基于激光回馈原理的重力加速度测量仪的制作方法

1.本发明属于重力仪领域，具体地说是基于激光回馈原理的重力加速度测量仪。


背景技术：

2.重力仪，及重力加速度仪，是确定重力加速度的测量仪器，分为绝对重力仪和相对重力仪，前者测定地球表面上一点的绝对重力值，其精度可达到十几微伽；后者用于测定地球表面上两点间重力值的差值，其精度也能达到10～20μgal，重力仪广泛用于地球重力场的测量，固体潮观测，地壳形变观测，以及重力勘探等项工作中，在部分高效的教学中，也需要用到重力仪，但是由于重力仪造价过于昂贵，在学生进行实验操作时，可能因失误而致其损坏，进而造成额外的损失，不适合给学生作为实验器材来进行物理实验。
3.综上，因此本发明提供了基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，以解决现有技术中由于重力仪造价过于昂贵，在学生进行实验操作时，可能因失误而致其损坏，进而造成额外的损失，不适合给学生作为实验器材来进行物理实验的问题。
5.基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，包括底板、计数器和计时器，所述底板顶部的两侧均设置有导轨，两个所述导轨之间设置有凹面镜，所述凹面镜的顶部设置有激光发射器，所述激光发射器的顶部设置有传感器，左侧所述导轨表面的上端设置有第一光电门，左侧所述导轨表面的下端设置有第二光电门，两个所述导轨之间且位于凹面镜的底部设置有反射镜。
6.优选的，所述底板顶部的左侧固定连接有支撑杆，所述激光发射器的左侧设置有支撑板，所述支撑杆的表面套设有支撑环，所述支撑环的数量为三个，所述支撑环的右侧固定连接有连接杆，上端所述连接杆的右侧与传感器固定连接，下端两个所述连接杆的右端与支撑板固定连接。
7.优选的，所述支撑板右侧的前端和后端均固定连接有螺纹柱，所述螺纹柱的表面且位于激光发射器的右侧活动连接有限位板，所述螺纹柱的表面且位于限位板的右侧螺纹连接有螺帽，所述螺帽的左侧与限位板紧贴，所述螺帽的左侧与激光发射器紧贴，所述反射镜的底部设置有海绵底基。
8.优选的，所述凹面镜曲率半径为1000mm，反射率为99％，所述激光发射器的波长632.8nm，工作物质为he-ne气体，气压比为5：1－7：1，采用放电激励泵浦系统，激光器谐振腔为平凹腔，平面镜为输出镜，透过率约1％－2％，凹面镜为全反射镜，光束张角θ＜1mrad，功率值偏差＜2％。
9.优选的，所述计数器频率测量范围1hz～100mhz，可满足自由落体末端的高频计数，计数容量108
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1，计数误差小于0.01％。
10.优选的，所述计时器的型号为ha8-j0201-cc，内部采用单片机控制，计时精度0.1毫秒。
11.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
12.1、本发明通过设置导轨、凹面镜、激光发射器、传感器、第一光电门、第二光电门、反射镜、计数器和计时器，激光发射器发用于出激光，凹面镜用于反射激光，使激光经反射后射回激光发射器，在激光发射器后部与光源叠加形成干涉条纹，并被探测器捕捉，同时，凹面镜向下自由落体，经过第一光电门时，第一光电门发出脉冲信号，经m2分流后沿两路行进，一处向上进入开关m1，使得传感器与计数器信号连通，计数器开始计时，另一处向下进入计时器，使得计时器开始计时，当凹面镜经过第二光电门时，同理使得计数器停止计数，计时器停止计时，综合计数器和计时器数据，可以求得重力加速度，通过提出了基于激光回馈原理测量重力加速度的方法，被测目标做自由落体运动，并反射激光回到谐振腔，产生半波长回馈条纹，计数后测量下落的位移，由计时器测量下落过程所用的时间，从而实现对重力加速度的精密测量。
13.2、本发明通过搭建重力加速度测量仪器，只需要一个激光回馈光路，调整方便，由第一光电门和第二光电门触发自由落体的起始和结束测量位置，输入计算机自动计算测量值，可直观展示重力加速度的测量过程，此装置安全、安静，适于在教室内展示，或由学生动手操作实验装置，有利于培养大学生动手能力，让大学生初步了解光学知识，对于光回馈与干涉有一定了解，适宜在课堂演示，并讲解激光物理的相关知识，同时成本较低，适合给学生作为实验器材来进行物理实验。
附图说明
14.图1是本发明结构示意图；
15.图2是本发明平面结构示意图；
16.图3是本发明支撑板、支撑环和螺纹柱的连接结构示意图；
17.图4是本发明系统工作流程示意图。
18.图中：
19.1、底板；2、导轨；3、凹面镜；4、激光发射器；5、传感器；6、第一光电门；7、第二光电门；8、反射镜；9、计数器；10、计时器；11、支撑杆；12、支撑板；13、支撑环；14、连接杆；15、螺纹柱；16、限位板；17、螺帽；18、海绵底基。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
21.如图1-4所示，本发明提供基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，包括底板1、计数器9和计时器10，底板1顶部的两侧均设置有导轨2，两个导轨2之间设置有凹面镜3，凹面镜3的顶部设置有激光发射器4，激光发射器4的顶部设置有传感器5，左侧导轨2表面的上端设置有第一光电门6，左侧导轨2表面的下端设置有第二光电门7，两个导轨2之间且位于凹面镜3的底部设置有反射镜8。
22.作为本发明的一种实施方式，底板1顶部的左侧固定连接有支撑杆11，激光发射器
4的左侧设置有支撑板12，支撑杆11的表面套设有支撑环13，支撑环13的数量为三个，支撑环13的右侧固定连接有连接杆14，上端连接杆14的右侧与传感器5固定连接，下端两个连接杆14的右端与支撑板12固定连接，通过设置13和连接杆14，起到了支撑传感器5和支撑板12的作用。
23.作为本发明的一种实施方式，支撑板12右侧的前端和后端均固定连接有螺纹柱15，螺纹柱15的表面且位于激光发射器4的右侧活动连接有限位板16，螺纹柱15的表面且位于限位板16的右侧螺纹连接有螺帽17，螺帽17的左侧与限位板16紧贴，螺帽17的左侧与激光发射器4紧贴，反射镜8的底部设置有海绵底基18，通过设置螺纹柱15、限位板16和螺帽17，用于对激光发射器4进行固定，提高激光发射器4在使用时的稳定性。
24.作为本发明的一种实施方式，凹面镜3曲率半径为1000mm，反射率为99％，激光发射器4的波长632.8nm，工作物质为he-ne气体，气压比为5：1－7：1，采用放电激励泵浦系统，激光器谐振腔为平凹腔，平面镜为输出镜，透过率约1％－2％，凹面镜3为全反射镜，光束张角θ＜1mrad，功率值偏差＜2％。
25.作为本发明的一种实施方式，计数器9频率测量范围1hz～100mhz，可满足自由落体末端的高频计数，计数容量108
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1，计数误差小于0.01％。
26.作为本发明的一种实施方式，计时器10的型号为ha8-j0201-cc，内部采用单片机控制，计时精度0.1毫秒。
27.具体工作原理：
28.先由激光发射器4发出激光，竖直向下射向凹面镜3，凹面镜3反射激光，使激光经反射后射回激光发射器4，在激光发射器4后部与光源叠加形成干涉条纹，并被探测器捕捉，同时，凹面镜3向下自由落体，经过第一光电门6时，第一光电门6发出脉冲信号，经m2分流后沿两路行进，一处向上进入开关m1，使得传感器与计数器9信号连通，计数器9开始计时，另一处向下进入计时器10，使得计时器10开始计时，当凹面镜3经过第二光电门7时，同理使得计数器9停止计数，计时器10停止计时，综合计数器9和计时器10数据，可以求得重力加速度，通过提出了基于激光回馈原理测量重力加速度的方法，被测目标做自由落体运动，并反射激光回到谐振腔，产生半波长回馈条纹，计数后测量下落的位移，由计时器10测量下落过程所用的时间，从而实现对重力加速度的精密测量，解决了现有技术中由于重力仪造价过于昂贵，在学生进行实验操作时，可能因失误而致其损坏，进而造成额外的损失，不适合给学生作为实验器材来进行物理实验的问题。
29.本发明的实施方式是为了示例和描述起见而给出的，尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，包括底板(1)、计数器(9)和计时器(10)，其特征在于：所述底板(1)顶部的两侧均设置有导轨(2)，两个所述导轨(2)之间设置有凹面镜(3)，所述凹面镜(3)的顶部设置有激光发射器(4)，所述激光发射器(4)的顶部设置有传感器(5)，左侧所述导轨(2)表面的上端设置有第一光电门(6)，左侧所述导轨(2)表面的下端设置有第二光电门(7)，两个所述导轨(2)之间且位于凹面镜(3)的底部设置有反射镜(8)。2.如权利要求1所述基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，其特征在于：所述底板(1)顶部的左侧固定连接有支撑杆(11)，所述激光发射器(4)的左侧设置有支撑板(12)，所述支撑杆(11)的表面套设有支撑环(13)，所述支撑环(13)的数量为三个，所述支撑环(13)的右侧固定连接有连接杆(14)，上端所述连接杆(14)的右侧与传感器(5)固定连接，下端两个所述连接杆(14)的右端与支撑板(12)固定连接。3.如权利要求2所述基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，其特征在于：所述支撑板(12)右侧的前端和后端均固定连接有螺纹柱(15)，所述螺纹柱(15)的表面且位于激光发射器(4)的右侧活动连接有限位板(16)，所述螺纹柱(15)的表面且位于限位板(16)的右侧螺纹连接有螺帽(17)，所述螺帽(17)的左侧与限位板(16)紧贴，所述螺帽(17)的左侧与激光发射器(4)紧贴，所述反射镜(8)的底部设置有海绵底基(18)。4.如权利要求1所述基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，其特征在于：所述凹面镜(3)曲率半径为1000mm，反射率为99％，所述激光发射器(4)的波长632.8nm，工作物质为he-ne气体，气压比为5：1－7：1，采用放电激励泵浦系统，激光器谐振腔为平凹腔，平面镜为输出镜，透过率约1％－2％，凹面镜(3)为全反射镜，光束张角θ＜1mrad，功率值偏差＜2％。5.如权利要求1所述基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，其特征在于：所述计数器(9)频率测量范围1hz～100mhz，可满足自由落体末端的高频计数，计数容量108-1，计数误差小于0.01％。6.如权利要求1所述基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，其特征在于：所述计时器(10)的型号为ha8-j0201-cc，内部采用单片机控制，计时精度0.1毫秒。

技术总结
本发明提供基于激光回馈原理的重力加速度测量仪，包括底板、计数器和计时器，所述底板顶部的两侧均设置有导轨，两个所述导轨之间设置有凹面镜，所述凹面镜的顶部设置有激光发射器，所述激光发射器的顶部设置有传感器；本发明通过搭建重力加速度测量仪器，只需要一个激光回馈光路，调整方便，由第一光电门和第二光电门触发自由落体的起始和结束测量位置，输入计算机自动计算测量值，可直观展示重力加速度的测量过程，此装置安全、安静，适于在教室内展示，或由学生动手操作实验装置，适宜在课堂演示，并讲解激光物理的相关知识，同时成本较低，适合给学生作为实验器材来进行物理实验。适合给学生作为实验器材来进行物理实验。适合给学生作为实验器材来进行物理实验。


技术研发人员：马钟骅 朱宏亮
受保护的技术使用者：南京铂航电子科技有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/5