一種邁克爾孫干涉條紋自動計數裝置的設計

李文義

(徐州工程學院，江蘇 徐州 221018)

0 引言

邁克爾孫干涉儀，是大學物理實驗中最常用的實驗儀器[1]，主要用在光學實驗中觀察計算等傾干涉條紋、等厚干涉條紋以及其他性質的干涉條紋等[2-3]。由于一般大學實驗室里，該實驗儀沒有自動記錄干涉條紋個數的裝置,且學生做實驗時要求在光線很暗的室內讀取實驗數據（調節微調螺母的同時，用眼睛觀察干涉板并記錄露出或消逝的干涉條紋數目），在這一過程中，觀察的條紋移動的數目超過200或者300個。這樣一來由于人眼的局限性，不僅對學生的眼睛有嚴重的傷害，而且對實驗結果的準確性有很大的影響。因此研制一種干涉條紋自動計數裝置是非常重要的。

1 光電轉換電路模塊的設計

在邁克爾遜干涉儀實驗中，當邁克爾遜干涉儀在 G2板上的微調螺母后面時，干涉板上已經得到的干涉條紋將會有相應的移動。在等傾干涉條紋中，圓心中心的強度分布表現為強弱相間，即相應的明暗變化[4]。所以光強度的中心在一個周期時間內改變一次，恰好對應于一旦露出并消失的干涉條紋。可以應用光敏三極管（3DU31）作為光信號檢測器，將光中心的干涉光強度交替變為電脈沖信號，這樣可以記錄條紋數的變化次數[5]。下圖為我們設計的流程圖（圖 1），光敏傳感器安裝在干涉板上的標記位置，用于收集光強變化信號，或干擾條紋相應電脈沖信號的亮度變化，最后，該信號被發送到微控制器進行進一步處理。

2 光電轉換放大電路

邁克爾孫干涉條紋是等寬等間距且均勻分布的條紋。根據單個條紋光強分布的特點，及條紋中間為極值兩邊遞減分布，所以在干涉條紋移動經過光敏三極管感光面的時候，近視可以把光敏三極管的輸出端看作為正弦波脈沖[6]。本文通過兩級直接耦合放大電路結構將輸入的正弦波脈沖轉化為矩形波脈沖，如圖2所示。

圖2 兩級直接耦合放大電路圖Fig.2 diagram of two stage direct coupling amplifier circuit

3 干涉條紋計數電路模塊的設計

當光信號轉化為電脈沖信號后，此時排除干擾后的電路產生的數字信號即高電平和低電平交替的信號將送入準備好的單片機進行處理[7-8]。如圖 3，為干涉條紋計數裝置的流程圖，即將光電轉換裝置的信號轉化成高電平‘1’，與低電平‘0’的數字信號，然后送入AT89C51單片機編程進行處理，最后從LCD數碼管顯示出條紋數目。

圖3 干涉條紋計數裝置流程圖Fig.3 flow chart of interference fringe counting device

當光的明暗變化信號經過光電轉換電路后，單片機的輸入端口將接收到矩形波形式的脈沖信號[9]。本文將矩形波信號輸入到P3.4/T0端口，通過P0.0到P0.7端口與P2.0到P2.5端口的協調作用將信號輸入到數碼管。整個過程實際上是利用AT89C51的定時計數功能將矩形脈沖信號進行計數[10]，并顯示數值，如電路圖4所示。在程序中設定P3.6口為清零按鈕放置口，P3.7設置為暫停按鈕放置口，且按下暫停鍵紅燈將會亮。

圖4 計數電路整體設計Fig.4 design of counting circuit

4 結論

本設計研制出一種以AT89C51單片機作為核心的干涉條紋計數器的電路，且根據干涉條紋明暗相間以及單個干涉條紋光強分布的特點，用光敏二極管周期照射光敏電阻替代了現實中的條紋變化。