一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统

1.本发明涉及分光计实验系统，特别涉及一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统。


背景技术：

2.分光计是一种测量折射率、波长、色散以及偏振等相关物理量的精密光学仪器，广泛应用于物理、化学、材料等领域的科学研究；分光计是多种现代光谱分析仪的基础，其原理具有普适性；分光计调节是光学实验技术中的难点，具有一般光学仪器调节的典型性，因而也是光学实验基本训练的重点，一般高校都对本科生开设相关实验项目。分光计由平行光管、载物台、望远镜、刻度盘及底座构成。分光计在使用前，必须进行严格的调整，保证望远镜的光轴及平行光管的光轴均垂直于分光计的仪器中轴线，以确保角度读数能正确反映光线的偏转角。分光计调节的主要依据是望远镜分划板上的绿十字像或谱线状态，包括位置和清晰度。分光计实验课堂教学中存在两方面的问题：第一，讲授环节，教师的演示操作讲解和分光计分划板处的光学现像变化讲解分开进行，学生不能观看分划板上的绿十字像或谱线状态变化和教师的调节演示操作的对应关系，影响学生对调节方法的理解与掌握；第二，学生实验实践过程中，对于学生的调节问题及其调节结果，教师需通过每位学生的分光计目镜观看，且由于目镜是学生根据自己的视力调好的目镜状态，给教师的观察判断带来巨大的工作量及不便，学生的操作成绩也很难根据操作过程客观给出。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，有效提高教学实训效果、提升指导效率，推进过程评价教育理念在实验实践课程中的实施。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
5.一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，包括有用于供教师演示和学生操作使用的若干改进分光计，所述改进分光计装载有ccd，还包括有用于对教师演示操作进行拍摄的独立拍摄设备、有耦接于独立拍摄设备及各改进分光计上装载ccd的显示终端；
6.所述改进分光计包括有望远镜筒，所述望远镜筒一端装载有内置分划板、位置固定的目镜筒，另一端安装有可调焦物镜，所述望远镜筒内设置有分光元件，所述望远镜筒上开设有安装成像ccd的开孔。
7.综上所述，本发明具有以下有益效果：
8.通过独立拍摄设备、改进分光计及显示终端，能将教师讲授环节的调节操作演示及教师改进分光计望远镜筒中分划板处的画面变化进行同步显示，便于学生理解掌握调节方法和调节技巧；通过对学生使用的若干改进分光计ccd的成像画面进行接收并显示，教师可同屏多画面实时了解每位学生的调节问题及调节结果，有效提升教师对学生操作过程的指导效率及评价客观性，推进过程评价理念在实验实践课程中的实施。
附图说明
9.图1为本分光计实验系统的结构示意框图；
10.图2为改进分光计的结构示意图；
11.图3为显示终端同屏双画面实时教学演示示例图；
12.图4为显示终端同屏多画面显示学生操作成像示例图。
13.图中：1、望远镜筒；2、物镜；21、平移固定螺钉；3、分光元件；4、ccd；5、分划板；6、目镜筒。
具体实施方式
14.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
15.根据一个或多个实施例，公开了一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，如图1所示，包括有若干改进分光计(改进分光计上装载有ccd)、独立拍摄设备以及显示终端。改进分光计有供教师操作演示使用的改进分光计及若干供学生独立使用的改进分光计。各改进分光计可通过装载的ccd、路由器将分划板处的成像画面无线传输至显示终端进行显示，独立拍摄设备对教师的演示操作进行拍摄，并通过路由器将信息无线传输至显示终端进行显示。
16.具体的，如图2所示，各改进分光计包括有望远镜筒，在望远镜筒的一端有位置固定的目镜筒，目镜筒内设置有分划板，望远镜筒的另一端安装有可调焦物镜，还有设置于望远镜筒内的分光元件，在望远镜筒上对应于分光元件与ccd之间开设供光信息传输的开孔，可通过中空底座连接固定ccd。
17.分划板固定于目镜筒内，沿光轴线方向位置不可调。在望远镜的物镜和分划板之间设置分光元件，将经过望远镜物镜后的光路分为对称的两路，一路光到达分划板，通过目镜观察光学现像，即保持传统分光计望远镜的功能；另一路光到达ccd，形成参考光，用参考光的成像状态反映分划板处的成像状态，即ccd将对应于分划板处的绿十字像或谱线状态无线传输给显示终端。
18.物镜通过物镜筒与望远镜筒之间的平移进行粗调，并通过平移固定螺钉进行调节后物镜筒的固定；通过物镜套筒旋转实现微调焦；即改进分光计以物镜移动代替分划板移动实现物镜对分划板调焦。ccd成像面和分划板面关于分光元件的分光面对称设置，使望远镜上ccd的成像面和分划板面成镜像关系，调节ccd的初始成像状态对应于分划板面处的光学最佳成像状态，即当分划板处的光学图像最清晰时，调校望远镜上装载的ccd，使ccd成像最清晰，保证ccd成像面处的绿十字像或谱线状态能够反映分划板处的绿十字像或谱线状态，进而实现在以后的调节过程中，ccd成像面处的绿十字像或谱线状态将与分划板处的绿十字像或谱线状态对应同步变化，为系统功能的实现奠定硬件基础。
19.显示终端的功能包括两个：第一，将来自教师改进分光计的ccd的绿十字像或谱线状态与来自独立拍摄设备的教师的演示操作同屏双画面同步实时显示；第二，将来自学生改进分光计的ccd的绿十字像或谱线状态同屏多画面实时显示。在教师讲授环节，独立拍摄设备对教师的操作演示进行拍摄，显示终端耦接独立拍摄设备及教师使用的改进分光计的ccd，对两路信号进行接收，实现同屏双画面同步实时显示，如图3所示便于学生理解掌握调节方法和调节技巧，提升讲授效果。在学生进行操作调节时，显示终端接收来自于学生使用
的各个改进分光计的ccd信息实时同屏展示学生的调节状态，教师可以通过显示终端同屏多画面实时观察每位学生的调节过程对应的绿十字像或谱线状态如图4所示，可提高教师对每位学生实践操作过程的了解，有助于教师掌握学生的调节问题及调节结果，提高教师的指导效率，并使教师对学生的实验操作评价更客观，该功能能够推进过程评价的教育理念在实验实践课程中的实施。
20.该系统适用于分光计平台承载的各种实验项目，包括光学测角仪的调整及棱镜顶角的测量、透明介质的折射率测量、光栅的特性及氢光谱的特性分析等实验项目。
21.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。


技术特征：
1.一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，其特征是：包括有用于供教师演示和学生操作使用的若干改进分光计，所述改进分光计装载有ccd，还包括有用于对教师演示操作进行拍摄的独立拍摄设备、有耦接于独立拍摄设备及各改进分光计装载的ccd的显示终端；所述改进分光计包括有望远镜筒，所述望远镜筒一端固定装载有内置分划板的目镜筒，另一端安装有可调焦物镜，所述望远镜筒内设置有分光元件，所述望远镜筒上开设有安装成像ccd的开孔。2.根据权利要求1所述的双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，其特征是：所述改进分光计装载的目镜筒位置固定，所述物镜包括有物镜筒，通过沿光轴方向移动物镜筒进行粗调焦并通过旋转物镜套进行物镜微调焦。3.根据权利要求1所述的双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，其特征是：所述望远镜筒上装载的ccd成像面和内置于目镜筒内的分划板面关于分光元件的分光面对称设置。4.根据权利要求1所述的双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，其特征是：所述ccd的初始成像状态与分划板面的最佳光学成像状态对应。5.根据权利要求1所述的双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，其特征是：所述显示终端根据设定同步接收显示来自独立拍摄设备的教师演示画面及教师改进分光计ccd的成像画面，或同步接收显示若干学生改进分光计的ccd成像画面。

技术总结
本发明公开了一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，解决了分光计实验教学效果不佳、指导效率低、学生操作过程难以客观评价的问题。其技术方案要点包括有用于供教师演示和学生操作使用的若干改进分光计，改进分光计装载有CCD，还包括有用于对教师演示操作进行拍摄的独立拍摄设备以及耦接于独立拍摄设备及各改进分光计装载CCD的显示终端。所述改进分光计包括有固定目镜筒、可调焦物镜、设置于望远镜筒内的分光元件、望远镜筒上开设有安装成像CCD的开孔。本发明是一种双画面演示与多画面操作实时显示的分光计实验系统，能有效提高教学实训效果、提升指导效率，推进过程评价教育理念在实验实践课程中的实施。施。施。


技术研发人员：孙存英 王宇兴 刘嘉滨
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2022.06.08
技术公布日：2022/8/22