[实用新型]一种使用激光的光杠杆装置

说明书

所属领域  本实用新型涉及将微小的高度(长度)变化量通过光路放大后进行测量的仪器装置，尤其是使用于物理实验的仪器装置。

背景技术  现有光杠杆装置一般由全反射平面镜、尺读望远镜，刻度尺等构成。测量微小高度(长度)变化量的原理如图1所示。平面镜的前足搁于一个固定不动的平台，后足则搁于另一个高度可以升降的平台，前后足之间距离为D。假定平面镜的法线和望远镜光轴在同一直线上，且望远镜光轴和刻度尺垂直，刻度尺上a点发出的光线经过平面镜反射进入望远镜，可在望远镜中十字叉丝处读到a点的刻度，设为H₀。若平面镜的后足升降一个微小的高度Δh，引起平面镜及其法线转过角度根据反射定律，反射光线则转过角度此时在望远镜十字叉丝处见到尺上b点的像，设刻度为H₁。

因Δh很小，且Δh＜＜D，因此亦很小，故有

设平面镜镜面到刻度尺尺面的距离为s，因H₁-H₀＜＜s，则有

(1)(2)式中消去有

2ΔhD=H1-H0s]]>

令ΔH＝H₁-H₀，有

Δh=D2sΔH---(3)]]>

由(3)式可见，利用光杠杆装置测量微小高度(长度)变化量的实质是：将微小高度(长度)的变化量Δh经光杠杆装置转变为微小角度的变化再经尺读望远镜转变为刻度尺上较大的读数变化量ΔH。通过测量ΔH，实现对微小高度(长度)变化量Δh的测量。这样不但可以提高测量的准确度，而且可以实现非接触测量。2s/D称为光杠杆的放大倍数。增大s，减小D，光杠杆的放大倍数增大。但预置过大的s，过小的D，系统的抗干扰性能变差。因此，实际测量时一般选取s≈1.50m，D≈7cm左右，光杠杆的放大倍数可达40倍。

现有光杠杆装置的不足之处：1、由于所测高度(长度)变化量Δh的数值往往极小，放大倍数仍嫌不足。2、光路的调节比较烦杂。3、测试场所自然光照不充足时，需要额外的照明。

发明内容  采用激光器可以为解决以上问题提供一种有效途径，但由于激光器投射到刻度尺上的光斑的边缘不清晰，因此需要提供一种测定光斑位置的低成本的方法。本实用新型通过一种简单方法确定激光器在刻度尺上投射的光斑位置的刻度，从而使光杠杆装置中可以很方便地采用激光器，成倍地增大s值，大幅度提高放大倍数。同时也使装置的光路调节变得十分简便。并使平面反射镜的反射面可以使用更牢固更便宜的不透明材料。整个装置的生产成本也大幅度下降。

本实用新型提供的光杠杆装置由半导体激光器，平面反射镜、刻度尺、读数板等构成，所依据的对微小高度(长度)的变化量进行放大后测量的原理不变。激光器射出一束激光，经处于竖直状态的平面镜反射后，在远处的刻度尺上投射出一个光斑。调节激光器，使激光器出射点的高度，与其在直尺上的光斑的高度相同。当所测物体的高度(长度)发生微小变化Δh，同时使平面镜后足位置也升降Δh，改变了平面镜反射角，从而使刻度尺上的光班位置发生相应的移动。测出光斑位置的改变量。即可依公式(3)计算出Δh的数值。