 Q3、Q4的發(fā)射極并接至電源VCC，各集電極分別接至數(shù)碼管RED4的DIG1、DIG2、DIG3、DIG4 引腳。微動(dòng)開(kāi)關(guān)K1、K2—端接地，另一端分別接至單片機(jī)Ul的P1.0(1)、P1.K2)引腳。單 片機(jī)的Ρ3. 4 口為外部中斷輸入接頭TO的輸入接口，在接收到脈沖信號(hào)后，將產(chǎn)生外部中 斷，內(nèi)部中斷響應(yīng)函數(shù)在每一個(gè)中斷產(chǎn)生時(shí)對(duì)條紋數(shù)加一，并通過(guò)四位數(shù)碼管RED4實(shí)時(shí)顯 示出當(dāng)前移動(dòng)過(guò)的條紋數(shù)目。 微動(dòng)開(kāi)關(guān)Κ1、Κ2分別控制計(jì)數(shù)電路的工作狀態(tài)。按下Κ1，暫停計(jì)數(shù)，再次按下，則 恢復(fù)計(jì)數(shù)。按下Κ2，當(dāng)前計(jì)數(shù)清零。
權(quán)利要求1.一種光干涉條紋計(jì)數(shù)器，其特征在于它包括接收模擬信號(hào)的信號(hào)整形濾波器，信 號(hào)整形濾波器連接有完成條紋計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路，計(jì)數(shù)電路連接有顯示條紋數(shù)的顯示電路， 并連接有暫停、清零的輔助控制器；計(jì)數(shù)電路包括單片機(jī)Ul、4位數(shù)碼管及相應(yīng)外圍電路構(gòu) 成，電容Cl、C2及晶振XTALl構(gòu)成單片機(jī)Ul的外部時(shí)鐘電路，接至單片機(jī)Ul的XTALl (19)、 XTAL2(18)引腳；電容El與電阻Rl串聯(lián)，組成微分復(fù)位電路，接至單片機(jī)Ul的RST(9)引 腳；外部計(jì)數(shù)脈沖由單片機(jī)Ul的外部中斷輸入接頭T0(14)端口引入；顯示電路的四位共 陽(yáng)數(shù)碼管RED4的a、b、c、d、e、f、g、dp引腳分別接至單片機(jī)Ul的P0. O-PO. 7端Π ；單片機(jī) Ul 的 Ρ2. 0 (21)、Ρ2. 1 (22)、Ρ2. 2 (23)、Ρ2. 3 (24)端 口分別經(jīng)過(guò)限流電阻 R2、R3、R4、R5 后接 至PNP型三極管Ql、Q2、Q3、Q4的基極，三極管Ql、Q2、Q3、Q4的發(fā)射極并接至電源VCC，各 集電極分別接至數(shù)碼管RED4的DIG1、DIG2、DIG3、DIG4引腳；微動(dòng)開(kāi)關(guān)K1、K2 —端接地，另 一端分別接至單片機(jī)Ul的Pl. 0 (1)、Pl. 1 (2)引腳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光干涉條紋計(jì)數(shù)器，其特征在于所述的信號(hào)整形濾波器包 括光電二極管D1，光電二極管Dl陽(yáng)極接電源VCC，陰極經(jīng)一個(gè)滑動(dòng)變阻器Rl后接地，滑動(dòng) 變阻器Rl的滑動(dòng)端與電壓比較器UlA的反相輸入端(4)相連接；由電阻R2、R3組成串聯(lián)分 壓電路，經(jīng)電阻R4后連接至電壓比較器UlA的同相輸入端(5)；電壓比較器UlA的輸出端 (2)經(jīng)一個(gè)可調(diào)電阻R5后連接至電壓比較器UlA的同相輸入端(5)；電壓比較器UlA的輸 出端(2)連接反相器U2A的輸入端(1)，反相器U2A的輸出端連有外部中斷輸入接頭TO。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光干涉條紋計(jì)數(shù)器，其特征在于所述的單片機(jī)Ul的型號(hào)為 80C51。
專利摘要一種光干涉條紋計(jì)數(shù)器，適用于實(shí)驗(yàn)及精密測(cè)量的對(duì)相干光的干涉條紋的計(jì)數(shù)。它包括接收模擬信號(hào)的信號(hào)整形濾波器，信號(hào)整形濾波器連接有完成條紋計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)電路，計(jì)數(shù)電路連接有顯示條紋數(shù)的顯示電路，并連接有暫停、清零的輔助控制器，模擬電路+數(shù)字電路的方式實(shí)現(xiàn)干涉條紋的計(jì)數(shù)功能，自動(dòng)完成條紋的計(jì)數(shù)工作，具有較強(qiáng)的抑制環(huán)境光干擾的能力。能排除環(huán)境雜光的影響，替代人工觀測(cè)并記錄數(shù)據(jù)的方式，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)完成光干涉條紋的計(jì)數(shù)工作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，效率高，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，操作方便。
文檔編號(hào)G01D5/34GK201837403SQ20102020028
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者何笑迪, 倪勤儉, 葉建祥, 沈曉鵬, 石曉強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)