一种可适用于校准石英电子秒表日差的装置和实验方法与流程

本发明属于秒表检测技术领域，具体是一种可适用于校准石英电子秒表日差的装置和实验方法。

背景技术：

时间是自然界中最重要的参量之一，随着计量技术的进步，时间间隔的测量被广泛应用于生产、生活的方方面面，计时方式也是日新月异，种类繁多。因此，时间间隔的计量也是各计量技术机构必不可少的检测项目。

大部分计时器的计时基准来源自内部的石英晶振，普通非控温的石英晶振稳定度可以达到10^-6数量级，其对测量的要求很高。现阶段，对时间频率类仪器通常都要求检测内部晶振的准确度、稳定度等指标。对于有时标输出的时间频率类仪器来说，检测过程相对容易。而对于很多没有时标输出接口的时间频率类仪器仪表来说，检测过程较困难，只能选择借助其他的装置或方法来进行间接的测量。石英电子秒表定义的日差参数是一种计量检测准确度的表示，在《jjg237-2010秒表检定规程》中，要求在电子秒表首检中需要进行日差检测。现有技术中，推荐采用日差校验仪进行日差的检定，但是由于传统日差校验仪采用电磁感应的方式进行检测作业，容易被干扰，且操作过程十分的不便，同时，仪器成本较高，因而，大部分秒表建标的时候，都没有采用日差校验仪进行准确度的检测，而是选择了规程上走时1天的检定方式进行检测，这种方式及其耗时，在实际操作过程中，除非必须，一般的秒表检定都尽量回避日差的检定。

综上所述，现有的检测设备在测试精度、操作的便利性、制造成本和耗时性等方面都较差，无法满足实际的检测需求，并不能有效地对石英电子秒表的日差进行检定。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种可适用于校准石英电子秒表日差的装置和实验方法，该装置测试精度高、操作过程方便、制造成本低，且耗时短，可快速有效的完成日差的检定；该方法步骤简单，检测过程方便，可以快速推算出计时仪器的计时误差和日差。

为了实现上述目的，本发明提供了一种可适用于校准石英电子秒表日差的装置，包括不透光的壳体、光学成像组件、光电采样单元和多个补光照明灯；所述光学成像组件包括同轴心设置的观察屏、光阑、透镜和调焦套筒；

所述壳体由同轴心设置的上筒形壳体和下筒形壳体组成；

所述上筒形壳体包括上下同轴心设置的大径段和小径段，大径段和小径段的内部分别开设有同轴心设置的大圆柱形内腔和小圆柱形内腔，大圆柱形内腔的上端和小圆柱形内腔的下端分别延伸到大径段的上端面和小径段的下端面，大圆柱形内腔的下端和小圆柱形内腔的上端通过开设在大径段和小径段连接处的倒置锥台形内腔相连通；

所述大径段的上端开设有安装槽口，并于安装槽口处盖合的设置有不透光的观察盖板；所述小径段的外圆面设置有外螺纹结构；所述观察屏和光阑同轴心的安装在大圆柱形内腔的上部和下端；所述透镜安装在小圆柱形内腔中；

所述光电采样单元为两只光电转换器件，设置在观察屏的中心区域中，用于对被测物的发光信号进行采样；

所述下筒形壳体的内部设置有圆柱形容纳腔，并于其上端中心开设有连通圆柱形容纳腔和外部的连通孔；

所述调焦套筒的下端固定插装于连通孔中，其内部设置有内螺纹结构；调焦套筒通过螺纹配合连接在小径段的外部；

多个补光照明灯均安装在圆柱形容纳腔的顶部，且环绕连通孔均匀的分布。

本发明中，通过在上筒形壳体内部由上到下的依次间隔的设置有观察屏、光阑和透镜，能便于将安装在下筒形壳体中的被测物上的图像依次通过透镜和光阑投射到观察屏上，壳体采用不透光材料制成，能避免外界光的干扰，从而可以提高检测的准确性。观察屏上设置有光电采样单元，可以便于自动化的对被测物上的图像进行采样。上筒形壳体顶部设置的安装槽口和设置在安装槽口中的不透光观察盖板的设置，可以在打开后便于检测人员的进行调整，也能在关闭后便于提高光电采样单元采样的准确性。通过小径段与调焦套筒的螺纹配合能调整上筒形壳体和下筒形壳体的相对距离，进而可以调整焦距，便于被测物上的发光图像更清晰的投射到观察屏上，从而能进一步提高人工直读和自动化检测过程的准确性。该装置可以同时便于人工直读和自动化的检测作业，其测试精度高、操作过程方便、制造成本低，且耗时短，可快速有效的完成日差的检定。

进一步，为了提高采样的准确性，两只光电转换器件采用桥式电路连接。

进一步，为了便于自动化的统计出日差计时误差，还包括与光电采样单元连接的处理单元，所述处理单元用于对光电采样单元的采集信号进行处理。

本发明还提供了一种可适用于校准石英电子秒表日差的实验方法，步骤如下：

步骤1：将被测物放置在圆柱形容纳腔底部的中心，并使其显示面朝向连通孔的方向；

步骤2：将光电采样单元安装在观察屏的中心区域中，并将观察屏安装在大圆柱形内腔的上部；将光阑和透镜分别安装在大圆柱形内腔的下端和小圆柱形内腔的中部；

步骤3：通过调焦套筒和小径段之间的螺纹配合来连接上筒形壳体和下筒形壳体；

步骤4：打开补光照明灯，对被测物进行补光；

步骤5：通过调焦套筒和小径段之间的螺纹配合来调节上筒形壳体和下筒形壳体之间的距离，并通过大圆柱形内腔的上开口端进行观察，直至被测物的图像清晰投射到观察屏上；进行步骤6或步骤7；

步骤6：通过人工调节被测物的相对位置，使光电采样单元的两只光电转换器件分别对准显示字符的指定位置和空白区上；

步骤7：在安装槽口处盖合观察盖板，通过光电采样单元对被测物的图像进行发光信号的采集，并通过处理单元对发光信号的明暗变化周期进行计算，以获得秒表的计时误差或日差。

在步骤7中，处理单元在接收到发光信号时，对发光信号进行亮度补偿，通过差分电路对亮度信号的差异进行放大，最后整形并以方波的形式输出检测到的字符信号。

本方法步骤简单，检测过程方便，检测精度高，即可以便于通过人工直读的方式进行检测，也可以便于自动化的进行检测，同时，可以快速推算出计时仪器的计时误差和日差。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中被测物的数码管的结构示意图；

图3是本发明中被测物的数码管段式显示数字的示意图；

图4是本发明中被测物的数码管点式显示数字的示意图。

图中：1、安装槽口，2、观察盖板，3、观察屏，4、光电采样单元，5、光阑，6、调焦套筒，7、透镜，8、补光照明灯，9、被测物，10、上筒形壳体，11、下筒形壳体，12、大径段，13、小径段，14、大圆柱内腔，15、小圆柱形内腔，16、倒置锥台型内腔，17、圆柱形容纳腔，18、连通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本发明中的一种可适用于校准石英电子秒表日差的装置，包括不透光的壳体、光学成像组件、光电采样单元4和多个补光照明灯8；所述光学成像组件包括同轴心设置的观察屏3、光阑5、透镜7和调焦套筒6；

所述壳体由同轴心设置的上筒形壳体10和下筒形壳体11组成；

所述上筒形壳体10包括上下同轴心设置的大径段12和小径段13，大径段12和小径段13的内部分别开设有同轴心设置的大圆柱形内腔14和小圆柱形内腔15，大圆柱形内腔14的上端和小圆柱形内腔15的下端分别延伸到大径段12的上端面和小径段13的下端面，大圆柱形内腔14的下端和小圆柱形内腔15的上端通过开设在大径段12和小径段13连接处的倒置锥台形内腔16相连通；

所述大径段12的上端开设有安装槽口1，并于安装槽口1处盖合的设置有不透光的观察盖板2；所述小径段13的外圆面设置有外螺纹结构；所述观察屏3和光阑5同轴心的安装在大圆柱形内腔14的上部和下端；所述透镜7安装在小圆柱形内腔15中；

所述光电采样单元4为两只光电转换器件，设置在观察屏3的中心区域中，用于对被测物9的发光信号进行采样；

所述下筒形壳体11的内部设置有圆柱形容纳腔17，并于其上端中心开设有连通圆柱形容纳腔17和外部的连通孔18；作为一种优选，容纳腔17为圆柱形，当然也可以为方形或其他形状。

所述调焦套筒6的下端固定插装于连通孔18中，其内部设置有内螺纹结构；调焦套筒6通过螺纹配合连接在小径段13的外部；

多个补光照明灯8均安装在圆柱形容纳腔17的顶部，且环绕连通孔18均匀的分布。目前广泛使用的数字计时器，如电子秒表、时间继电器、计时器和定时器等，均采用了段式或点阵的液晶或发光二极管(led)，通过点或段的明灭来显示数字和字符。段式显示器一般都是7段，分别是a～g段，显示0～9时，其结构图如图2所示.

一般的简单计时器，显示屏上的数字，每一位都是0～9或9～0依次跳变的，如图3或图4所示。通过监视这些字段的变化周期，就可以较为准确地测量这个位的循环周期，就可以推算出计时仪器的计时误差和日差。

通过在上筒形壳体内部由上到下的依次间隔的设置有观察屏、光阑和透镜，能便于将安装在下筒形壳体中的被测物上的发光图像依次通过透镜和光阑投射到观察屏上，壳体采用不透光材料制成，能避免外界光的干扰，从而可以提高检测的准确性。观察屏上设置有光电采样单元，可以便于自动化的对被测物的图像进行采样。上筒形壳体顶部设置的安装槽口和设置在安装槽口中的不透光观察盖板的设置，可以在打开后便于检测人员的进行调整，也能在关闭后便于提高光电采样单元采样的准确性。通过小径段与调焦套筒的螺纹配合能调整上筒形壳体和下筒形壳体的相对距离，进而可以调整焦距，便于被测物上的发光图像更清晰的投射到观察屏上，从而能进一步提高人工直读和自动化检测过程的准确性。该装置可以同时便于人工直读和自动化的检测作业，其测试精度高、操作过程方便、制造成本低，且耗时短，可快速有效的完成日差的检定。

为了提高采样的准确性，两只光电转换器件采用桥式电路连接，以形成共模补偿关系。

为了便于自动化的统计出日差计时误差，还包括与光电采样单元4连接的处理单元，所述处理单元用于对光电采样单元4的采集信号进行处理。作为一种优选,所述处理单元由依次连接的亮度补偿模块、字符检测模块和整形输出模块组成。

本发明还提供了一种可适用于校准石英电子秒表日差的实验方法，步骤如下：

步骤1：将被测物9放置在圆柱形容纳腔17底部的中心，并使其显示面朝向连通孔18的方向；

步骤2：将光电采样单元4安装在观察屏3的中心区域中，并将观察屏3安装在大圆柱形内腔14的上部；将光阑5和透镜7分别安装在大圆柱形内腔14的下端和小圆柱形内腔15的中部；

步骤3：通过调焦套筒6和小径段13之间的螺纹配合来连接上筒形壳体10和下筒形壳体11；

步骤4：打开补光照明灯8，对被测物9进行补光；

步骤5：通过调焦套筒6和小径段13之间的螺纹配合来调节上筒形壳体10和下筒形壳体11之间的距离，并通过大圆柱形内腔14的上开口端进行观察，直至被测物9的图像清晰投射到观察屏3上；进行步骤6或步骤7；

步骤6：通过人工调节被测物9的相对位置，使光电采样单元4的两只光电转换器件分别对准显示字符的指定位置和空白区上；

步骤7：在安装槽口1处盖合观察盖板2，通过光电采样单元4对被测物9的图像进行发光信号的采集，并通过处理单元对发光信号的明暗变化周期进行计算，以获得秒表的计时误差或日差。

在步骤7中，处理单元在接收到发光信号时，对发光信号进行亮度补偿，通过差分电路对亮度信号的差异进行放大，最后整形并以方波的形式输出检测到的字符信号。从而方便快速的统计出发光信号明暗变化的周期。

本方法步骤简单，检测过程方便，检测精度高，即可以便于通过人工直读的方式进行检测，也可以便于自动化的进行检测，同时，可以快速推算出计时仪器的计时误差和日差。