Принцип работы
При создании этой установки возникли некоторые трудности, которые требовали решения
.Передо мной был поставлена задача, чтобы все можно было увидеть без затемнения класса. При этом возникает проблема выделения полезного сигнала из всего светового потока, включая и внешние источники света, которые по своей интенсивности существенно превосходят полезный сигнал.
Ширина дифракционных спектров в зависимости от базы колеблется от единиц до десятка сантиметров. Для определения точного местоположения фотоприемника на такой большой длине в дифракционном спектре, пришлось прибегнуть к некоторым ухищрениям.
Лазерный излучатель.
Узел лазерного излучателя соединен с блоком коммутации кабелем, по которому в него поступает напряжение питания (5 В). Модулятор (см. состав установки) состоит из генератора переменного тока с частотой генерации около 400 Гц и усилителя мощности, питающего лазер: световой поток которого становится так же переменным с той же частотой.
По тому же кабелю в блок коммутации подается сигнал с генератора (сигнал синхронизации) для нормальной работы демодулятора, выделяющего полезный сигнал.
При прохождении лазерного луча через щель (или дифракционную решетку) он дифрагирует. Вследствие интерференции на экране (фотоприемнике) образуется чередование максимумов и минимумов освещенности.
Фотоприемник с устройством перемещения по спектру.
После запуска программы обработки включают двигатель, перемещающий фотоприемник по спектру.
Сначала определяется координата фотоприемника с помощью счетчика оборотов вала. Затем с помощью АЦП измеряется амплитуда сигнала в данной точке спектра. Результаты измерения координаты и амплитуды сигнала записываются в массив и выводятся на экран. В дальнейшем цикл измерения координаты и амплитуды сигнала повторяются до тех пор, пока фотоприемник не дойдет до конца механизма перемещения или до нажатия кнопки “
стоп” на панели управления.Фотоприемник воспринимает не только полезный сигнал, но и внешний (помеху). Так как полезный сигнал очень маленький, его приходится усиливать, но вместе с ним усиливается и помеха, поэтому далее усиленный сигнал+помеха поступает на демодулятор, который выделяет из этой суммы полезный сигнал.
Блок коммутации.
Сигнал, поступивший в блок коммутации из демодулятора обрабатывается с помощью АЦП, то есть из аналогова становится цифровым, который подается в компьютер для дальнейшей обработки.
Сигнал, поступивший со счетчика, транслируется через блок коммутации, и, не проходя АЦП (так как он представляет из себя двоичный код), поступает в компьютер для обработки.
Компьютер с программой обработки.
Компьютер является основным элементом всего комплекса. Электрооптический счетчик оборотов выдает сигналы с двух фотодатчиков соответствующие логическому “0” или “1” на параллельный порт компьютера. Компьютер обрабатывает поступающую информацию, подсчитывает число оборотов, определяет направление вращения вала механизма перемещения, рассчитывает по числу оборотов координату каретки с фотодатчиком.
Компьютер, являясь составной частью АЦП, управляет его работой и одновременно обрабатывает поступающую с него информацию.
Программа обработки внешних устройств (счетчик оборотов, АЦП) и поступающей с них информации, написана на Турбо Паскале. Она снабжена удобным интерфейсом и позволяет не только вывести данные в виде графика, но и сравнивать эти графики, полученные при различных значениях ширины щели и базы. Та же программа имеет возможность сохранять информацию о конкретном дифракционном спектре в файле программой (нижняя часть экрана).
В рабочем окне располагаются графики предназначенные для сравнения, под ними находится шкала (в миллиметрах), позволяющая производить количественное сравнение.
Внизу экрана, посредине расположена маленькая кнопка с цветным квадратиком. Его цвет соответствует цвету графика с которым в данный момент происходит работа. При его переключении меняется цвет, и все команды, как то:
“амплитуда”, “растяжение”, “смещение”, “записать”, “сохранить”, “ширина щели” и “база”, теперь соответствуют графику с тем же цветом.Для более удобной работы в поле управления находятся три небольших окошка, в которые можно записывать различные графики. Из них можно, по мере надобности, доставать графики и переписывать их в рабочее поле для более детального изучения. С помощью кнопок
“растяжение”, “амплитуда” и “смещение”, графики, полученные при различных параметрах, можно сравнивать, изменяя амплитуду и растяжение, а так же смещать их друг относительно друга.“Ширина щели”
и “База” на графики ни как не влияют. Эти переменные лишь хранят информацию, при каких параметрах был произведен тот или иной эксперимент. Они меняются автоматически при переходе от одного графика к другому и записываются в файл вместе с графиками.Справа, внизу расположены два ряда кнопок. Правый ряд дает возможность работать с файлами, то есть сохранять и загружать файлы. Там же расположена кнопка выхода из программы. В файл записывается тот график, цвет которого отображен на нижней кнопке. Загрузка файлов сопровождается выводом графиков в окно предварительного просмотра, для получения представления о загружаемом графике.
Второй столбик кнопок предназначен для работы с установкой.
“Пуск” Запускает программу обработки данных, поступающих с установки, то есть непосредственно начинает накапливаться информация и рисоваться график. Для окончания изображения графика необходимо нажать кнопку “стоп”. Кнопка “Сохранить” - сохраняет график (по цвету нижней кнопки) в свободное нижнее окошко.При нажатии на
кнопку “Очистка экрана” - очищается все рабочее поле, после чего можно подгружать как графики из нижних окошек, так и из файлов.