CN106979935A - 一种非接触式玻璃砖折射率测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式玻璃砖折射率测量仪，主要包括激光发射装置、光强检测装置、固定环、可伸缩支撑架、可控万向轮、电路板控制模块；该测量仪中由于激光的亮度高、平行度好，光强检测装置能轻松地检测出光强变化，能够在不接触玻璃砖的情况下，较为准确地测量出玻璃砖的折射率，且机械结构、电路结构简单，易于实现，基于单片机进行控制，可以实现装置调整以及测量的自动化，整个操作流程快捷方便。此外，由于该装置只需要测量玻璃砖表面的反射光强度,因此对那些不透明或半透明晶体也可以测得其折射率，适用范围广。

Description

一种非接触式玻璃砖折射率测量仪

技术领域

本发明涉及一种玻璃砖折射率测量仪，尤其涉及一种非接触式玻璃砖折射率测量仪。

背景技术

通常我们在实验室中测量某一玻璃砖的折射率时，常利用以下几种方法：

1.插针法：将玻璃砖置于一面白板之上，利用铅笔贴紧其中一侧绘制出入射面，再将两枚大头针插在玻璃砖入射面的一侧来模拟入射光线，人眼从玻璃砖的另一侧进行观察，移动人眼位置使得两枚大头针在视野中重合，从而可以确定对应的出射光线，将玻璃砖移开后即可得到入射角与出射角，根据折射定律可进而得到玻璃砖折射率。

2.分光计最小偏向角法：将玻璃砖移至分光计载物台上，由钠灯发出入射光线，从望远镜中可观察到出射光线位置，经过适当调整后可确定入射角与出射角，根据折射定律可进而得到玻璃砖折射率。

但是，以上方法在测量玻璃砖的折射率时，玻璃砖的表面将会与人的手或者是测量仪器相接触，从而可能会使得玻璃表面发生磨损现象，影响玻璃砖的相关物理性质。同时，在一些特定场合，如玻璃的位置已经被固定时，人是不可以移动玻璃的；对于一些高温的玻璃砖，也不允许人用手或者测量仪器去触碰，因此以上方法也不能适用于这些情况。

因此，需要一种非接触测量玻璃砖折射率的方式，但是，市面上存在的非接触式测量装置，大多用到了基于CCD激光测量的方法或其他的计算机手段，结构复杂，价格较高。

另外，为了确定玻璃砖的折射率，还可利用布儒斯特定律，即光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光均为部分偏振光。而当入射角为布儒斯特角时，反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，玻璃砖相对空气的折射率即等于该布儒斯特角的正切值。若入射光已是线偏振光，且振动方向与入射面平行，则当入射角为布儒斯特角时，不会有反射光。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种非接触式玻璃砖折射率测量仪，具有非接触式测量、不损伤物体表面、原理以及结构简单、容易实现等功能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种非接触式玻璃砖折射率测量仪，它包括激光发射装置、光强检测装置、固定环、可伸缩支撑架、可控万向轮、电路板控制模块。

所述的激光发射装置包括激光发射器、起偏器。所述的起偏器安装在激光发射器的发射出口处，起偏器内的偏振片允许的透振方向为水平。

所述的光强检测装置包括光电传感器，所述的光电传感器用于检测经过玻璃砖反射得到的激光的光强大小；

所述的固定环上开有环状滑槽，激光发射器及光电传感器分别设置于固定环上且均可沿滑槽滑动；所述的固定环可以为未封闭环状，待测量玻璃砖可通过该缺口进入测量仪中心，从而避免与测量仪接触。激光发射器的垂直高度与光电传感器的垂直高度相同。

所述的可伸缩支撑架可以为三根，用于支撑固定环并可调整固定环的水平高度，以适应不同高度的玻璃砖折射率测量的需要。

每根可伸缩支撑架的底部安装一只可控万向轮，用于控制整个测量仪的移动和转动。

所述的电路板控制模块，位于两根可伸缩支撑架之间，包括单片机U1、晶振电路、复位电路，电机驱动芯片、按键、LCD显示屏、稳压芯片。所述的单片机U1用于软件编程以实现控制；所述的复位电路为复位按钮；复位按钮的一端与单片机U1的复位端口相连，另一端接地；所述的晶振电路包括晶振、电容C1、电容C2；所述电容C1的一端与单片机U1的时钟输入端口XTAL1及晶振的一端相连，C1另一端均接地；所述的电容C2的一端与单片机U1的时钟输入端口XTAL2及晶振的另一端相连，C2的另一端接地；所述的电机驱动芯片与单片机U1相连，用于单片机U1控制万向轮的转动；所述的按键共4个，每个按键的一端分别与单片机U1的4个IO口相连，另一端都接地，用于输入操作命令，按键未按下时，对应IO口被上拉电阻拉为高电平；所述的LCD显示屏与单片机相应的控制引脚与数据引脚相连，用于显示最后测量的结果；所述稳压芯片用于供电，当电路板控制模块接入电源后，由稳压芯片分压，以给单片机U1、电机驱动芯片等供电；另外，光电传感器的输出端连接到单片机U1的具有AD转换功能的输入引脚。激光发射装置的输入端连接到单片机U1的IO口，用于控制激光发射。

本发明的有益效果是：

1.能够在不接触玻璃砖的情况下，较为准确地测量出玻璃砖的折射率。

2.由于激光的亮度高、平行度好，光强检测装置能轻松地检测出光强变化。

3.基于单片机进行控制，可以实现装置调整以及测量的自动化，整个操作流程快捷方便。

4.所涉及的机械结构、电路结构简单，易于实现。

5.由于只需要测量玻璃砖表面的反射光强度,因此对那些不透明或半透明晶体，也可以测得其折射率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在测量玻璃砖时的俯视图；

图3是本发明实例中涉及电路的简化电路图；

图中，1.激光发射器、2.滑槽、3.光电传感器、4.固定环、5.可伸缩支撑架、6.可控万向轮、7.电路板控制模块、8.玻璃砖。

具体实施方案

下面结合说明书附图对本发明作进一步的说明。

如图1-3所示，它包括激光发射装置、光强检测装置、固定环4、可伸缩支撑架5、可控万向轮6、电路板控制模块7。

所述的激光发射装置由激光发射器1、起偏器构成。所述起偏器安装在激光发射器1的发射出口处，起偏器内的偏振片允许的透振方向为水平。由于只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片，故最终射出来的激光为偏振方向为水平的偏振光。则当入射角为布儒斯特角时，不会有反射光。

所述的光强检测装置包括光电传感器3。所述的光电传感器3用于检测经过玻璃砖8反射得到的激光的光强大小；激光发射器1的垂直高度与光电传感器3的垂直高度相同。

所述的固定环4，形状为一个有缺口的圆环，上开有环状的滑槽，激光发射装置可在固定环4上0°分割点左边的0°～90°范围内转动，光强检测装置可在固定环上0°分割点右边的0°～180°范围内转动。待测量玻璃砖8可通过圆环缺口进入测量仪中心，从而避免与测量仪接触。

所述的可伸缩支撑架5共三根，用于调整固定环4的水平高度，以适应不同高度的玻璃砖折射率测量的需要。

所述的可控万向轮6共三个，分别装于三根可伸缩支撑架5的底部，用于控制整个测量仪的移动和转动。

所述的电路板控制模块7，位于两根可伸缩支撑架之间，包括单片机U1、晶振电路、复位电路，电机驱动芯片、按键、LCD显示屏、稳压芯片。所述的单片机U1用于软件编程以实现控制；所述的复位电路为复位按钮；复位按钮的一端与单片机U1的复位端口相连，另一端接地；所述的晶振电路包括晶振、电容C1、电容C2；所述电容C1的一端与单片机U1的时钟输入端口XTAL1及晶振的一端相连，C1另一端均接地；所述的电容C2的一端与单片机U1的时钟输入端口XTAL2及晶振的另一端相连，C2的另一端接地；所述的电机驱动芯片与单片机U1相连，用于单片机U1控制万向轮的转动；所述的按键共4个，每个按键的一端分别与单片机U1的4个IO口相连，另一端都接地，用于输入操作命令，按键未按下时，对应IO口被上拉电阻拉为高电平，按键按下后，对应的IO口置0，从而确定按键按下；所述的LCD显示屏与单片机相应的控制引脚与数据引脚相连，用于显示最后测量的结果；所述稳压芯片用于供电，当电路板控制模块接入电源后，由稳压芯片分压，以给单片机U1、电机驱动芯片等供电；另外，光电传感器的输出端连接到单片机U1的具有AD转换功能的输入引脚。激光发射装置的输入端连接到单片机U1的IO口，用于控制激光发射。

所述的单片机可选用TMS320F2812，但不限于此。

本实例的工作过程如下：

在非接触式玻璃砖折射率测量仪的初始状态下，激光发射装置位于图2的0°分割点的位置，而光强检测装置位于180°的位置。小心移动测量仪，将待测量的玻璃砖通过固定环的缺口处进入测量仪的内部，并使得待测量的玻璃面近似垂直于0°——180°分割线，同时玻璃面近似经过固定环的圆心，如图2所示。调整可伸缩支撑架，使得待测量的玻璃面同激光发射器、光电传感器等高。

按下按键1，测量仪开始自动校正装置位置，最终使得玻璃面严格垂直于0°——180°分割线。具体流程是：单片机控制位于0°的激光发射装置发出激光，若玻璃面并不是严格垂直于0°——180°分割线，则激光穿透玻璃砖后会发生侧移，因此位于180°的光强检测装置不会检测到激光。故单片机控制万向轮，使得测量仪绕装置轴心小幅度旋转，当玻璃面严格垂直于0°——180°分割线时，激光发射装置发出的激光恰好被光强检测装置所检测，单片机内AD转换器得到的电压高于设定阈值，此时单片机控制万向轮停止旋转，并停止发出激光。

接着按下按键2，测量仪继续校正装置位置，最终使得玻璃面严格经过固定环的圆心。具体流程是：手动控制激光发射装置向0°分割点左边转动，转动角度β1(β1<90°)，同时控制光强检测装置转向0°分割点右边的角度为β1的位置处，即光强检测装置从180°位置处转动了180°-β1的角度。单片机控制激光发射装置发出激光，若玻璃面并不是严格经过固定环的圆心，则激光经过玻璃砖反射后，反射光线不会经过位于圆周对称点的光强检测装置，因此不会检测到激光。故单片机控制万向轮，使得测量仪在0°——180°分割线上进行小幅度平动，当玻璃面严格经过固定环的圆心时，激光发射装置发出的激光在固定环的圆心处将发生反射，反射光恰好被光强检测装置所识别，单片机内AD转换器得到的电压高于设定阈值，此时单片机控制万向轮停止平动，并停止发出激光。

按下按键3，手动控制激光发射装置在0°分割点左边0°～90°的范围内转动，且控制光强检测装置转动使得光强检测装置的位置与激光发射装置的位置关于0°——180°分割线对称，则光电传感器将始终对准并接收到反射光线。当激光发射装置位于某一角度β2时，光强检测装置将检测不到激光，或者说是检测到激光强度最弱，单片机内AD转换器得到的电压低于设定阈值，且为最小值，则此角度即为布儒斯特角。软件记录该角度值β2，并停止发出激光。

最后由计算可得，玻璃砖相对于空气的折射率即为tanβ2。折射率可输出或者通过LCD显示屏显示出来。

按下按键4，单片机控制测量仪重新回到初始状态，整个测量过程结束。

Claims (4)

1.一种非接触式玻璃砖折射率测量仪，其特征在于，它包括激光发射装置、光强检测装置、固定环、可伸缩支撑架、可控万向轮、电路板控制模块；

所述的激光发射装置包括激光发射器、起偏器，所述的起偏器安装在激光发射器的发射出口处，起偏器内的偏振片允许的透振方向为水平；

所述的光强检测装置包括光电传感器；所述的光电传感器用于检测经过玻璃砖反射得到的激光的光强大小；

所述的固定环上开有环状滑槽，激光发射器及光电传感器分别设置于固定环上且均可沿滑槽滑动；激光发射器的垂直高度与光电传感器的垂直高度相同；

所述的可伸缩支撑架用于支撑固定环且可调整固定环的水平高度；

所述的可控万向轮装于可伸缩支撑架底部，用于控制整个测量仪的移动和转动；

所述的电路板控制模块，包括单片机，用于控制激光发射装置、光强检测装置以及可伸缩支撑架和万向轮。

2.根据权利要求1所述的非接触式玻璃砖折射率测量仪，其特征在于，所述的电路板控制模块包括单片机U1、晶振电路、复位电路，电机驱动芯片、按键、LCD显示屏、稳压芯片；所述的复位电路为复位按钮；复位按钮的一端与单片机U1的复位端口相连，另一端接地；所述的晶振电路包括晶振、电容C1、电容C2；所述电容C1的一端与单片机U1的时钟输入端口XTAL1及晶振的一端相连，C1另一端均接地；所述的电容C2的一端与单片机U1的时钟输入端口XTAL2及晶振的另一端相连，C2的另一端接地；所述的电机驱动芯片与单片机U1相连，用于单片机U1控制万向轮的转动；所述的按键共4个，每个按键的一端分别与单片机U1的4个IO口相连，另一端都接地，用于输入操作命令，按键未按下时，对应IO口被上拉电阻拉为高电平；所述的LCD显示屏与单片机相应的控制引脚与数据引脚相连，用于显示最后测量的结果；光电传感器的输出端连接到单片机U1的具有AD转换功能的输入引脚。激光发射装置的输入端连接到单片机U1的IO口，用于控制激光发射。

3.根据权利要求1所述的非接触式玻璃砖折射率测量仪，其特征在于，所述的测量仪设有三根可伸缩支撑架，每根支撑架底部均安装一个可控万向轮。

4.根据权利要求1所述的非接触式玻璃砖折射率测量仪，其特征在于，所述的固定环为未封闭环状，缺口处可供玻璃砖进出。