Лазерная система для измерения диаметра микропроволок

УДК 535.421

Лазерная система для измерения диаметра микропроволок

1Варданян С.Т., 2Старчик Ю.Ю.

1 ученик  10В класса ЧОУ «Гимназия №1», Новороссийск ул. Севрюкова 6, email: somilok12@gmail.com

2 к.т.н доцент НФ БГТУ им.В.Г.Шухова, Новороссийск ул. Мысхакское шоссе 75,

email: star292008@yandex.ru

Аннотация

В настоящее время существует несколько известных способов измерения толщины медной проволоки: микрометром (штангенциркулем), с помощью навивки проволоки на круглый предмет и измерения длины намотки и деления на число витков, однако для проволок, диаметр которых менее 1 мм эти способы дают большие погрешности.

Существует еще один способ определения - проводящая способность жилы кабеля, но для этого нужно знать силу тока или мощность кабеля, затем рассчитать нагрузку, которую может выдержать провод.

Мы предлагаем использовать лазерный дифракционный метод, для реализации  которого необходимы  лазер, дифракционная решетка, экран с миллиметровым масштабом, измерительная линейка.

Данный способ позволяет измерять образцы различной толщины от 1мм до 1 мкм достаточно точно и быстро [1].

Ключевые слова

Лазер, проволока, дифракционная решетка, микрометр, погрешность

Явление дифракции света заключается в отклонении световой волны от прямолинейного распространения пути в случае прохождения света через малые отверстия или мимо малого непрозрачного экрана.

В оптически неоднородной среде дифракция практически наблюдается, если размеры препятствия одного порядка с длиной световой волны, или, если место наблюдения дифракции находится на большом расстоянии от отверстия или препятствия. Наиболее интересный случае дифракции реализуется при использовании дифракционных решеток. Простейшая дифракционная решетка представляет собой стеклянную пластинку, на которой с помощью точной делительной машины нанесены параллельные друг другу штрихи и оставлены узкие неповрежденные полоски. Штрихи непрозрачны для света, и световые волны, проходя решетку, их огибают. Принято называть периодом решетки или постоянной решетки (d) сумму размеров прозрачной а и непрозрачной b полос: d = a + b [3].

Если осветить дифракционную  решетку пучком когерентных параллельных лучей, падающих перпендикулярно к поверхности решетки, то наблюдаются следующие явления: в фокальной плоскости будет происходить сложение многочисленных пучков, приходящих в различные точки экрана с различными фазами колебаний.

Если источник света испускает свет одной длины волны, то в результате интерференции на экране появится изображение щелей решетки, окрашенных в этот цвет. Роль линзы выполняет хрусталик глаза, который фокусирует параллельные лучи, полученные в результате дифракции. Например, лучи 1 и 2 на рис.1, на сетчатой оболочке глаза.

RR - дифракционная решетка, на которую падает параллельный пучок лазерного излучения [2].

L - расстояние от дифракционной решетки до экрана, мм.

X - расстояние между максимумами полос одного и того же для спектров 1-го, 2-го и -3-го и т.д.

X - расстояние между полосами для спектрального порядка.

Для определения длины волны λ в формуле (1) необходимо знать sin φ, т.к. L » X, то sin φ = tg φ и тогда tg φ = X/2L

Для нахождения длины волны:

                                  (1)[pic 2]

На оптической скамье установлен лазер красного излучения с длиной волны 632 нм, дифракционная решетка  (0,01 мм), а также можно переключиться на пластину с закрепленной проволокой различных диаметров, а за ней устанавливается экран с миллиметровой бумагой для изображения дифракционной картины.