莫尔效应及光栅传感实验仪实验指导及操作说明书 第 5 页 共 15 页
副光栅滑座
副光栅滑座由副光栅、可转动副光栅座及角度读数盘组成，如图 7所示。副光栅安装于副光栅座，转动副光栅座可改变主副光栅之间的交角，其角度由角度读数盘读出。
1.读数位置 2.摄像头 3.角度读数盘 4.副光栅 5.视频接头
图 7 副光栅滑座
摄像头及监视器
摄像头及监视器用于观察和测量莫尔条纹特性，由摄像头升降台、摄像头及监视器组成。 摄像头升降台位于副光栅滑座上，用于调整摄像头的位置，以便在监视器中观察到清晰的条纹。 摄像头升降台的调节方法：
1) 旋松调节图中的螺钉2，前后移动摄像头使其对准副光栅中间位置，然后紧固螺钉2。 2) 调节旋钮3使摄像头上下移动，直至在监视器中观察到清晰的莫尔条纹。
3) 旋松旋钮1后转动旋钮4可以调节莫尔条纹在监视器上的倾斜角度，以便定标和测量，调
整好角度后紧固旋钮1。
图 8 摄像头升降台
实验内容与步骤
1. 实验前准备工作
打开仪器后面的电源开关，主光栅板的背光灯点亮。
安装副光栅滑座，使副光栅滑座上的卡片插入读数装置滑块上的卡槽中。
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2. 观察直线光栅的莫尔条纹特性
安装好直线副光栅，使其0刻度线与角度读数盘0刻度大致对齐，摇动手轮，使直线主副光栅位置对齐。
转动副光栅座，改变主副光栅之间的夹角θ，观察莫尔条纹宽度的变化。
转动手轮移动副光栅，观察莫尔条纹的移动方向。反向移动副光栅，观察莫尔条纹移动方向的变化，验证莫尔条纹的同步性及位移放大作用。
3. 利用直线光栅测量线位移
安装摄像头，连接好视频接头，此时，若监视器关闭，则需按一下监视器旁边的监视器开关按钮，若一切正常，监视器上将显示主光栅的放大图像。按仪器介绍中的方法调整好摄像头。
使主光栅和副光栅成一定夹角θ，使监视器上出现约3条莫尔条纹图案。
转动手轮，使副光栅滑座移动到主光栅基座最右端，然后反向转动手轮使副光栅沿轨道运动，莫尔条纹随之移动。每移动5个莫尔条纹，记录副光栅的位置于表 1中。注意：为防止回程差对实验的影响，记录副光栅位置时，百分手轮须朝同一方向进行旋转。
表 1 用直线光栅测量线位移
条纹移动数k 副光栅位置读数Lk(mm) 位移ΔLk=|Lk–L0| 条纹移动数k 副光栅位置读数Lk(mm) 位移ΔLk=|Lk–L0| 0 25 5 30 10 35 15 40 20 45 计算k为5，10，15···时对应的位移ΔLk，填入表 1中。 以k为横坐标，位移ΔLk为纵坐标作图。若为线性关系，且直线斜率为d，即验证了关系式ΔLk=kd，说明可以由条纹移动数测量线位移。
已知光栅常数值为d=0.500mm，将由直线斜率求出的光栅常数d与之比较，求相对误差。 4. 观察径向圆光栅的莫尔条纹特性
由于监视器显示的是莫尔条纹局部放大图，为便于观察莫尔条纹全貌，先取下摄像头。
安装好径向副光栅，调节两光栅中心距，使之出现莫尔条纹，观察莫尔条纹图案的对称性。摇动手轮改变两光栅中心距，观察圆半径的变化。
转动副光栅，观察莫尔条纹的移动方向。反向转动副光栅，观察莫尔条纹移动方向的变化。 将你看到的莫尔条纹特性与实验原理中阐述的特性比较，加深理解。 5. 利用径向圆光栅莫尔条纹测量角位移
安装摄像头，调节摄像头的位置，让摄像头监视主副光栅接近边缘的地方，直到监视器上出现清晰的莫尔条纹。
沿同一方向转动副光栅，每移动5个莫尔条纹记录副光栅的角位置于表 2中。
表 2 用径向圆光栅测量角位移
条纹移动数k 副光栅角位置读数θk(o) 角位移Δθk=θk–θ0 条纹移动数k 副光栅角位置读数θk(o) 角位移Δθk=θk–θ0 0 25 5 30 10 35 15 40 20 45 计算θ为5，10，15···时对应的角位移Δθk，填入表 2中。 以k为横坐标，角位移Δθk为纵坐标作图。若为线性关系，且直线斜率为α，即验证了关系式
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Δθ=kα，说明可以由条纹移动数测量角位移。
已知栅距角的准确值为α=1.0o，将由直线斜率求出的栅距角值α与之比较，求相对误差。
6. 观察切向圆光栅莫尔条纹特性 观察主、副光栅的切向是否相反。
由于监视器显示的是莫尔条纹局部放大图，为便于观察莫尔条纹全貌，先取下摄像头。 安装好切向副光栅，转动手轮使主副切向光栅基本同心，观察莫尔条纹图案的特性。
转动副光栅，观察莫尔条纹的移动方向。反向转动副光栅，观察莫尔条纹移动方向的变化。 将你看到的莫尔条纹特性与实验原理中阐述的特性比较，加深理解。
7. 利用切向圆光栅莫尔条纹测量角位移
安装摄像头，调节摄像头的位置，让摄像头监视主副光栅接近边缘的地方，直到监视器上出现清晰的莫尔条纹。
沿同一方向转动副光栅，每移动5个莫尔条纹记录副光栅的角位置于表 3中。
表 3 用切向圆光栅测量角位移
条纹移动数k 副光栅角位置读数θk(o) 角位移Δθk=θk–θ0 条纹移动数k 副光栅角位置读数θk(o) 角位移Δθk=θk–θ0 0 25 5 30 10 35 15 40 20 45 计算θ为5，10，15···时对应的角位移Δθk，填入表 3中。
以k为横坐标，角位移Δθk为纵坐标作图。若为线性关系，且直线斜率为α，即验证了关系式Δθ=kα，说明可以由条纹移动数测量角位移。
已知栅距角的准确值为α=1.0o，将由直线斜率求出的栅距角值α与之比较，求相对误差。
注意事项
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
使用前应首先详细阅读说明书。
为保证使用安全，三芯电源线须可靠接地。
仪器应在清洁干净的场所使用，避免阳光直接暴晒和剧烈颠震。
切勿用手触摸光栅表面。如果光栅被弄脏，建议用清水加少量的洗洁精清洗然后晾干。 测量时应注意回程差。
测量时应尽量避免光栅的垂直上方有其他直射光源。
光栅片是玻璃材质，易碎，勿以硬物击之，同时避免摔碎。
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ZKY-GS 莫尔效应及光栅传感实验仪
一、实验内容
1、直线光栅莫尔条纹观察及其特性测试，包括莫尔条纹图案、莫尔条纹移动方向和光栅相对移动方向之间的关系、光栅副夹角与莫尔条纹宽度之间的关系等
2、径向圆光栅莫尔条纹的观察及其特性测试，包括莫尔条纹图案、莫尔条纹移动方向和光栅转动方向之间的关系等
3、切向圆光栅莫尔条纹的观察及其特性测试，包括莫尔条纹图案、莫尔条纹移动方向和光栅转动方向之间的关系等 4、利用线光栅莫尔条纹测量直线位移 5、利用径向圆光栅测量角位移 6、利用切向圆光栅测量角位移 二、技术指标
1、线光栅常数0.5mm，开口比为1。 2、径向圆光栅节距角为1o，开口比为1。
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3、切向圆光栅节距角为1o，开口比为1。 4、角度读数盘最小量1o。线位移最小量0.01mm。 5、监视器7寸彩色液晶，最小量0.2cm。 6、供电电压： 交流 220V / 0.5A
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