CN109192028B - 光谱分析演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光谱分析演示仪，包括：导轨组件，光源组件，白炽灯，LED红光灯，钠灯和氘灯，偏振片组件，光学元件组件，单缝片，双缝片，光栅和单色器，样品组件，光屏组件，紫外‑可见光检测器；本发明具有能够快速的对不同的物理现象进行解释，从而实现对比试验的功能，且不会触碰到光学元件，提高了光学元件及仪器的使用寿命，除了演示外还能够对物质进行定性分析，将所学到的知识运用到实践中，提高了学生的学习兴趣，并且演示仪的结构简单，制造成本低廉。

Description

光谱分析演示仪

技术领域

本发明涉及教学器具领域。更具体地说，本发明涉及一种光谱分析演示仪。

背景技术

光谱分析是高中及大学物理中必修的光学课程，因此能良好、较为方便的演示出实验效果对学生的学习会起到事半功倍的效果，如果能将现学到的知识运用到实际的运用中，更是能够激起学生对物理学习的兴趣，现有技术中，光谱分析的演示仪都只能单一的对一个现象进行实验，当需要进行其他的演示实验时需要更换光学元件，但是光学元件是非常精密的，会因为人为多次触碰导致实验误差增大，得到不了理想的效果，其次，作为演示仪器仅仅能表现出实验现象并不能提起学生的兴趣，只有当学到的东西付诸于实践中才能提高学习的积极性，但是现有的光谱分析仪十分昂贵，动辄几十万，并不是每个中学能负担的了的。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供光谱分析演示仪，其能够快速的对不同的物理现象进行解释，从而实现对比试验，将加深学生对物理概念的理解，且不会触碰到光学元件，提高了光学元件及仪器的使用寿命，并且除了演示外还能够对物质进行定性分析，将所学到的知识运用到实践中，大大提高了学生的学习兴趣，并且演示仪的结构简单，相较精密的光谱分析仪而言价格低廉。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种光谱分析演示仪，包括：

光谱分析演示仪，其特征在于，包括：

导轨组件，其包括水平设置的矩形板、所述矩形板上表面中心轴处设有与所述矩形板等长的滑槽、所述滑槽上间隔设置有三个滑台、竖直贯穿所述矩形板的方形通孔，所述通孔沿矩形板宽度方向设置，所述方形通孔与所述滑槽连通处均设置有封堵板，以使所述方形通孔的内壁均为长方形，所述矩形板下底面的四个边角处、靠近所述通孔四角的导轨底面均分设有等高的支架；

光源组件，其包括竖直设于所述矩形板的短边侧壁中心上的第一转轴、水平同轴固设于所述第一转轴顶端的转盘、及设于所述转盘上的四个光源，其中，所述转轴与所述矩形板短边侧壁转动连接，所述光源转盘的直径比所述矩形板宽度短，四个光源分别位于转盘顶面边沿的圆周四等分点处，四个光源分别为白炽灯、LED红光灯、钠灯和氘灯；

偏振片组件，其包括垂直固设于其中一滑台上表面的Y型可伸缩支架、设于所述Y型可伸缩支架顶端的偏振片，其中，所述偏振片与所述滑槽垂直；

光学元件组件，其包括水平设置的第二转轴、与所述第二转轴同轴套接的圆柱盘、镶嵌在所述圆柱盘内的四个光学元件，其中，所述第二转轴垂直转动设于一对封堵板间且靠近所述矩形板上表面中心轴处，所述圆柱盘的直径小于所述方形通孔的长边距离，所述圆柱盘的柱高小于所述方形通孔的短边距离，使所述圆柱盘绕第二转轴转动时不与所述方形通孔接触，所述圆柱盘盘面上两条互相垂直的直径线上对称设有四个贯穿圆柱盘的水平通孔，以使四个光学元件通过四个所述水平通孔镶嵌在所述圆柱盘上，四个光学元件分别为单缝片，双缝片，光栅和单色器；

样品组件，包括竖直设置的长方体形待测样品池、与所述待测样品池底面固定连接的的固定底座、与所述固定底座连接的水平板体、连接水平板体与另一滑台且竖直设置的伸缩支杆，其中，所述固定底座与所述待测样品池底面的大小相等，所述固定底座下表面中心处设有一内侧壁带内螺纹圆柱凹槽、水平板体表面中心设有一圆柱形外壁带外螺纹的圆柱凸起，所述圆柱凹槽与所述圆柱凸起螺纹连接；

光屏组件，其包括与所述凹槽垂直的长方形板体、与所述长方形板体的中心轴同轴连接的竖直可伸缩支架、可套设在整个导轨组件上的暗室，其中，所述可伸缩支架另一端与剩余的一个滑台固定连接，所述长方形板体上设置有与所述长方形板体等大的紫外-可见光检测器的检测屏，所述紫外-可见光检测器的输出端连有一显示屏，显示检测到的图案及光强；

其中，所述光源组件、偏振片组件、光学元件组件、样品组件、光屏组件在同一直线上，且依次排列。

优选的是，所述偏振片为圆形，所述Y型可伸缩支架与所述偏振片的下半个圆周相接触，且所述Y型可伸缩支架与所述偏振片的相接的位置设置有与所述偏振片等厚的凹槽，所述偏振片夹设在所述凹槽内，且可沿所述偏振片的周向转动。

优选的是，所述待测样品池的上表面和所述固定底座的下底面分别设有相互吸引的磁片。

优选的是，每一光学元件中心至所述圆柱盘圆心的径线两侧分别设有一长条状与该径线平行的限位块，所述限位块不与所述方形通孔的侧壁接触，所述封堵板的上部中心处分别设有竖直的立柱，所述立柱不与所述圆柱盘的台面接触，所述圆柱盘过圆心径线两侧的限位块能将所述立柱卡住以限制所述圆柱盘的转动。

优选的是，所述紫外-可见光检测器为光电二极管阵列检测器或光电倍增管检测器。

优选的是，所述待测样品池是采用石英玻璃制成。

优选的是，所述暗室为一个可沿长边伸缩长方体罩体，所述长方体罩体的短边侧面垂直所述矩形板，且设置在所述矩形板上远离光源组件的一端。

本发明至少包括以下有益效果：

1、采用转盘的方式将多个光学元件组合在一起，可以在不触碰光学元件的基础上快捷的更换实验，提高了光学元件的使用寿命；

2、采用简单的仪器，实现了定性的光谱分析，使得实验的趣味性得到了极大的提升；

3、本发明结构简单，组装操作方便，制造成本低廉。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一种技术方案所述光谱分析演示仪的结构示意图；

图2为本发明其中一种技术方案所述圆柱盘侧面结构示意图；

图3为本发明其中一种技术方案所述导轨组件上圆柱盘部位的俯视图；

图4为本发明其中一种技术方案所述待测样品池结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1-4所示，本发明提供一种光谱分析演示仪，包括：

导轨组件，其包括水平设置的矩形板、所述矩形板上表面中心轴处设有与所述矩形板等长的滑槽、所述滑槽上间隔设置有三个滑台，所述滑台沿滑槽的方向滑动以调整位置，竖直贯穿所述矩形板的方形通孔、所述通孔沿矩形板宽度方向设置，所述方形通孔与所述滑槽连通处均设置有封堵板，所述封堵板为长方形，以使所述方形通孔的内壁平整，所述矩形板下底面的四个边角处、靠近所述方形通孔四角的导轨底面均分设有等高的支架，以支撑整个矩形板；

光源组件，其包括竖直设于所述矩形板的短边侧壁中心上的第一转轴、水平同轴固设于所述第一转轴顶端的转盘、及设于所述转盘上的四个光源，其中，所述转盘位于所述矩形板的上端，通过转动转盘实现光源的更换，所述转轴与所述矩形板短边侧壁通过一套设在所述转轴上的轴承实现转动连接，所述轴承的外壁与所述矩形板短边侧壁水平固接，所述光源转盘的直径比所述矩形板宽度短，四个光源分别位于转盘顶面边沿的圆周四等分点处，四个光源分别为白炽灯、LED红光灯、钠灯和氘灯；

偏振片组件，其包括垂直固设于其中一滑台上表面的Y型可伸缩支架、设于所述Y型可伸缩支架顶端的偏振片，其中，所述偏振片与所述Y型可伸缩支架两自由端的连接方式为夹设或者镶嵌式，所述偏振片与所述滑槽垂直；

光学元件组件，其包括水平设置的第二转轴、与所述第二转轴同轴套接的圆柱盘、竖直镶嵌在所述圆柱盘内的四个光学元件，其中，所述第二转轴垂直转动设于一对封堵板间且靠近所述矩形板上表面中心轴处，所述圆柱盘的直径小于所述方形通孔的长边距离，所述圆柱盘的柱高小于所述方形通孔的短边距离，且大于所述四个光学元件的厚度，使所述圆柱盘绕第二转轴转动时不与所述方形通孔接触，所述圆柱盘盘面上两条互相垂直的直径线上对称设有四个贯穿圆柱盘的水平通孔，所述水平通孔的外轮廓比所述四个光学元件的外轮廓略大，以使四个光学元件通过四个所述水平通孔镶嵌在所述圆柱盘上且在所述圆柱盘转动时不发生相对位移，四个光学元件分别为单缝片，双缝片，光栅和单色器；

样品组件，包括竖直设置的长方体形待测样品池、与所述待测样品池底面固定连接的的固定底座、与所述固定底座连接的水平板体、连接水平板体与另一滑台且竖直设置的伸缩支杆，其中，所述待测样品池的长边侧壁与所述矩形板的中心轴垂直，所述固定底座与所述待测样品池底面的大小相等，所述固定底座下表面中心处设有一内侧壁带内螺纹的圆柱凹槽、水平板体上表面中心设有一圆柱形外壁带外螺纹的圆柱凸起，所述圆柱凹槽与所述圆柱凸起通过螺纹连接；

光屏组件，其包括与所述凹槽垂直的长方形板体、与所述长方形板体的中心轴同轴连接的竖直可伸缩支架、可套设在整个导轨组件上的暗室，其中，所述暗室可使整个演示仪处于光线较暗的环境内，所述可伸缩支架另一端与剩余的一个滑台固定连接，所述长方形板体上设置有与所述长方形板体等大的紫外-可见光检测器的检测屏，所述紫外-可见光检测器的输出端连有一显示屏，以显示检测到的图案及光强；

其中，所述光源组件、偏振片组件、光学元件组件、样品组件、光屏组件在同一直线上，且依次排列；

该发明的使用方法有两种，一种为演示光学性质的，首先将光源，偏振片，待使用的光学元件，包括单缝片、双缝片或者光栅，光屏设置调整在同一直线上，打开LED红光灯的开关，使得光线通过偏振片由多向光变成单向光，接着调整光屏的远近找到能明显成相的位置，如果觉得肉眼看不清晰则可以打开紫外可见光检测器，通过观察屏幕上的图像以及显示的光强来观察明暗相间的红色条纹，接着还可以更换钠灯观察到教材上的钠光灯的干涉衍射图像，当转动光源转盘调整为白炽灯时，可以在光屏或者屏幕上观察到彩色的条纹线；

另一种为定性测量待测样品的实验，在原来装置的基础上转动光源转盘，调整光源为氘灯，转动圆柱盘将单色器调整到光路上，首先将待测样品池中放置待测溶液的空白溶液，将所述待测样品池安装到水平板体上，调整待测样品池和长方形板体的高度，使光源、偏振片、光学元件、样品组件、光屏组件在同一条直线上，并用一个暗室将上述元件罩在暗室内，使紫外-可见光检测器的检测屏能够检测到稳定光强，并记录读数，接着将待测样品池中的空白溶液更换成待测样品溶液，再对光强进行测量，读出此时的光强，根据配置的待测溶液的浓度可以由郎伯比尔定律算出待测溶液的吸光度，再通过查找在该入射光波长下对应吸光度的物质是哪一种，因此得到物质的种类，至此就得出了实验结果，采用该技术方案能够快速的对不同的物理现象进行解释，从而实现对比试验，将加深学生对物理概念的理解，并且不会触碰到光学元件，提高了光学元件及仪器的使用寿命，并且除了演示外还能够对物质进行定性分析，将所学到的知识运用到实践中，大大提高了学生的学习兴趣，并且演示仪的结构简单，相较精密的光谱分析仪而言价格低廉。

在另一技术方案中，所述偏振片为圆形，所述Y型可伸缩支架与所述偏振片的下半个圆周相接触，且所述Y型可伸缩支架与所述偏振片的相接的位置设置有与所述偏振片等厚的凹槽，所述偏振片夹设在所述凹槽内，且可沿所述偏振片的周向转动，采用该技术方案，使得偏振片的使用更为方便灵活，便于调整偏正光的方向。

在另一技术方案中，所述待测样品池的上表面和所述固定底座的下底面分别设有相互吸引的磁片，采用该技术方案，使待测样品池和固定底座的连接更为牢靠，防止在对待测样品位置进行移动时导致待测样品池倾倒。

在另一技术方案中，每一光学元件中心至所述圆柱盘圆心的径线两侧分别设有一长条状与该径线平行的限位块，所述限位块不与所述方形通孔的侧壁接触，所述封堵板的上部中心处分别设有竖直的立柱，所述立柱不与所述圆柱盘的台面接触，所述圆柱盘过圆心径线两侧的限位块能将所述立柱卡住以限制所述圆柱盘的转动，在转动圆柱盘时，每当一个光学元件转至垂直滑槽时，立柱会被圆柱盘上相邻的两个限位块卡住，使得圆柱盘的转动受到限制，当再用较大的力去转动圆柱盘时，圆柱盘会脱离限制，继续转动，采用该技术方案，使得在使用光学元件进行实验时更加稳定，不会因光学元件在圆柱盘上产生相对移动导致演示或者测试产生误差。

在另一技术方案中，所述紫外-可见光检测器为光电二极管阵列检测器或光电倍增管检测器，采用该技术方案，能够使得检测效果更为明显，得出的结论更为准确。

在另一技术方案中，所述待测样品池是采用石英玻璃制成，采用该技术方案，能使入射光最大比例的穿过待测样品池而不被吸收，提高结论的准确率。

在另一技术方案中，所述暗室为一个可沿长边伸缩长方体罩体，所述长方体罩体的短边侧面垂直所述矩形板，且设置在所述矩形板上远离光源组件的一端，采用该技术方案，能够可选择性的对实验元件进行遮盖，一方面节省了仪器的占地面积，另一方面暗室和仪器设为一体可以有效的防止暗室丢失。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明光谱分析演示仪的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.光谱分析演示仪，其特征在于，包括：

导轨组件，其包括水平设置的矩形板、所述矩形板上表面中心轴处设有与所述矩形板等长的滑槽、所述滑槽上间隔设置有三个滑台、竖直贯穿所述矩形板的方形通孔，所述通孔沿矩形板宽度方向设置，所述方形通孔与所述滑槽连通处均设置有封堵板，以使所述方形通孔的内壁均为长方形，所述矩形板下底面的四个边角处、靠近所述通孔四角的导轨底面均分设有等高的支架；

光源组件，其包括竖直设于所述矩形板的短边侧壁中心上的第一转轴、水平同轴固设于所述第一转轴顶端的转盘、及设于所述转盘上的四个光源，其中，所述转轴与所述矩形板短边侧壁转动连接，所述转盘的直径比所述矩形板宽度短，四个光源分别位于转盘顶面边沿的圆周四等分点处，四个光源分别为白炽灯、LED红光灯、钠灯和氘灯；

偏振片组件，其包括垂直固设于其中一滑台上表面的Y型可伸缩支架、设于所述Y型可伸缩支架顶端的偏振片，其中，所述偏振片与所述滑槽垂直；

光学元件组件，其包括水平设置的第二转轴、与所述第二转轴同轴套接的圆柱盘、镶嵌在所述圆柱盘内的四个光学元件，其中，所述第二转轴垂直转动设于一对封堵板间且靠近所述矩形板上表面中心轴处，所述圆柱盘的直径小于所述方形通孔的长边距离，所述圆柱盘的柱高小于所述方形通孔的短边距离，使所述圆柱盘绕第二转轴转动时不与所述方形通孔接触，所述圆柱盘盘面上两条互相垂直的直径线上对称设有四个贯穿圆柱盘的水平通孔，以使四个光学元件通过四个所述水平通孔镶嵌在所述圆柱盘上，四个光学元件分别为单缝片，双缝片，光栅和单色器；

样品组件，包括竖直设置的长方体形待测样品池、与所述待测样品池底面固定连接的的固定底座、与所述固定底座连接的水平板体、连接水平板体与另一滑台且竖直设置的伸缩支杆，其中，所述固定底座与所述待测样品池底面的大小相等，所述固定底座下表面中心处设有一内侧壁带内螺纹圆柱凹槽、水平板体上表面中心设有一圆柱形外壁带外螺纹的圆柱凸起，所述圆柱凹槽与所述圆柱凸起螺纹连接；

光屏组件，其包括与所述凹槽垂直的长方形板体、与所述长方形板体的中心轴同轴连接的竖直可伸缩支架、可套设在整个导轨组件上的暗室，其中，所述可伸缩支架另一端与剩余的一个滑台固定连接，所述长方形板体上设置有与所述长方形板体等大的紫外-可见光检测器的检测屏，所述紫外-可见光检测器的输出端连有一显示屏，显示检测到的图案及光强；

其中，所述光源组件、偏振片组件、光学元件组件、样品组件、光屏组件在同一直线上，且依次排列；

所述偏振片为圆形，所述Y型可伸缩支架与所述偏振片的下半个圆周相接触，且所述Y型可伸缩支架与所述偏振片的相接的位置设置有与所述偏振片等厚的凹槽，所述偏振片夹设在所述凹槽内，且可沿所述偏振片的周向转动；

每一光学元件中心至所述圆柱盘圆心的径线两侧分别设有一长条状与该径线平行的限位块，所述限位块不与所述方形通孔的侧壁接触，所述封堵板的上部中心处分别设有竖直的立柱，所述立柱不与所述圆柱盘的台面接触，所述圆柱盘过圆心径线两侧的限位块能将所述立柱卡住以限制所述圆柱盘的转动。

2.如权利要求1所述的光谱分析演示仪，其特征在于，所述待测样品池的上表面和所述固定底座的下底面分别设有相互吸引的磁片。

3.如权利要求1所述的光谱分析演示仪，其特征在于，所述紫外-可见光检测器为光电二极管阵列检测器或者光电倍增管检测器中的其中一种。

4.如权利要求1所述的光谱分析演示仪，其特征在于，所述待测样品池是采用石英玻璃制成。

5.如权利要求1所述的光谱分析演示仪，其特征在于，所述暗室为一个可沿长边伸缩长方体罩体，所述长方体罩体的短边侧面垂直所述矩形板，且设置在所述矩形板上远离光源组件的一端。