气垫导轨上测重力加速度实验中系统误差的修正

滑块在倾斜导轨上运动时,其加速度可按下式求得式中vA及vB分别表示滑块上的挡光片通过光电门 A和 B的速度,如果挡光片的宽度为 S,测得通过光电门的时间分别为△tA及△tB,则 是滑块从光电门A运 动到光电门B的时间,如图1所示.重力加速度g可根据导轨的倾斜度按下式求得式中L为导轨三足之间的垂直距离,　h为导轨一足自水平位置被垫高的高度. 在气垫导轨实验中,尽管由于气垫的漂浮作用,便容易引起实验误差的摩擦因素大大减小;在时间测量上,采用了精度极高的光电计时方法,但g的测量值仍和当地重力加速度的公认值相差较大,其百分差往往超过5%.…     

气轨法验证动量守恒定律实验中影响因素的探讨

动量守恒定律是最早发现的一条守恒定律,也是自然界中最重要、最普遍的客观规律之一.在用气垫导轨来验证动量守恒实验过程中发现光电门位置,以及两滑块的质量,导轨调平等因素对实验的结果有不小的影响,从实验测量的角度分析这些因素对实验的影响,测量结果表明在S2>7 cm时,动量损失率和能量损失率随着两光电门之间距离的增大而有所减小.选择两光电门之间距离为10~20 cm,滑块质量m1略大于或等于m2时,有不错的实验效果.     

条形挡光片测速的误差分析及修正方法

在利用气垫导轨装置及配件进行的各类实验中,速度作为一个基本的待测量,其准确测量有着重要的意义.通常利用MUJ-6B通用计数器记录不同类型挡光片经过光电门的遮光时间,用游标卡尺测得遮光距离从而得到速度值.本文从光电计时原理分析了使用U形挡光片、计时方式2不会出现系统误差,而使用条形挡光片、计时方式1会出现较大系统误差的原因.我们进一步利用气垫导轨上两弹簧连接滑块做简谐振动模型的理论公式推导出条形挡光片遮光时被光电门"吞掉"的宽度,进而得到了速度的修正公式.此外,通过气垫导轨上的动量守恒实验从另外一个角度验证了速度修正方法的正确性.     

平均速度近似为瞬时速度造成系统误差的多方法研究——以倾斜气垫导轨法测量重力加速度实验设计为例

匀变速直线运动加速度计算公式应用中，最基本的物理观念是几个物理量之间存在着“一一对应”关系。在倾斜气垫导轨法测量重力加速度实验中，滑块运动的瞬时速度无法准确测量，只能用平均速度代替，造成了公式应用中要求的物理量之间的“一一对应”关系被破坏，产生了无法克服的系统误差。本文设计了匀加速和匀减速直线运动两种实验情境，分别用控制变量法、数学解析法和图像法等多种方法研究了不同实验情境的系统误差，将系统误差分析与物理观念构建建立了联系，分析了挡光片宽度d、加速情境滑块静止释放时离第一个光电门的距离L、减速情境滑块静止时离第二个光电门距离M、两光电门间距S和气垫导轨倾角θ等参量对该系统误差的影响，研究表明：d、S、L或W参量对该系统误差都有影响；d值的大小是造成该系统误差的主要因素；θ参量无影响；应用公式(1)计算重力加速度值更精确。     

在气轨上测定空气粘滞系数

在大学物理实验教学中，利用气垫导轨的测量大都忽略了滑块的运动阻力．但事实上，滑块运动过程中受到的阻力往往会给结果带来较大误差．这其中最主要的是空气粘滞阻力．本文从这一事实出发，通过求解滑块的运动方程，推导出测量空气粘滞系数7的实验公式．测量装置如图所示，将气轨的一端垫高h，令滑块从人端自由下滑．滑块在运动过程中除了受到下滑力mgsino作用外，还要受到阻力的作用，假定其大小为则滑块的运动方程为由此可得其中t—0时，v—v。，q—a／。v。、v分别为沿块通过两光电门时的速度，t为滑块经过两光电门之间的距离所用的时…     

气轨实验中单平板型遮光片有效遮光宽度的探讨

气垫导轨有效地克服了摩擦阻力,是进行运动学及动力学实验的一种理想装置。光电门计时方法具有自动计时、数字显示的优点,因此被广泛用于气轨实验中。日前,用光电门计时测量滑块速度又分为两种方法,一是用单平板型遮光片(下称单片)遮光,配合毫秒计S_1档计时;二是用U型遮光片(或称双片)遮光S_2     

微电脑多功能光电计时仪

一、概述本文介绍应用8253芯片在APPLE-Ⅱ微机管理下建立一个多功能的存贮式光电计时仪。其特点是:不仅具有连续测量和储存大量数据的功能,而且在硬件设计上既可同时使用多个光电门,又可以在只用一个光电门时,一次性地详细记录物体运动中位置、     

光电门验证机械能守恒定律的误差修正

利用光电门验证机械能守恒定律的实验中,瞬时速度测量的准确性是决定实验成功的关键.文章通过对光电计时器的计时原理深入分析,提出两种测量"有效遮光宽度"的方法,提高光电门测量瞬时速度的精确度,对光电门验证机械能守恒定律的实验进行误差修正.     

在气轨实验中光电门引起的计时随机误差

气轨实验装置的特点是摩擦阻力低。人们有理由期望用它来完成较为精确的教学实验。然而实际情况并不总是理想的,有时实验误差太大。原因可能是多方面的:气轨不平直、气压不稳、计时仪不准等。但从我们的经验看,在许多情况下,往往却是光电门计时误差成为实验误差的主要来源。光电门是光电转换机构的俗称,一般由光源和光电二极管组成。平时,二极管处于受光照(低阻)状态。当运动着的滑块通过光电门时,其挡光杆两次遮光而使二极管接连两次转为高阻状态。经一系列电路变换后,得到两个加到计时仪控制电路上的电脉冲,分别用于启     

用改进的落体法测量重力加速度

提出了一种改进的测量重力加速度的自由落体方法,该方法只采用一组光电门,下落距离由精密加工在落体上的缺口控制并被光电门感知。通过理论计算表明:在理想状态下,(1)初速度越小,重力加速度g的测量结果的相对不确定度越小;(2)g的测量结果的相对不确定度随距离s_2的增大而减小;(3)在s_2固定条件下,s_1取s_2的五分之一至三分之一范围内时,g的相对不确定度较小。本方法的测量结果与当地标准值的相对偏差小于0.2%,测量精度比较高。     

一种测量大面积激光束光强分布的复合阵列

针对大面积高能激光束时空分布参数测量的需要,研究了量热和光电法综合测量激光束时空分布的方法。采用现场实时定标技术有效地解决了两类数据融合问题,研制了量热光电复合阵列测量系统。该复合阵列主要由256路量热探测单元、120路光电探测单元、多通道数据采集模块和数据分析处理模块等部分组成,具有量热型探头测量绝对激光能量准确、光电探测器测量时间分辨率高等优点,实现了大面积高能激光束光强分布时间和空间的绝对测量。     

单摆测重力加速度实验的改进

在单摆测重力加速度实验中,很难对摆长进行非常精确的测量,在较好的测量条件下其测量精度一般也只能达到毫米量级,所测得重力加速度的相对误差一般在1%左右.针对这一问题,本文通过对单摆实验装置进行改进,利用与摆线连接在一起的游标卡尺精确测量摆长的改变量而不直接测量单摆摆长,可将测量精度提高到0.02毫米.同时利用光电门测量摆球摆动周期,并对不同的摆线材质和直径进行了对比实验和分析,在最佳条件下可将重力加速度的测量误差控制在0.1%以内.     

快速、高精度可见光-近红外透射光谱测量技术研究

基于传统分光光度测量方法的构架,提出了一种快速、高精度测量可见光-近红外透射光谱的新方法,在该方法的测量过程中,光栅单色器的出射波长保持匀速的连续变化,同时参考光探测器和测试光探测器保持连续的光强采集。初步实验研究表明,新方法可把测量耗时降低到传统分光光度法所需时间的50%以下,测量得到的透射光谱与传统分光光度法的相对误差为0.070%,三次重复性测量的统计误差为0.042%。与现有常见可见光-近红外透射光谱的测量方法(分光光度法、CCD光谱仪法、傅里叶变换光谱仪法)相比,新方法同时具有以下优点：(1)有望显著提高可见光-近红外透射光谱的测量速度,从而应用于透射光谱的动态测量环境中;(2)具有较高的测量精度(0.1%～0.3%);(3)在测量过程中,系统的机械部件始终保持匀速的运动状态,测试系统因而具有较高的机械稳定性。     

基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究

调频连续波激光测距方法可以实现高精度的大尺寸绝对距离测量, 且测量过程无需合作目标, 在大空间坐标精密测量领域有很高的研究价值. 而如何提高测量分辨率和实用化一直是近年来调频连续波激光绝对测距研究的热点. 本文研究了调频连续波激光测距的原理, 基于双光路调频连续波激光测距系统, 提出了通过信号拼接提高测量分辨率的信号处理优化方案, 该方案可以提高测距分辨率, 且可以降低对激光器的性能要求; 提出了可实现高速测量的简易测量方法. 设计加工了双光路光纤调频连续波激光测距系统, 利用该系统进行了测距分辨率及测距误差标定实验, 实验结果表明: 优化方案可以有效地提高测量分辨率和测量效率, 在26 m测量范围内, 测距分辨率达到了50 μm, 测距误差不超过100 μm; 快速测量方案有较高实用价值.     

A simple roll measurement method based on a rectangular-prism

A novel roll measurement method based on a rectangular-prism is presented. A collimated beam is normally incident upon a rectangular-prism with splitting film, and it is divided into two parts, the reflected and the transmitted beams. The displacements of the reflected and the transmitted beams are measured by two quadrant photoelectric detectors QD₁ and QD₂, respectively. The displacement change in the y-axis caused by roll can be measured with differential measurements from two quadrant photoelectric detectors. Theoretic analyses show that the crosstalk of straightness errors and yaw errors are avoided, and the crosstalk of the pitch α can be neglected by adopting differential measurements because the direction changes of the reflected and the transmitted beams are both double the changes of pitch. In this way, the stability for the roll measurement can be greatly enhanced. The systemic model is established and the feasibility of such a system is verified by theoretical analysis and experiments. The resolution of 0.3″ and measurement accuracy of 2″ can be obtained by the set-up measurement system.     

光纤干涉测距中的量程倍增系统

利用光纤传感技术,实现了一种可以测量１ｍ以上的绝对距离的光纤干涉测距的倍增系统。它主要采用两个干涉仪,分别对靶标进行定位及对光程进行调谐和对距离进行测量,通过引入已精确标定的光纤,利用短导轨,实现了高精度、大距离的测量。     

准同心广义经纬相机的成像模型及高精度标定

对于大尺度运动目标的参数测量,固定相机存在着视场与空间分辨率之间的矛盾,并且当测量空中或海上目标时相机的标定也十分困难。跟踪式相机(如光电经纬仪)能解决此问题,但存在体积大、成本高和操作复杂等缺点。结合两者特点取长补短,将相机固定在二维旋转平台上,尽可能实现同心放置,组成准同心广义经纬相机进行中远场高精度测量,测量过程中转台实时跟踪目标并为相机提供外参数。此方法并没有光电经纬仪非常严格的同心同轴的安装要求。在合理假设基础上建立了经纬相机成像模型,提出了线性求解及平差优化相机参数的方法。大量仿真与实际测量验证了模型和标定方法的正确性和高精度。广义经纬相机测量系统组合巧妙、装拆和操作简单、体积小、成本低、可全视场测量且测量精度高,有广泛且重要的应用前景。     

高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法.随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用.对激光三角位移测量系统进行概述和讨论.根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式.分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较.最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势.     

基于姿态测量的光电桅杆侦察方法

描述了一种用于桅杆式光电系统的侦察定位方法,采用单一陀螺和双轴倾角传感器组合,替代三轴正交的陀螺仪,对光电设备进行姿态测量;结合惯性导航设备获得的大地北向、激光测距机获得的目标相对距离、卫星定位设备获得的本地坐标,通过坐标系转换,能够准确获得目标的大地坐标。试验结果表明:通过该方法获得的系统定向精度达到0.3 mil,目标的定位精度优于10 m(CEP)。     

Distance sensing using dynamic speckles formed by micro-electro-mechanical-systems deflector

We present a novel architecture of dynamic-speckles distance sensors with a micro-electro-mechanical system (MEMS) deflecting mirror for surface scanning. Since the MEMS mirror deflects the beam sinusoidally, the speed of scanning varies during the scan leading to sufficient variations in the signal frequency which is used to evaluate the distance to the object. Nevertheless, this feature does not affect the accuracy of range measurements when the distance is estimated from zero-crossing counts of the signal during a specially chosen time window within the scan. Experimental results indicate that a single 1 ms scan yields 70 μm accuracy of distance measurement. Averaging data from multiple scans of different surface areas during a 1-s measurement can provide approximately 2 mm of accuracy. Precision of the measurements can be further improved by optimization of the optical system. The compactness of the MEMS deflector and simplicity of the suggested signal processing provides a good basis for practical applications of this distance sensor.