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超声光栅实验_

超声光栅实验_
超声光栅实验_

实验45 用超声光栅测定液体中的声速

声光效应是指光波通过受到超声波扰动的介质时发生衍射的现象,这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。由于超声波调制了液体的密度,使原来均匀透明的液体,变成折射率周期变化的“超声光栅”,当光束穿过时,就会产生衍射现象,由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。

早在1921年布里渊(L.Brillouin)曾预言液体中的高频声波能使可见光产生衍射效应,十年后,P.J.W.德拜和F.W.西尔斯以及R.卢卡斯和P.Biquard 分别观察到了声光衍射现象。上世纪六十年代后,随着激光技术的出现以及超声技术的发展,使声光效应得到了广泛的应用。如制成声光调制器和偏转器,可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向。目前,声光效应在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。

【实验目的】

1. 了解超声致光衍射原理。

2. 用超声光栅测量液体中的声速。

【实验内容】

1. 了解声光效应的实验原理。

2. 学习利用超声光栅测量液体中的声速。

3. 学习光路准直的调节以及读数显微镜的使用方法

【实验仪器】

实验装置由超声信号源、低压钠灯、光学导轨、光狭缝、透镜、超声池、测微目镜以及高频连接线等组成。

【实验原理】 压电陶瓷片

(PZT )在高频信号源所产生的交变电场的作用下,发生周期性

的压缩和伸长振动,

该振动在液体中的传播就形成超声波。超声波在液体中传播分为行波和驻波两种形式。当一束平面超声

波行波在液体中传播时,其声压使液体分子作周期性变化,液体的局部就会产生周期性的压缩与膨胀,使液体的密度在波传播方向上发生周期性的变化,形成所谓疏密波。液体密度的周期性变化,必然导致液体的折射率也做同样变化,如同一个相位光栅。此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时,平行光会被衍射。以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波形式运动的,如果实验

z z 超声光栅实验光路图

中,使超声波在有限尺寸的超声池内形成稳定的驻波,由于驻波振幅可以达到行波振幅的两倍,从而加剧液体疏密变化的程度,因此,当平行光入射时更易于对衍射现象的稳定观察。实验光路如图45-1所示,图中S 为光源狭缝,L 1、L 2为透镜。

若超声行波以平面波的形式沿Z 轴正方向传播,波动方程可写为

)(

2cos s

s m z

T t A y λπ?= (45-1) 式中y 代表各质点沿Z 方向偏离平衡位置的位移,A m 表示质点的最大位移量,T s 为超声波的周期,s λ为超声波的波长。如果超声波被液槽的垂直于Z 轴的平面反射,将会反向传播,当反射平面距波源为波长四分之一的奇数倍时,入射波与反射波分别为

)(

2cos 1s s m z T t A y π?= (

2cos 2s

s m z T t A y λπ+= 两者叠加得

s

s

m T t

z

A y y y π

λπ

2cos 2cos 221=+= (45-2) 由上式可以看出,叠加的结果为驻波,沿Z 方向各点的振幅为)/2cos(2s m z A λπ,它是Z 的函数,随z 呈周期性的变化,但不随时间变化,位相s T t /2π是时间t 的函数,但不随空间变化。驻波形成以后,在某一时刻t ,驻波某一节点两边的质点涌向该节点,使该节点附近成为质点密集区,而与该节点相邻的两波节附近成为质点稀疏区,且在波腹处密度保持不变。在半个周期以后,2T t +,这个节点两边的质点又向左右扩散,使该波节附近成为质点稀疏区,相邻的两波节附近变为质点密集区,波腹处密度不变。图45-2为在某t 和2s T t +两个时刻驻波波形、液体疏密分布和折射率n 的变化曲线。由图可见,超声光栅的性质是,在某一时刻t ,相邻两个密集区域的距离为s λ,为液体中传播的行波的波长,距离等于波长s λ的任何两点处,液体的密度相同,折射率也相等。

由光路图45-1所示,当单色平行光通过超声光栅时,由于光速远大于液体中的声速,可以认为光波通过液体的过程中液体的疏密度及其折射率的周期变化没有明显改变,即对光波来说,超声光栅可以看作是静止的。因此,光线衍射的主极大位置可由光栅方程决定, λφk d k =sin ),2,1,0(???±±=k (45-3)

式中k φ为k 级衍射角,λ为光波波长,s d λ=,即超声波波长s λ相当于光栅常数。实际上

由于k φ角很小,可以认为 f

l k

k =

φsin (45-4) 其中k l 为衍射零级光谱线至第k 级光谱线的距离,f 为透镜2L 的焦距,所以超声波的波长

s λ可表为

k

k s l f

k k λφλλ==

sin (45-5) 超声波在液体中的传播速度: k

s l f k v V ν

λλ=

= (45-6) 式中v 为信号源的振动频率。

【实验要求】

1. 搭建光路,将器件按图45-1放置,打开低压钠灯光源,调节钠灯位置,使钠灯照射在狭

缝上,并且上下均匀,左右对称,光强适宜。

2. 调节狭缝与透镜L 1的位置,使狭缝中心法线与透镜L 1的光轴(即主光轴)重合。二者

间距为透镜L 1的焦距(建议透镜焦距用自准直法自行测量)。

3. 调节透镜L 2与测微目镜的高度,使二者光轴与主光轴重合。调焦目镜,使十字丝清晰。

4. 将待测液体(如蒸馏水、乙醇或其他液体)注入液槽,将液槽放置于固定支架上,放置

时,使液槽两侧表面基本垂直于主光轴。

5. 将两根高频连接线的一端接入液槽盖板上的接线柱,另一端接入超声光栅仪上的输出端,

打开超声信号源电源。

6. 调节测微目镜与透镜L 2的位置。使目镜中能观察到清晰的衍射条纹。

7. 前后移动液槽,从目镜中观察条纹间距是否改变,若是,则改变透镜L 1的位置,直到条

纹间距不变。

8. 微调超声光栅实验仪上的调频旋钮,使信号源频率与压电陶瓷片谐振频率相同,此时,

衍射光谱的级次会显著增多且谱线更为明亮。微转液槽,使射于液槽的平行光束垂直于液槽,同时观察视场内的衍射光谱亮度及对称性。重复上述操作,直到从目镜中观察到清晰而对称稳定的三级)3(±=k 衍射条件纹为止。

9. 利用微测目镜逐级测量并记录各谱线位置读数,测量时单向转动测微目镜鼓轮,以消除

转动部件的螺纹间隙产生的空程误差(例如:从-3、…、0、…、+3)。

【拓展内容】

观察并研究改变超声信号频率时,超声光栅衍射条纹的变化规律。

【注意事项】

1.压电陶瓷片表面与对面的液槽(超声池)壁表面必须平行,此时才会形成较好的驻波,实验时应将液槽的上盖盖平;当液面下降太多致使压电陶瓷片外露时,应及时补充液体至正常液面线处。

2.声光器件应小心轻放,不得冲击碰撞,否则将可能损坏内部晶体而报废。

3.超声信号源工作时不得空载,否则容易损害超声信号源。

4.实验时间不宜过长,否则会造成液体温度的变化影响测量。

5.提取液槽应拿两端面,不要触摸两侧表面通光部位,以免污染。

6.实验完毕应将被测液体倒出,不要将压电陶瓷片长时间浸泡在液槽内。

7.液体含有杂质时对测量结果影响较大,建议使用纯净水(市售饮用纯净水即可)、分析纯酒精或甘油等液体。

8.仪器长时间不用时,请将测微目镜收于保存盒中放置干燥剂;液槽应清洗干净,自然晾干后,妥善放置,不可让灰尘等污物侵入。

【数据处理及结果分析】

1. 用逐差法计算谱线衍射条纹平均间距。

2. 计算超声光栅的光栅常数及超声波在水中的声速V 。

【分析讨论题】

1. 驻波的相邻波腹或相邻波节的距离都等于半波长,为什么超声光栅的光栅常数等于超声

波的波长?

2. 从发生衍射的原理看超声光栅与普通光栅有何不同?

3. 怎样判断不平行光束垂直入射到超生光栅面?怎样判断压电陶瓷片处于共振状态?

【参考文献】

1 丁愼训,张连芳,物理实验教程(第二版). 清华大学出版社. 2002.

2 沈元华,陆申龙.基础物理实验.北京:高等教育出版社.2003. 3

光学手册.陕西科技出版社.1986.

【附录】

1. 水中的理论声速:液体中的声速一般与液体的成分、液体的温度及大气压强有关。1

个大气压(0.1MPa ≈)下,水中的声速可由以下经验公式求得

5

9463422100449.31045262.11031636.31079506.503358.5336.1402t t t t t V ????×+×?×+×?+=式中t 是水的温度,单位为℃;V 的单位为m s 。 2. 纯净液体中的声速

表中α为温度系数,对于其他温度的声速可近似按公式()00t t V V t ?+=α计算。

超声实验报告

超声实验报告 超声实验 学号: 姓名: 班级: 日期: 【摘要】 超声学是一门主要研究超声的产生方法和探测技术、超声在介质中的传播规律、超声与物质的相互作用,包括在微观尺度的相互作用以及超声的众多应用的学科。本实验利用超声在介质中的传播规律测量了超声探头的延迟时间、横波在不同介质中传播的折射角和纵、横波在不同介质中的传播速度,并利用测量得到的传播速度求出了不同介质的弹性模量和泊松比。最后利用超声测距的原理模拟了超声水下勘测,了解了超声在水下勘测和医疗中的作用。 【关键词】 超声,水下勘测,弹性模量 2 一、实验背景超声的研究和发展与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。 自1883年人类首次制成超声气哨,这一类机械型超声换能器在不断改进后至今仍广泛地应用于流体媒质的超声应用当中。 20世纪初,随着电子学的发展人们发现了一些晶体材料的压电效

应和磁致伸缩效应,1917年,法国人朗之万利用天然石英晶体制成了第一个夹心式超声换能器用来探查海底的潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展,又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器,以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超声换能器。 随着材料科学的发展,机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜等材料的出现使得产生和检测超声波的频率,由几十千赫提高到上千兆赫,波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。超声学的一个发展方向便是不断的提高超声的频率,利用超高频超声声子来进行物质结构方面的等基础研究。 同时,近10年来随着计算机图像学的迅猛发展,超声由于其具有的对身体无创伤,机器技术门槛低,检查费用低廉等优势,超声诊断也随之发展起来,并被广泛地应用于工业机械探伤和医疗诊断方面。此外,超声洁牙器、超声洗碗机等产品也相继问世。超声技术已经越来越多地出现在我们生活的方方面面。 本实验通过学习用超声法来测量固体介质常用参数的方法,学习超声扫描成像技术的应用,来促进对超声波产生和发射的机理,以及声探头的结构及作用的了解,并通过读取超声信号的波形图锻炼读图分析的能力,激发学生在超声探测和成像应用及其信号处理方面的兴趣和思考。 二、实验原理本实验的主要器材是CSS-1超声波扫描成像仪。该

光栅衍射实验实验报告

工物系 核11 李敏 2011011693 实验台号19 光栅衍射实验 一、 实验目的 (1) 进一步熟悉分光计的调整与使用; (2) 学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法; (3) 加深理解光栅衍射公式及其成立条件; 二、 实验原理 2.1测定光栅常数和光波波长 如右图所示,有一束平行光与光栅的法线成i 角,入射到光栅上产生衍射;出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射光。如果在F 处产生了一个明条纹,其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍,即 ()sin sin d i m ?λ ±= (1) m 为衍射光谱的级次, 3,2,1,0±±±.由这个方程,知道了λ?,,,i d 中的三个 量,可以推出另外一个。 若光线为正入射,0=i ,则上式变为 λ ?m d m =sin (2) 其中 m ?为第m 级谱线的衍射角。 据此,可用分光计测出衍射角m ?,已知波长求光栅常数或已知光栅常数求 波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长 如右图。入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧,(1)式中应取加号,即d (sin φ+sin ι)=mλ。以Δ=φ+ι为偏向角,则由三角形公式得 2d (sin Δ 2cos φ?i 2 )=mλ (3) 易得,当φ?i =0时,?最小,记为δ,则(2.2.1)变

为 ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ (4) 由此可见,如果已知光栅常数d ,只要测出最小偏向角δ,就可以根据(4)算出波长λ。 三、 实验仪器 3.1分光计 在本实验中,分光计的调节应该满足:望远镜适合于观察平行光,平行光管发出平行光,并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。 3.2光栅 调节光栅时,调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。 3.3水银灯 1.水银灯波长如下表 2.使用注意事项 (1)水银灯在使用中必须与扼流圈串接,不能直接接220V 电源,否则要烧 毁。 (2)水银灯在使用过程中不要频繁启闭,否则会降低其寿命。 (3)水银灯的紫外线很强,不可直视。 四、 实验任务 (1)调节分光计和光栅使满足要求。 (2)测定i=0时的光栅常数和光波波长。 (3)测定i=15°时的水银灯光谱中波长较短的黄线的波长

自主光栅光谱仪实验

自组式光栅光谱仪 一、实验目的 1、了解光栅的分光原理及主要特性; 2、了解光栅光谱仪的工作原理; 3、掌握利用光栅光谱仪进行测量的实验方法。 二、实验仪器 1低压汞灯及电源:2狭缝及固定调节架1个:0~2mm;3一维光栅及干板调节架1个;4、透镜及固定调节架3个(焦距f=60mm、焦距f=60mm、焦距f=200mm); 5、白板1个; 6、读数显微镜及固定调节架1个。 三、实验原理 本实验用的是透射光栅,是用光学玻璃片刻制而成的(如图5-11-1)。当光照射到光栅表面时,刻痕处不透光。只有在两刻痕之间的光滑部分,光才能通过,相当于一条狭缝,因此,光栅实际上是一密排、均匀而又平行的狭缝。设a为缝宽,b为刻痕宽度,d=a+b称为光栅常数。 由夫琅和费衍射理论,当波长为λ的平行光束垂直照射到光栅平面时,在每一狭缝处都产生衍射,但由于各缝发出的衍射波都是相干光,彼此又产生干涉。这样就会在光栅后面的屏上形成一系列被相当宽的暗区隔开的亮度大、宽度窄的明条纹,成为谱线(如图5-11-2)。 如图5-11-3所示,设S为位于透镜L1第一焦平面上的细长狭缝,G为光栅,光栅的常数为d,L1射出的平行光垂直地照射在光栅G上。透镜L2将与光栅法线成θ角的衍射光会聚于其第二焦平面上的Pθ点。由夫琅和费衍射理论知,相邻两缝对应点出射的光束之光程差为:? = (a + b)sinθ = d sinθ 当衍射角符合下列条件: d sinθ = kλ k = ±1, ± 2, ± 3, ..., ± n (5-11-1)

该衍射角方向的光将会得到加强,叫做主极大,形成明纹;其他方向的衍射光线或者完全抵消,或者强度很弱,几乎成暗背景。(5-11-1)式称为光栅方程,其中:λ为单色光波长,k称为光谱线的级数。在k=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线则对称地分布在零级谱线的两侧,如图5-11-2所示。 图5-11-3 平行光通过光栅 当k=0时,任何波长的光均满足(5-11-1)式,亦即在θ = 0 的方向上,各种波长的光谱线重叠在一起,形成明亮的零级光谱;对于k 的其它数值,不同波长的光谱线出现在不同的方向上(θ的值不同),从而在不同的位置上形成谱线,称为光栅谱线。而与k的正负两组相对应的两组光谱,则对称地分布在零的光谱两侧。 若光栅常数d 已知,在实验中测定了某谱线的衍射角θ和对应的光谱级k ,则可由(5-11-1)式求出该谱线的波长λ;反之,如果波长λ是已知的,则可求出光栅常数d 。 四、实验内容 1、自组装置光栅光谱实验仪,实验装置图见图2所示。 光源发出的光经过60mm透镜会聚到狭缝上,光线经过狭缝(狭缝放置在200mm 透镜的前焦面上),从200mm透镜出来的光为平行光,再入射到光栅上。通过光栅衍射的光成像于60mm透镜的后焦平面上(实为无穷远处可调狭缝的像)。

物理实验报告《用分光计和透射光栅

物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》 本文是关于物理实验报告《用分光计和透射光栅测光波波长》,仅供参考,希望对您有所帮助,感谢阅读。 【实验目的】 观察光栅的衍射光谱,掌握用分光计和透射光栅测光波波长的方法。 【实验仪器】 分光计,透射光栅,钠光灯,白炽灯。 【实验原理】 光栅是一种非常好的分光元件,它可以把不同波长的光分开并形成明亮细窄的谱线。 光栅分透射光栅和反射光栅两类,本实验采用透射光栅,它是在一块透明的屏板上刻上大量相互平行等宽而又等间距刻痕的元件,刻痕处不透光,未刻处透光,于是在屏板上就形成了大量等宽而又等间距的狭缝。刻痕和狭缝的宽度之和称为光栅常数,用d表示。 由光栅衍射的理论可知,当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时,透过每一狭缝的光都会发生单缝衍射,同时透过所有狭缝的光又会彼此产生干涉,光栅衍射光谱的强度由单缝衍射和缝间干涉两因素共同决定。用会聚透镜可将光栅的衍射光谱会聚于透镜的焦平面上。凡衍射角满足以下条件 k = 0,±1,±2, (10) 的衍射光在该衍射角方向上将会得到加强而产生明条纹,其它方向的光将全部或部分抵消。式(10)称为光栅方程。式中d为光栅的光栅常数,θ为衍射角,λ为光波波长。当k=0时,θ= 0得到零级明纹。当k =±1,±2…时,将得到对称分立在零级条纹两侧的一级,二级…明纹。

实验中若测出第k级明纹的衍射角θ,光栅常数d已知,就可用光栅方程计算出待测光波波长λ。 【实验内容与步骤】 1.分光计的调整 分光计的调整方法见实验1。 2.用光栅衍射测光的波长 (1)要利用光栅方程(10)测光波波长,就必须调节光栅平面使其与平行光管和望远镜的光轴垂直。先用钠光灯照亮平行光管的狭缝,使望远镜目镜中的分划板上的中心垂线对准狭缝的像,然后固定望远镜。将装有光栅的光栅支架置于载物台上,使其一端对准调平螺丝a,一端置于另两个调平螺丝b、c的中点,如图12所示,旋转游标盘并调节调平螺丝b或c,当从光栅平面反射回来的“十”字像与分划板上方的十字线重合时,如图13所示,固定游标盘。 物理实验报告·化学实验报告·生物实验报告·实验报告格式·实验报告模板 图12光栅支架的xx13分划板 (2)调节光栅刻痕与转轴平行。用钠光灯照亮狭缝,松开望远镜紧固螺丝,转动望远镜可观察到0级光谱两侧的±1、±2级衍射光谱,调节调平螺丝a (不得动b、c)使两侧的光谱线的中点与分划板中央十字线的中心重合,即使两侧的光谱线等高。重复(1)、(2)的调节,直到两个条件均满足为止。 (3)测钠黄光的波长 ①转动望远镜,找到零级像并使之与分划板上的中心垂线重合,读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ0和θ0/,并记入表4中。 ②右转望远镜,找到一级像,并使之与分划板上的中心垂线重合,读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ右和θ右/,并记入表4中。 ③左转望远镜,找到另一侧的一级像,并使之与分划板上的中心垂线重合,读出刻度盘上对径方向上的两个角度θ左和θ左/,并记入表4中。

实验报告超声波

袂四川大学实验报告书 羁课程名称:实验名称:超声波探伤实验 专业:班号:姓名:学号: 蕿系别: 肅实验日期:2013年3月10日同组人姓名:教师评定成绩: 芃一、实验名称 蚃超声波探伤实验 莈二、实验目的 荿1.了解探伤仪的简单工作原理 蚄2.熟悉超声波探伤仪、探头和标准试块的功用 膁3.了解有关超声波探伤的国家标准 莁4.掌握超声波探伤的基本技能 葿三、主要实验仪器 肅CTS-22型超声波探伤仪试块探头直尺机油 袃四、实验原理

A 型脉冲反射式超声波探伤仪,仪器屏横坐标表示超声波在工件中的传播时 膀实验中广泛应用的是 间(或传播距离)纵坐标表示反射回波波高。根据光屏上缺陷波的位置和高度,可以确定缺陷的位置和大小。 A 型脉冲式超声波探伤仪的工作原理:电路接通后,同步电路产生同步脉冲信号,同时触发发射、扫描电路。发射电路被触发后产生高频脉冲作用于探头,通过探头的逆电压效应将电信号转换为声信号,发射超声波。超声波在遇到异质界面(缺陷或底面)反射回来呗探头吸收。通过探头的正电压效应将信号转换为电信号,并送至放大电路呗放大检波,然后加到荧光屏垂直偏转板上,形成重叠的缺陷波 F 和底波B。扫描电路被处罚后产生锯齿波,加到荧光屏水平偏转板上,形成一条扫描亮线,将缺陷波 F 和底波B按时间展开。其工作原理图如下图所示: 薈五、实验内容与步骤 蒆一.超生波探伤仪的使用、仪器性能的测定、仪器与直探头综合性能测定 莁实验要求: 1. 掌握仪器主要性能:水平线性、垂直线性和动态范围的测试方法; 罿 2. 掌握仪器和直探头主要综合性能:盲区、分辨力、灵敏度余量的测试方法。 蚈背景知识: 蚃1. 仪器的主要性能: 肃 A. 水平线性仪器荧光屏上时基线水平刻度值与实际声程成正比的程度。 蚈 B. 垂直线性仪器荧光屏上的波高与输入信号幅度成正比的程度。 螈 C. 动态范围指反射信号从垂直极限衰减到消失所需的衰减量。 肄 2. 仪器与探头的主要综合性能: 蒁 A. 盲区从探侧面到能发现缺陷的最小距离成为盲区,其内缺陷不能发现。 螁 B. 分辨力在荧光屏上区分距离不同的相邻两缺陷的能力。 袈 C. 灵敏度余量指仪器与探头组合后在一定范围内发现微小缺陷的能力。 蒅 D. 声束扩散角扩散角的大小取决于超声波的波长与探头晶片直径的大小。

W光栅光谱仪实验

光栅光谱仪实验 一 实验目的 1、了解光栅光谱仪的工作原理 2、掌握利用光栅光谱仪进行测量的技术 二 实验仪器 WDS8A 型组合式多功能光栅光谱仪,计算机, 氘灯、钠灯、汞灯等各种光源 三 实验原理 光谱仪是指利用折射或衍射产生色散的一类光谱测量仪器。光栅光谱仪是光谱测量中最常用的仪器,基本结构如图1所示。它由入射狭缝S1、准直球面反射镜M1、光栅G 、聚焦球面反射镜M2以及输出狭缝S2构成。 衍射光栅是光栅光谱仪的核心色散 器件。它是在一块平整的玻璃或金属材 料表面(可以是平面或凹面)刻画出一 系列平行、等距的刻线,然后在整个表 面镀上高反射的金属膜或介质膜,就构 成一块反射试验射光栅。相邻刻线的间 距d 称为光栅常数,通常刻线密度为每 毫米数百至数十万条,刻线方向与光谱 仪狭缝平行。入射光经光栅衍射后,相 邻刻线产生的光程差 (sin sin )s d αβ?=±,α为入射角, β为衍射角,则可导出光栅方程: (sin sin )d m αβλ±= (0.1) 光栅方程将某波长的衍射角和入射角通过光栅常数d 联系起来,λ为入射光波长,m 为衍射级次,取0,1,2,±±等整数。式中的“±”号选取规则为:入射角和衍射角在光栅法线的同侧时取正号,在法线两侧时取负号。如果入射光为正入射0α=,光栅方程变为sin d m βλ=。衍射角度随波长的变化关系,称为光栅的角色散特性,当入射角给定时,可以由光栅方程导出 cos d m d d βλβ=, (0.2) 复色入射光进入狭缝S1后,经M2变成复色平行光照射到光栅G 上,经光栅色散后,形成不同波长的平行光束并以不同的衍射角度出射,M2将照射到它上面的某一波长的光聚焦在出射狭缝S2上,再由S2后面的电光探测器记录该波长的光强度。光栅G 安装在一个转台上,当光栅旋转时,就将不同波长的光信号依次聚焦到出射狭缝上,光电探测器记录不同光栅旋转角度(不同的角度代表不同的波长)时的输出光信号强度,即记录了光谱。这种光谱仪通过输出狭缝选择特定的波长进行记录,称为光栅单色仪。 在使用单色仪时,对波长进行扫描是通过旋转光栅来实现的。通过光栅方程可以给出出射波长和光栅角度之间的关系(如图2所示) 2cos sin d m λψη=, (0.3) 图1光栅光谱仪示意图

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学(通信基础科学) 所在系(院)理学院 2017 年 3 月 14 日

光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上,因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上,衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转,从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围,确保衍射光无级次重叠,可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种,经过光栅衍射后,到达出射狭缝的光强一般都比较弱,因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器,它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成,并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时,由于光电效应,阴极发射电子,把微弱的光输入转换成光电子;这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦,光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极,产生二次电子,由于二次发射系数大于1,电子数得到倍增。以后,电子再经倍增系统逐级倍增,阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号,在负载电阻上以电压信号的形式输出。

CCD 是电荷耦合器件的简称,是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件,在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线,因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(Φ=90°)光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时,衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定,只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时,衍射角θ取+号,异侧时取-号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0,即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中,恰好满足v=0,即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的(图9.1a),光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰,没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比,可以采用锯齿型的反射光栅(又称闪耀光栅)。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样,多缝干涉条件只取决于光栅常数,与锯齿角度、形状

超声波测距实验报告

电子信息系统综合设计报告 超声波测距仪

目录 摘要 (3) 第一章绪论 (3) 1.1 设计要求 (3) 1.2 理论基础 (3) 1.3 系统概述 (4) 第二章方案论证 (4) 2.1 系统控制模块 (5) 2.2距离测量模块 (5) 2.3 温度测量模块 (5) 2.4 实时显示模块 (5) 2.5 蜂鸣报警模块 (6) 第三章硬件电路设计 (6) 3.1 超声波收发电路 (6) 3.2 温度测量电路 (7) 3.3 显示电路 (8) 3.4 蜂鸣器报警电路 (9) 第四章软件设计 (10) 第五章调试过程中遇到的问题及解决 (11) 5.1 画PCB及制作 (11) 5.2 焊接问题及解决 (11) 5.3 软件调试 (11) 实验总结 (13) 附件 (14) 元器件清单 (14) HC-SR04超声波测距模块说明书 (15) 电路原理图 (17) PCB图 (17) 程序 (18)

摘要 该系统是一个以单片机技术为核心,实现实时测量并显示距离的超声波测距系统。系统主要由超声波收发模块、温度补偿电路、LED显示电路、CPU处理电路、蜂鸣器报警电路等5部分组成。系统测量距离的原理是先通过单片机发出40KHz 方波串,然后检测超声波接收端是否接收到遇到障碍物反射的回波,同时测温装置检测环境温度。单片机利用收到回波所用的时间和温度补偿得到的声速计算出距离,显示当前距离与温度,按照不同阈值进行蜂鸣报警。由于超声波检测具有迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制的特点,并且在测量精度方面能达到工业实用的要求,因此在生产生活中得到广泛的应用,例如超声波探伤、液位测量、汽车倒车雷达等。 关键词:超声波测距温度测量单片机 LED数码管显示蜂鸣报警 第一章绪论 1.1设计要求 设计一个超声波测距仪,实现以下功能: (1)测量距离要求不低于2米; (2)测量精度±1cm; (3)超限蜂鸣器或语音报警。 1.2理论基础 一、超声波传感器基础知识 超声波传感器是利用晶体的压电效应和电致伸缩效应,将机械能与电能相互转换,并利用波的特性,实现对各种参量的测量。 超声波的传播速度与介质的密度和弹性特性有关,与环境条件也有关: 在气体中,超声波的传播速度与气体种类、压力及温度有关,在空气中传播速度为C=331.5+0.607t/0C (m/s) 式中,t为环境温度,单位为0C. 二、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号,其频率等于压电晶片的固有振荡频率时,压电晶片将会发生共振,并带动共振板振动,便产生超声波。反之,如果两电极间未外加电压,当共振板接收到超声波时,将压迫压电晶片作振动,将机械能转换为电信号,这时它就成为超声波接收器了。 三、超声波测距原理 由于超声波指向性强,能量消耗缓慢,在空气中传播的距离较远,因而超声波

光栅衍射实验报告

字体大小:大| 中| 小2007-11-05 17:31 - 阅读:4857 - 评论:6 南昌大学实验报告 --- ---实验日期: 20071019 学号:+++++++ 姓名:++++++ 班级:++++++ 实验名称:光栅衍射 实验目的:1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2.加深对分光计原理的理解。 3.用透射光栅测定光栅常数。 实验仪器:分光镜,平面透射光栅,低压汞灯(连镇流器) 实验原理: 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上

的刻痕起着不透光的作用,两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵,常用的是复制光栅和全息光栅。图1中的为刻痕的宽度, 为狭缝间宽度, 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。 图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图4载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射,所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜,在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为 (1) 出现明纹时需满足条件 (2) (2)式称为光栅方程,其中:为单色光波长;k为明纹级数。 由(2)式光栅方程,若波长已知,并能测出波长谱线对应的衍射角,则可以求出光栅常数d 。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长,则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角,从而在不同的位置上形成谱线,称为光栅谱线。对于低压汞灯,它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色1=435.8nm;绿色2=546.1nm;黄色两条3=577.0nm和4=579.1nm。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。 角色散率D(简称色散率)是两条谱线偏向角之差Δ两者波长之差Δ之比:

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验报告 字体大小:大|中|小2007-11-05 17:31 - 阅读:4857 - 评论:6 南昌大学实验报告 ------实验日期: 20071019 学号:+++++++ 姓名:++++++ 班级:++++++ 实验名称:光栅衍射 实验目的:1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2. 加深对分光计原理的理解。 3. 用透射光栅测定光栅常数。 实验仪器:分光镜,平面透射光栅,低压汞灯(连镇流器) 实验原理: 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其

示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上

,常用的是复制光栅和 的刻痕起着不透光的作用,两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵 全息光栅。图1中的为刻痕的宽度,为狭缝间宽度,为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹 数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。 图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路 图3光栅衍射光谱示意图图4载物台 当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时,根据夫琅和费衍射理论,在各狭缝处将发生衍射, 所有衍射之间又发生干涉,而这种干涉条纹是定域在无穷远处,为此在光栅后要加一个会聚透镜, 在用分光计观察光栅衍射条纹时,望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为 (1) 岀现明纹时需满足条件 (2) (2 )式称为光栅方程,其中:为单色光波长;k为明纹级数。 由(2 )式光栅方程,若波长已知,并能测岀波长谱线对应的衍射角,则可以求岀光栅常数 d。 在=0的方向上可观察到中央极强,称为零级谱线,其它谱线,则对称地分布在零级谱线的 两侧,如图3所示。 如果光源中包含几种不同波长,则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角,从而在不同 的位置上形成谱线,称为光栅谱线。对于低压汞灯,它的每一级光谱中有4条谱线: 紫色1=435.8nm; 绿色2=546.1 nm; 黄色两条3=577.0nm 和4=579.1 nm 。 衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。

超声实验实验报告

近代物理实验实验报告 超声实验 何昊东工物50 指导老师:王合英2017-3-9 【摘要】: 超声学是一门主要研究超声的产生方法和探测技术、超声在介质中的传播规律、 超声与物质的相互作用,包括在微观尺度的相互作用以及超声的众多应用的学科。本实验利用超声在介质中的传播规律测量了超声探头的延迟时间、横波在不同介质中传播的折射角和纵、横波在不同介质中的传播速度,并利用测量得到的传播速度求出了不同介质的弹性模量和泊松比。最后利用超声测距的原理模拟了超声水下勘测,了解了超声在水下勘测和医疗中的作用。 关键词: 超声水下勘测弹性模量 一、引言 超声的研究和发展与媒质中超声的产生和接收的研究密切相关。 自1883年人类首次制成超声气哨,这一类机械型超声换能器在不断改进后至今仍广泛地应用于流体媒质的超声应用当中。 20世纪初,随着电子学的发展人们发现了一些晶体材料的压电效应和磁致伸缩效应,1917年,法国人朗之万利用天然石英晶体制成了第一个夹心式超声换能器用来探查海底的潜艇。随着军事和国民经济各部门中超声应用的不断发展,又出现更大超声功率的磁致伸缩换能器,以及各种不同用途的电动型、电磁力型、静电型换能器等多种超声换能器。 随着材料科学的发展,机电耦合系数高、价格低廉、性能良好的压电陶瓷、人工压电单晶、压电半导体以及塑料压电薄膜等材料的出现使得产生和检测超声波的频率,由几十千赫提高到上千兆赫,波型也由单纯的纵波扩大为横波、扭转波、弯曲波、表面波等。超声学的一个发展方向便是不断的提高超声的频率,利用超高频超声声子来进行物质结构方面的等基础研究。 同时,近10年来随着计算机图像学的迅猛发展,超声由于其具有的对身体无创伤,机器技术门槛低,检查费用低廉等优势,超声诊断也随之发展起来,并被广泛地应用于工业机械探伤和医疗诊断方面。此外,超声洁牙器、超声洗碗机等产品也相继问世。超声技术已经

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验 系别 精仪系 班号 制33 姓名 李加华 学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日 教师评定____________ 一、0i =时,测定光栅常数和光波波长 光栅编号:___2____;?=仪___1’___;入射光方位10?=__7°6′__;20?=__187°2′__。 由衍射公式,入射角0i =时,有sin m d m ?λ=。 代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ?=19°2′,求得光栅常数 ()2546.13349sin sin 192/60m m nm d nm λ??= ==+? cot cot 2m m m d d ?????==?=? ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-????=+??=? ? ????? 445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --?=??=??= ()33492d nm =± 代入其它谱线对应的光波的衍射角,得 ()3349sin 2013/60sin 578.72 m nm d nm m ?λ?+?===黄1

()3349sin 209/60576.82 nm nm λ?+? = =黄2 ()3349sin 155/60435.72 nm nm λ?+?==紫 λ λ?== 578.70.4752nm nm λ?==黄1 576.80.4720nm nm λ?= =黄2 435.70.4220nm nm λ?==紫()578.70.5nm λ=±黄1,()576.80.5nm λ=±黄2,()435.70.4nm λ=±紫 由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近,但均有不同程度的偏小。由于实验中只有各个角度是测量值(给定的绿光波长与级数为准确值),而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差,观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。 二、150'i =?,测量波长较短的黄线的波长 光栅编号:___2____;光栅平面法线方位1n ?=__352°7′__;2n ?=__172°1′__。

超声波测距实验报告

目录 1、课题设计的目的和意义 (3) 2、课题要求 (3) 2.1、基本功能要求 (3) 2.2、提高要求 (4) 3、重要器件功能介绍 (4) 3.1、CX20106A红外线发射接收专用芯片 (4) 3.2、AT89C51系列单片机的功能特点 (5) 3.3、ISD1700优质语音录放电路 (6) 4、超声波测距原理 (8) 4.1、超声波测距原理图 (8) 4.2、超声波测距的基本原理 (9) 5、硬件系统设计 (10) 5.1、超声波发射单元 (10) 5.2、超声波接收单元 (11)

5.3、显示单元 (11) 5.4、语音单元 (12) 5.5、硬件设计中遇到的难题: (12) 6、系统软件设计 (14) 7、调试与分析 (15) 7.1调试 (15) 7.2误差分析 (15) 8、总结 (16) 9、附件 (17) 9.1、总电路 (17) 9.2、主要程序 (18) 10、参考文献 (22)

1课题设计的目的及意义 随着科学技术的快速发展,超声波在测距仪中的应用越来越广,但就目前技术水平而言,人们可以利用的测距技术还十分有限,因此,这是一个正在蓬勃发展而又有无限前景的技术及产业领域。展望未来,超声波测距作为一种新型的非常重要有用的工具在各方面都有很大的发展空间,它将朝着更加高定位高精度的方向发展,以满足日益发展的社会需求。如声纳的发展趋势:研究具体的高定位精度的被动测距声纳,以满足军事和渔业等的发展需求,实现远程的被动探测和识别。毋庸置疑,未来的超声波测距仪将与自动化智能化接轨,与其他的测距仪集成和融合,形成多测距仪。 超声波测距在某些场合有着显著的优点,因为这种方法是利用计算超声波在被测物体和超声波探头之间的传输来测量距离的,因此它是一种非接触式的测量,所以他就能够在某些场合或环境比较恶劣的环境下使用。比如测有毒或者有腐蚀性化学物质的液面高度或者高速公路上快速行驶汽车之间的距离。 随着测距仪的技术进步,测距仪将从具有单纯判断功能发展到具有学习功能,最注重发展到具有创造力。在新的时代,测距仪将发挥更大的作用。 2课题要求 以单片机AT89C51为中心控制单元,配以超声波发射、接收装置,实现超声波发射及接收其遇到障碍物发生反射形成的回波信号,并根据超声波在介质中的传播速度及超声波从发射到接收到回波的时间,计算出发射点距障碍物的距离,设计出一套基于单片机的脉冲反射式超声波测距系统,利用单片机进行操作控制,用数码管作输出显示,设计发射、接收、检测、显示硬件电路和测距系统软件。

A类超声实验

实验四、A 类 超 声 实 验 一、实验目的: ⒈超声波产生和发射机理。 ⒉用A 类超声实验仪测量水中声速、水层厚度。 ⒊用A 类超声实验仪测量固体厚度及超声无损探伤。 二、实验装置与材料 A 类超声实验仪主机(FD-UDE-A 型)、数字示波器(DS5022ME )、有机玻璃水箱、金属反射板、探头、游标卡尺、样品架(可放12个样品:铝、铁、铜、有机玻璃、冕玻璃和带缺陷的铝柱)。 三、实验原理 ⒈超声波的产生与接收 产生超声波的方法有很多种,应用最普遍的是压电法。压电法采用压电式换能器(探头),它是应用某些晶体的压电效应制成的。所谓(正)压电效应是指压 电晶片相对的两个表面受到压力 或拉力其厚度发生变化时,晶片 两表面上出现等量异号电荷的现 象。在一定范围内,受力越大产 生的电荷越多,当晶片受到变化 的压力和拉力交替作用时,晶片 两表面之间产生同样规律的电压 变化;反之当晶体两表面之间加 上交变的电压时,晶体的厚度将视电场的方向而变化,这种现象称为逆压电效应。当对压电晶片施加频率大于20KHZ 的交变电压(由高频振荡器产生),那么在交变电场的作用下,压电晶片将发生同频率的压缩和拉伸形变,即产生超声振动,该振动在弹性媒质中传播产生超声波。超声波就是频率高于20KHZ 并不引起声感的弹性波。其主要特性:频率高、波长短、方向性强,并与其他波动一样。 ⒉超声波的反射 当超声波从一种介质进入另一种介质时,在介质的交界面上也发生反射现象。反射波的强度I r 与入射波的强度I j 之比,决定于两种煤质的阻抗差: 2 2121?? ? ??+-=E E E E Ij Ir …………………(1) 式中E1=ρ1C1, E2 =ρ2C2 分别表示第一媒质和第二媒质的声阻抗(ρ1、ρ2和C1、C2 表示两种不同媒质的密度和超声波在两种介质中的传播速度)。 根据(1)式可知,两种媒质的阻抗差愈大,超声波在其分界面上的反射就愈强烈。 ⒊超声波测厚度及声速

光栅光谱仪的使用实验报告-董芊宇

实验报告 题目: 光栅光谱仪的使用 姓名董芊宇 学院理学院 专业应用物理学 班级2013214103 学号2013212835 班内序号22 2015年9 月

一. 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 二. 实验原理 1.闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(φ=90?)光栅衍射的一般特性。当入射角φ=90?时,衍射强度公式为 22 2 sin sin sin I u Nv A u v = ???? ? ????? (9.1) 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝干涉因子共同决定。只不过此时 ()sin sin a u π φθλ= + (9.2) ()sin sin d v πφθλ =+ (9.3) 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时,衍射角θ取+号,异侧时取-号,单缝衍射中央主 极大的条件是0u =,即sin sin φθ=-或?θ=-。将此条件代入到多缝干涉因子中,恰好满足0v =,即0级干涉最大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0级最大位置是重合的,光栅衍射强度最大的峰是个波长均不发生散射的0级衍射峰,没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比,可以采用锯齿形的反射光栅(又称闪耀光栅)。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”,与平面光栅一样,多缝干涉条件只取决于光栅常数,与锯齿角度、形状无关。所以当光栅常数及入射角与平面光栅一样时,两者0级极大的角度也一样。闪耀光栅的沟槽斜面相当于单缝,衍射条件与锯齿面法线有关。中央极大的衍射方向与入射线对称于齿面法线N ,于是造成衍射极大与0级干涉极大方向不一致。适当调整光栅参数,可以使光栅衍射的某一波长最强峰发生在1级或其他高级干涉极大的位置。 2.非平衡光辐射(发光) 处于激发态上的电子处于非平衡态。它向低能级跃迁时就会发光。设电子跃迁1 E 和0E ,发 射光子的能量为 10hc hv E E E λ ==-=? (9.4) 电子受光辐射激发到高能态上导致的发光成为光致发光。光致发光时,电子在不同能级间跃迁常见如下情况。 (1) 电子受光辐射激发,然后以无辐射情况跃迁到低能级。(无发射跃迁释放的能量转化成热能

光栅常数的实验报告

得分教师签名批改日期 一、实验设计方案 1、实验目的 1.1、了解光栅的分光特性; 1.2、掌握什么是光栅常数以及求光栅常数的基本原理与公式; 1.3、掌握一种测量光栅常数的方法。 2、实验原理 2.1、测量光栅常数 光栅是由许多等宽度a(透光部分)、等间距b(不透光部分)的平行缝组成 的一种分光元件。当波长为λ的单色光垂直照射在光栅面上时,则透过各狭缝的 光线因衍射将向各方向传播,经透镜会聚后相互干涉,并在透镜焦平面上形成一 系列间距不同的明条纹。根据夫琅和费衍射理论,衍射光谱中明条纹的位置由下 式决定: (a+b)sinφk=kλ(k=0,±1,±2,…)(2.1.1) 式中a+b=d称为光栅常数,k为光谱级数,φk为第k级谱线的衍射角。见图2.1.2, k=0对应于φ=0,称为中央明条纹,其它级数的谱线对称分布在零级谱线的两侧。 如果入射光不是单色光,则由式(2.1.1)可知,λ不同,φk也各不相同, 于是将复色光分解。而在中央k=0,φk=0处,各色光仍然重叠在一起,组成中 央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布k=1,2,…级光谱线,各级谱线都按波 长由小到大,依次排列成一组彩色谱线,如图2.1.2所示。 根据式(2.1.1),如能测出各种波长谱线的衍射角φk,则从已知波长λ的大 小,可以算出光栅常数d; 反之,已知光栅常数d, 则可以算出波长λ。本试 验则是已知波长λ求光 栅常数。 2.2、注意事项 2.2.1、光源必须垂直 入射光栅,否则会引起较 大的误差。 2.2.2、所有装置尽量 处于同一水平面上,这样 才能发生明显的衍射。 图2.1.2 光栅衍射谱

超声实验报告

实验名称:超声实验 摘要:本实验通过使用一台数字智能化的“超声波分析测试仪”,利用超声波的特性测量其纵波和横波在钢和铝中的波速,进而计算固体介质常用参数,并利用利用超声扫描成像进行水下模拟观测。 一、实验目的 1.了解超声波产生和发射的机理; 2.了解超声探头的结构及作用; 3.学习用超声法来测量固体介质常用参数的方法; 4.学习超声扫描成像技术的应用。 二、实验原理 1.超声波的发射和接收 超声波换能器是使其他形式的能量转换成超声能量(称发射换能器)或使超声能量转换成其他易于检测的能量(称接收换能器),其中应用最多的是声电、电声换能器:当一个电脉冲作用到探头上时,探头就发射超声脉冲,反之,当一个超声脉冲作用到探头上时,探头就产生一个电脉冲。有了探头,再配上电信号的产生和接收等装置,就构成了整套超声波检测系统。 产生超声波的方法有很多种,如热学法、力学法、静电法、电磁法、磁致伸缩法、激光法以及压电法等等,但应用得最普遍的方法是压电法。 1). 压电效应 某些介电体在机械压力的作用下会发生形变,使得介电体内正负电荷中心相对位移以致介电体两端表面出现符号相反的束缚电荷,其电荷密度与压力成正比,这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应,如1(a )所示。 (a) (b) 图1 压电效应示意图 (a)正压电效应 (b)逆压电效应 反之,如果将具有压电效应的介电体置于外电场中,电场会使介质内部正负电荷中心位移,从而导致介电体产生形变,这种由“电”产生“机械形变”的现象称为逆压电效应,如图1(b )所示。逆压电效应只产生于介电体,形变与外电场呈线性关系,且随外电场反向而改变符号。 如果对具有压电效应的材料施加交变电压,那么它在交变电场的作用下将发生交替的压缩和拉伸形变,由此而产生了振动,并且振动的频率与所施加的交变电压的频率相同,若所施加的电频率在超声波频率范围内,则所产生的振动是超声频的振动,即超声波的产生。我们把这种振动耦合到弹性介质中去,那么在弹性介质中传播的波即为超声波,这利用的是逆

2020年光栅衍射实验报告范文

实验时间2019 年 月 日签到序号 【进入实验室后填写】 福州大学 【实验七】 光栅的衍射 (206 实验室) 学学院 班班级 学学号 姓姓名 实验前必须完成【实验预习部分】 登录下载预习资料 携带学生证提前 10 分钟进实验室 实验预习部分【实验目的】 】 【实验仪器】( 名称、规格或型号) 【实验原理】(文字叙述、主要公式、衍射的原理图)实验预习部分【实验步骤和注意事项】 】 实验预习部分

一、 巩固分光计的结构(P 197 ,图25-10 ) 载物台 6 7 25 望远镜11 12 15 16 17 平行光管2 27 调节分光计,要求达到(验调节步骤参阅实验25 ) ⑴⑴望远镜聚焦于无穷远,且其光轴与仪器转轴垂直。 ⑵⑵平行光管产生平行光,且其光轴与望远镜光轴同轴等高,狭缝为宽度在望远镜视场中约为1 mm (狭缝宽度不当应由教师调节) 二、光栅位置的调节 1 、光栅平面与平行光管轴线垂直 ①①转动望远镜使竖直叉丝对准 。 ,然后固定望远镜位置。 ②放置光栅时光栅面要垂直

。 ③③调节 螺丝直到望远镜中看到光栅面反射回来的绿色十字叉丝像与 重合。 2 、光栅上狭缝与仪器转轴平行。 松开望远镜止动螺钉,向左(或向右)转动望远镜,观察各谱线,调节被螺丝使各谱线都被分划板视场中央的水平叉丝平分。 3 、反复调节直到1 和2 两个要求同时满足! 数据记录与处理【一】测定光栅常数 测出第一级绿光谱线的衍射角 绿=541 nm k=1 置望远镜位置 T 1 置望远镜位置 T 2 1 1 2 2 2 1 2 1 1- -41 1′= rad) (弧度) 10sin 绿 kd

光栅光谱仪实验报告

光栅光谱仪的使用 学号2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学(通信基础科学)所在系(院)理学院 2017 年3 月14 日

光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1. 了解光栅光谱仪的工作原理。 2. 学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上,因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上,衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转,从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围,确保衍射光无级次重叠,可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种,经过光栅衍射后,到达出射狭缝的光强一般都比较弱,因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。

2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器,它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成,并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时,由于光电效应,阴极发射电子,把微弱的光输入转换成光电子;这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦,光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极,产生二次电子,由于二次发射系数大于1,电子数得到倍增。以后,电子再经倍增系统逐级倍增,阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号,在负载电阻上以电压信号的形式输出。 CCD 是电荷耦合器件的简称,是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件,在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线,因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中,我们了解了垂直入射时(Φ=90°)光栅衍射的一般特性。当入射角

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