实验名称： 光栅单色仪的定标和光谱测量
实验目的：（1）了解光栅单色仪的结构以及工作原理并熟练掌握其使用方法；（2）掌握调节光路准直的基本方法和技巧，利用钠灯等标准光源对单色仪进行定标；（3）测量红宝石、稀土化合物的吸收和发射光谱，加深对物质发光光谱特性的了解。（4）测量滤波片和溶液的吸收曲线，掌握测量其吸收曲线或透射曲线的原理和方法。
实验原理：
一、光栅单色仪的结构和原理
如下图所示，光栅单色仪由三部分组成：1、光源和照明系统，2、分光系统，3、接受系统。单色仪的光源有：火焰、电火花、激光、高低压气体灯（钠灯、汞灯等）、星体、太阳等。 单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm 光栅的面积64?64mm 2
光栅的刻划密度为1200线/mm 二、狭缝宽度
缝宽过大时实际分辨率下降，缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小。最佳狭缝宽度为：
D
f
a n λ=86.0。其中f 为抛物镜的焦距，D 是由光栅和抛物镜的口径限制的光束的直径，实
验中f ＝500mm ，D=64mm 。 三、光栅的色散和分辨本领
根据光学的理论知识可知，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。根据光学的理论知识可以知道，光栅的特性主要有：谱线的半角宽度、角色散率和光谱分辨本领。理论上它们分别为：
式中N 为光栅的总线数，在本实验中N 为64?1200=76800，m 为所用的光的衍射级次，本实验中m=1。实验中由于光学系统的象差和调整误差，杂散光和噪声的影响，加上光源的谱线由于各种效应而发生增宽，所以实际的谱线半角宽度远远大于理论值，因此光谱仪的实际分辨本领远远小于76800。 四、闪耀光栅
当入射光与光栅面的法线n 的方向的夹角为 （见图2）时，光栅的闪耀角为 b ，取一级衍射项时，对于入射角为 ，而衍射角为 时，光栅方程式为：()sin sin d ?θλ+=
因此当光栅位于某一个角度时（ 、 一定），波长 与d 成正比。本次实验所用光栅（每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为200 nm —900nm, 刻划尺寸为64 64 mm 2）。当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570 nm 。 由此可以求出此光栅的闪耀角为21.58 。当光栅在步进电机的带动下旋转时可以让不同波长以现对最强的光强进入出射狭缝，从而测出该光波的波长和强度值。（注意计算时角度的符号规定和几何光学方向为闪耀波长的方向）
θ
λθcos Nd d = θλθθcos d m
d d D ==
m N d R ==λλ
图1：闪耀光栅
五、吸收曲线测量原理：
当一束光入射到有一定厚度的介质平板上时，有一部分光被反射，另一部分光被介质吸收，剩下的光从介质板透射出来。设有一束波长为λ，入射光强为I 0的单色平行光垂直入射到一块厚度为d 的介质平板上，如图1所示。如果从界面1射回的反射光的光强为I R ，从界面1向介质内透射的光的光强I 1，入射到界面2的光的光强为I 2，从界面2出射的透射光的光强为I T ，则定义介质板的光谱外透射率T 和介质的光谱透射率I i 分别为 0T I T I =
和21
i I
T I =。 这里的I R ，I 1，I 2和I T 都应该是光在界面1和界面2
上以及介质中多次反射和透射的总效果。
光谱透射率T i 与波长λ的关系曲线称为透射曲线。在介质内部（假定介质内部无散射），光谱透射Ti 与介质厚度d 有如下关系：d i T e α-=。式中，α 称为介质的线性
吸收系数，一般也称为吸收系数。吸收系数不仅与介质有关，而且与入射光的波长有关。吸收系数α与波长λ的关系曲线称为吸收曲线。
设光在单一界面上的反射率为R ，则透射光的光强为
123422232452670000222446602022(1)(1)(1)(1)(1)(1)(1)1T T T T T d d d d d d d d d d
I I I I I I R e I R R e I R R e I R R e I R e R e R e R e I R e R e αααααααααα----------=++++=-+-+-
+-+=-++++-=
-
式中，I T1, I T2,…分别表示光从界面2第一次透射，第二次透射，…的光的光强。
所以 2220(1)1d
T d
I R e T I R e
αα---
==-
通常，介质的光谱透射率Ti 和吸收系数
α是通过测量同一材料加工成的（对于同一波
长α
相同），表面性质相同（R 相同）但厚度不同的两块试样的光谱外透射率后计算得到的。设两块试样的厚度分别为
和
，
>
，光谱外透射率分别为
和
。由上式可得
211
2
222221(1)(1)
d d d d T
e R e T e R e αααα-----=- ，一般R 和α都很小，故上式可近似为21()
21d d T e T α--= 所以，1221ln ln T T d d α-=
- 比较可知厚度为时的光谱透射率为： 21
i T
T T =
在合适的条件下，单色仪测量输出的数值与照射到它上的光的强度成正比。所以读出测
量的强度就可由下式计算光谱透射率和吸收系数： 21i I
T I = ，1
221
ln
I I d d α=-
式中，I 2和I 1分别表示试样厚度分别为d 1和d 2时单色仪测量的强度值。
理论值:
焦距f=500mm.光栅的面积64?64mm 2 光栅的宽度D=64mm ，光栅的刻划密度为1200线/mm,最
佳狭缝宽度D
f a n λ=86.0,理论分辨本领
768001200641=??===mN d R λλ m 为干涉级次，这里m=1，N 为光栅的总线条数。
实验内容：
1. 光栅单色仪的定标。
2. 红宝石晶体的发射和吸收光谱的测量。
3. 滤光片的吸收曲线测量。
实验数据及数据处理： 1. 单色仪的定标 Na 主线系
图一Na 主线系
可得主线系为589.013nm 、589.625nm 相对误差为
%002.00
.5890.589013.5891=-=?=?λλ
%004.06.5896.589625.5892=-=?=?λλ
分辨率为
7.45307013.00.5891==?=λλR
0.23584025.06.5892==?=λλR
由
()()
2
2331
p R
s R ?--?-=
λ
得里德堡常数分别为（Δs=1.35,Δp=0.86）： λ=589.013nm 和λ=589.625nm ：R=1.14×107。 Na 锐线系
图二Na 锐线系
可得锐线系特征波长为615.450nm 、616.050nm 相对误差为
%008.04
.6154.615450.6151=-=?=?λλ
%008.00.6160.616050.6162=-=?=?λλ
分辨率为
12308050.04.6151==?=λλR
12320050.00.6162==?=λλR
由
()()
2
2531
s R
p R ?--?-=
λ
得里德堡常数分别为（Δs=1.35,Δp=0.86）： λ=615.450nm 和λ=616.050nm ：R=1.13×107
Na 漫线系
图三Na漫线系1
可得漫线系峰值对应波长为568.250nm、568.825nm；497.788nm、498.225nm
相对误差为
%009.03
.568250.5683.5681=-=?=?λλ
%006.086
.568825.56886.5682=-=?=?λλ
%002.078.49778.497788.4973=-=?=?λλ
%005.02.4982.498225.4984=-=?=?λλ
分辨率为
0.11366050.03.5681==?=λλR
1.16253035.086.5682==?=λλR
5.62222008.078.4973==?=λλR
0.19928025.02.4984==?=λλR
由
()()
2
231
d n R
p R ?--?-=
λ
得里德堡常数分别为（Δd=0.01,Δp=0.86）： λ=568.250nm 和λ=568.825nm 时n=4：R=1.13×107
λ=497.788nm 和λ=498.225nm 时n=5：R=1.13×107
2.红宝石晶体的发射和吸收光谱的测量
图五红宝石发射曲线
峰值波长692.888nm/694.288nm
红宝石晶体的光谱就是C r3+离子在3d壳上三个电子发生能级跃迁的反映。红宝石晶体的激光作用在2E和4A2能级之间产生，输出的波长是694.3nm，由于2E能级的电场分裂，在2E和4A2能级之间跃迁对应两条强荧光线R1和R2，理论值R1线的波长是694.3 nm，R2线的波长是692.8 nm。可见实验数据与理论值存在小于0.1nm的误差。
图六红宝石吸收曲线
图七溴钨灯光谱曲线
借助于origin 将吸收曲线与背景曲线（溴钨灯光谱曲线）相处可得到如下图像：
0.00.2
0.4
0.6
0.8
1.0
405.0
557.5
由此图像可以看出，红宝石对波长为405.0nm 和557.5nm 附近的光吸收最明显。而Cr 3+所吸收中心波长为410.0 nm 的兰紫光而跃迁到强吸收带4F 1态，也能吸收波长为550.0 nm 的黄绿光而跃迁到另一强吸收带4F 2态,这两个吸收带的带宽都在100.0 nm 左右。测得数据第一组与理论值有5nm 的误差，第二组有7.5nm 的误差，但都在误差允许范围之内。 3.滤光片的吸收谱线：
绿色片：
波长/nm
图八红宝石反射性定性曲线
图九 绿色片对溴钨灯的吸收谱线
用图九的数据除以图七溴钨灯的光谱曲线，即可得到绿色滤光片的定性散射（吸收）曲线，利用origin 作出图像：
-0.1
0.0
0.10.20.3
0.40.50.60.7696.2
433.1
531.8
由此图可以看出绿色滤光片对531.8nm 附近的绿色光有很强的反射作用，而对433.1nm 和696.2nm 附近的光有较强的吸收作用。
红色片：
图十一 红色片对溴钨灯的吸收谱线
反射性
图十 绿色片反射（吸收）定性曲线
用图十一的数据除以图七溴钨灯的光谱曲线，即可得到红色滤光片的定性散射（吸收）曲线，利用origin 作出图像：
-0.1
0.0
0.10.20.30.40.50.60.7584.3
335.0
由此图可以看出红色滤光片对波长小于584.3nm 的可见光有较强的吸收作用，而对黄、橙、红光有较强的反射作用。 蓝色片：
图十三 蓝色片对溴钨灯的吸收谱线
图十二 红色片反射（吸收）定性曲线
用图十三的数据除以图七溴钨灯的光谱曲线，即可得到红色滤光片的定性散射（吸收）曲线，利用origin 作出图像：
406.2
678.7
由图像可以看出，蓝色滤光片对于406.2nm 附近的蓝紫光有较强的反射作用，而对大于518.7nm 的部分绿光和红橙光有较强的吸收作用。
综上，可以发现我们看到的滤光片的颜色，正是由于它吸收其他颜色的光，而反射固有颜色波长的光的特性。
思考题：
1． 如何求出入射狭缝的最佳宽度？
答：由衍射理论和实验可知谱线的半宽度约为：D
f
a n λ86
.0=，这里λ为光的波长，f 为离轴抛物镜的焦距，D 时由光栅和抛物镜的口径限制的光束的直径，图5为狭缝宽度与光谱的分辨率R 和光谱线的强度I 的变化。由图5可见缝宽过大时实际分辨率下降，缝宽过小时出射狭缝上得到光强太小，取a=an 最好。
W 0
a/an
图4狭缝宽度与光谱宽度的关系曲线
a/an
图5狭缝宽度与光谱分辨率及光谱强度的关系曲线
R
I
1
2
1
反射性
/nm
图十四 蓝色片反射（吸收）定性曲线
2． 单色仪的理论分辨本领如何计算？实际分辨本领如何测量和计算？
答：理论分辨本领R 的计算： m 为干涉级次， m=1，N
为光栅的总线条数。则R=mN 。 实际分辨本领的测量和计算：
测量汞灯的577.1675nm 与579.3300nm 两条光谱线，并根据这两条光谱线计算出单色仪的实际分辨本领R 。原理和操作如下：
用实验计算机上的“单色仪”应用程序，进去后设定好当前位置和积分时间，然后利用分段扫描F3粗扫描测出a 和b ，测出λ1和λ2的粗略值。再利用归峰扫描F6测出精确的λ1和λ2的值和半峰。由以以上公式计算出实际分辨本领。
3． 比较单色仪的理论分辨本领和实际分辨本领，说明两者差别大的原因？
答：实验中由于光学系统的象差和调整误差，杂散光和噪声的影响，加上光源的谱线由于各种效应而发生增宽，实际的谱线半角宽度远远大于理论值。所以实际会比理论的小。 4． 解释光电倍增管的工作原理，为什么随着副高压的绝对值越大，采集的灵敏度会显著提高？
答：光电倍增管的基本结构和工作原理如下：当光子打到光电倍增管（简称GDB ）的光电阴极K 上时，由于光电效应会产生一些光电子，这些光电子在光电倍增管中的电场作用下飞向阳极A ，在阴极K 和阳极A 之间还有n 个电极(D 1—D n )叫做倍增极，极间也有一定的电压（几十到百伏），在极间电压的作用下飞向阳极A 的光电子被一级一级的加速，在加速的过程中它们以高速度轰击倍增极，使倍增极产生二次电子发射，这样就使得电子的数目大量增加，并逐极递增，最后到达阳极的电子就会很多，形成很大的阳极电流，由于倍增极的倍增因子基本是常数，所以当光信号变化时，阴极发射的电子的数目也随之变化，从而阳极电流也随着光信号发生变化。这样光电倍增管就可以反映光强随时间的变化。
5． 说明钨灯、钠灯和汞灯的光谱的区别和道理？
答：由实验可知钨灯的光谱为连续谱，而汞灯的光谱为分立谱。这是由它们不同的发光机制造成的：钨灯是由原子电离出的电子所产生的，由于电离出的电子具有连续的能量分布，所以光谱是连续的；汞灯是由原子内部电子发生能级跃迁造成的，所以光谱是分立的。
误差分析及实验心得：
λ
?λλλλλλδλδλλ?=
+=-==R 2
/)(1212a
b
1、实验中出现的误差，主要由于光学系统的像差和调整误差，杂散光（环境灯光）和噪
声的影响，加上光源的谱线由于各种效应而发生增宽，所以实际的谱线半角宽度远远大于理论值，因此光谱仪的实际分辨本领远远小于76800；
2、从计算机峰位细扫时也可以发现，峰存在一定的波动，这表明外界杂光影响了输入光
的稳定，从而引起误差；
3、需要保证光器具的干净，所以不能用手碰光器具的镜面，因此实验结束应该记得将塑
料罩盖回去。
阅
实验报告 陈杨PB05210097 物理二班 实验题目:光栅单色仪的调整和使用 实验目的: 1.了解光栅单色仪的原理结构和使用方法。 2.通过测量钨灯，钠灯和汞灯的光谱了解单色仪的特点。实验内容： 单色仪中等效会聚透镜的焦距f=500mm 光栅的面积64 64mm2 光栅的刻划密度为1200线/mm 1.钨灯发出的光波长与光强的关系 (1)光电倍增管加-450V的高压
480 612 560 490 667 614 500 737 653 510 780 672 520 831 679 530 873 663 540 915 628 550 943 579 (2)波长----光强图线为： (3)透过率的规律：由原始数据可得下图
(4)下表为相应波长的滤光片透过率 λ400 410 420 430 440 450 460 470 I/I0 0.49123 0.59677 0.64223 0.6789 0.7048 0.73872 0.74734 0.74299 λ480 490 500 510 520 530 540 550 I/I0 0.74739 0.75331 0.73484 0.71521 0.67477 0.62391 0.56019 0.49358 (5)相关分析: 可以看出，滤光片的透过率随入射光的波长变化而变化。波长位于中间时，透过率比较大，本次实验中约为75%；本次实验中，波 长介于500nm和550nm之间时透过率随波长增大明显减小。 可以用薄膜干涉来解释：这里认为膜的折射率大于其两侧介质（空气）的折射率，对膜的两个表面的反射光来说，是有半波损失的。 此两束相干光若干涉相消，则可以增大透射光线的强度。光程差
MWD无线随钻测斜仪在钻井中的应用 【摘要】在地质钻探、石油钻井中，随钻测量系统是连续监测钻井轨迹、对井眼轨迹进行及时调整必不可少的测量工具。特别是定向井、水平井工程中，随钻测量系统的应用更为广泛。 【关键词】MWD无线随钻测斜仪；钻井；正脉冲；钻井液；监测 一、MWD无线随钻测斜仪概述 （一）MWD无线随钻测仪结构及工作原理 海蓝YST-48R型MWD无线随钻测斜仪由地面设备和井下仪器两部分组成。地面设备包括压力传感器、专用数据处理仪、远程数据处理器、电缆盘等。井下测量仪器主要由定向探管、伽玛探管、电池、脉发生器、打捞头、扶正器等。 该仪器以钻井液作为信号传输通道，通过定向探管中的磁通门传感器和重力加速度传感器来测量井眼状态（井斜、方位、工具面等参数），并由探管内的编码电路进行编码，将数码转换成与之对应的电脉冲信号。这一信号通过功率放大，并驱动电磁机构控制主阀头与限流环之间的泥浆过流面积，由此产生钻柱内泥浆压力的变化。在主阀头提起时，钻柱内泥浆可以顺利通过限流环；在主阀头压下时，泥浆流通面积减小，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。主阀头提起或压下的时间取决于脉冲信号，从而控制了泥浆脉冲的宽度和间隔。安装在立管上的压力传感器可以检测到这个脉冲序列，再由远程数据处理器完成对泥浆脉冲的采样、滤波、识别、编码和显示，并将相关数据传送给专用数据处理仪进行解码处理。 （二）MWD仪器的精确度 1、井斜测量精度：±0.1°； 2、方位测量精度：±1°（井斜大于5°）； 3、重力工具面测量精度：±1°； 4、磁性工具面测量精度：±1°； 5、工作温度范围：0℃～90℃； 二、MWD无线随钻测仪的优点 1、YST-48R以钻井液为信号载体，能在不间断钻井作业的情况下，及时获得井眼轨迹的各种监测参数，从而有效控制井眼轨迹的走向。
单色仪定标及分类 单色仪定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。为了获得较多的点，必须有一组光源。通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、铁做电极的弧光光源等。下面小编简单介绍下单色仪其它信息。 一、单色仪分类 单色仪有多种，从不同的角度对它有不同的分类，如按物镜的形成可分为透射式单色仪和反射式单色仪，按色散元件可分为棱镜单色仪和光栅单色仪。 棱镜单色仪： 棱镜的工作光谱区受到材料的限制(光的波长小于120nm，大于50μm时不能使用)，光栅单色仪的角色散率与波长无关，棱镜单色仪的角色散率与波长有关。棱镜单色仪的尺寸越大分辨率越高，但制造越困难，同样分辨率的光栅重量轻，制造容易。 光栅单色仪： 光栅单色仪存在光谱重叠，棱镜光谱仪没有。光栅单色仪存在鬼线(由于刻划误差造成)，棱镜单色仪没有。
二、单色仪定标 单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过长期使用或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。 1、观察入射狭缝和出射狭缝的结构，了解缝宽的调节、读数以及狭缝使用时的注意事项，选取适当的缝宽以获取足够的强度及较好的单色性。 2、在入射狭缝前放置汞灯，为了充分利用进入单色仪的光能，光源应放置在入射准直系统(S1和M1)的光轴上。在单色仪光源与入射缝之间加入聚光透镜，适当选择透镜的焦距和口径，使其相对口径与仪器的相对口径匹配。这样，可获得最大亮度的出射谱线，同时又减少了单色仪内部的杂散光。调节聚光透镜的位置，使出射狭缝呈现的谱线最明亮。 3、将低倍显微镜置于出射狭缝处，对出射狭缝进行调焦，使显微镜视场中观察到的汞谱线最清晰。为使谱线尽量细锐并有足够的亮度，应使入射缝S1尽可能小，出射狭缝可适当大些。根据可见光区汞灯主要谱线的波长、颜色、相对强度和谱线间距辨认谱线。
MWD无线随钻测斜仪 一、作用及功能 美国SPERRY-SUN公司生产的定向MWD随钻测量仪器(简称“DWD”),DWD无线随钻测斜仪就是在有线随钻测斜仪的基础上发展起来的一种新型的随钻测量仪器。它与有线随钻测斜仪的主要区别在于井下测量数据的传输方式不同,普遍用于高难度定向井的井眼轨迹测量施工,特别适用于大斜度井与水平井中,配合导向动力钻具组成导向钻井系统,以及海洋石油钻井,目前使用的MWD无线随钻测斜仪主要有三种传输方法: １、连续波方法: 连续发生器的的转子在泥浆的作用下产生正弦或余弦压力波,由井下探管编码的测量数据通过调制器系统控制的定子相对于转子的角位移使这种正弦或余弦压力波在时间上出现相位移,在地面连续地检测这些相位移的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。 ２、正脉冲方法: 泥浆正脉冲发生器的针阀与小孔的相对位置能够改变泥浆流道在此的截面积,从而引起钻柱内部的泥浆压力的升高,针阀的运动就是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。 ３、负脉冲方法: 泥浆负脉冲发生器需要组装在专用的无磁钻铤中使用,开启泥浆负脉冲发生器的泄流阀,可使钻柱内的泥浆经泄流阀与无磁钻铤上的泄流孔流到井眼环空,从而引起钻柱内部的泥浆压力降低,泄流阀的
动作就是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。在地面通过连续地检测立管压力的变化,并通过译码转换成不同的测量数据。 二、主要组成部分及功能 DWD 无线随钻测量仪器就是由地面部分(MPSR 计算机、TI?终端、波形记录仪、防爆箱、DDU 司钻阅读器、泥浆压力传感器、泵冲传感器)、井下部分(MEP 探管、下井外筒总成、脉冲发生器与涡轮发电机总成、无磁短节)及辅助工具、设备组成。 (1)MPSR计算机与磁卡软件包 MPSR 计算机就是 DWD 随钻测量仪器的地面数据处理设备,它接受来自泥浆压力传感器的测量信息,进行数据的处理、储存、显示、输出。 (2) DDU 司钻阅读器:为司钻提供工具面、井斜角、井斜方位角等信息的直观显示。 (3) TI 终端:MPSR 计算机的控制键盘与数据终端之功能。 (4) 波形记录仪:简称SRC,就是 WESTERN GRA-PHTEC 2 道图形记录仪,它主要用来记录来自井下仪器的泥浆脉冲与来自泥浆泵的杂波,利用记录的泥浆脉冲图形,人工译码也可以得到一系列井下传输来的数据,也可计算井下仪器的数据传输速度。 (5) 防爆箱:就是DWD系统的保护装置,限制与它连接的其它设备的电压与电流,防止出现电火花,保证计算机、仪器设备的安全。
首先是实验报告中的记录表格，那本书上并没有给出完整表格，只给了一个表头，我们画表格的时候则要画至少19行（推荐20行乃至21行会更好些），老师在检查完实验报告后说许多人的表格画的不合格，大都是因为行数画少了。 其次就是实验前预习，老师讲解的时候真的会提问的，不过没有扣分就是了。问的问题大致是六个，分别是： 1.单色仪的结构原理 2.单色仪定标的原理 3.单色仪定标的意义 4.如何识别谱图 5.单色仪鼓轮读数怎么读 6.显微镜的使用方法 前3个问题在书中都能找到，后三个问题稍后我会说明，这6个问题也就是整个实验的核心内容，弄懂了这6个问题整个实验操作就不会犯太大的错误。 进教室并将书包放好之后，老师会将实验报告收上来，然后让我们看一段幻灯片（自动播放的），同时她在那检查实验报告，幻灯片的内容就是上述的6个问题的答案，所以万一课前没来得及预习，将幻灯片里的内容记下来也可以。幻灯片结束之后就是老师讲解了，这里我们略过，直接看实验过程吧。
注：单色仪的两狭缝宽度千万不要调！ 光谱、读数显微镜与单色仪
透镜和汞灯
以上就是我们实验时用到的仪器。
首先打开汞灯，刚开始不要急着观察，汞灯需要点亮一段时间才能达到最大亮度。 接着是调整单色仪鼓轮的位置 注意：单色仪的鼓轮是配有一个反射镜的（让我拿下去了），单色仪鼓轮上主尺的读数是左大右小（老师可能会问到），和读数显微镜的主尺标示不一样，如上图所示。 而在实验时我们观察单色仪鼓轮读数是通过反射镜来观察，如下图：
从反射镜中看主尺读数就是左小右大了，如此时的读数应为18.311mm左右（主尺上一个格1mm，测微鼓轮一个格0.01mm）。
单色仪的调整和使用 ?实验简介 单色仪的构思萌芽可以追述到1666年，牛顿在研究三棱镜时发现将太阳光通过三棱镜太阳光分解为七色光。1814年夫琅和费设计了包括狭缝、棱镜和视窗的光学系统并发现了太阳光谱中的吸收谱线（夫琅和费谱线）。1860年克希霍夫和本生为研究金属光谱设计成较完善的现代光谱仪—光谱学诞生。由于棱镜光谱是非线性的，人们开始研究光栅光谱仪。光栅单色仪是用光栅衍射的方法获得单色光的仪器，它可以从发出复合光的光源（即不同波长的混合光的光源）中得到单色光，通过光栅一定的偏转的角度得到某个波长的光，并可以测定它的数值和强度。因此可以进行复合光源的光谱分析。 ?实验原理 图1 光栅单色仪的结构和原理 仪器原理如图1 ，光源或照明系统发出的光束均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦平面上，光通过M1变成平行光照射到光栅上，再经过光栅衍射返回到M1，经过M2会聚到出射狭缝S2，由于光栅的分光作用，从S2出射的光为单色光。当光栅转动时，从S2出射的光由短波到长波依次出现。
本仪器光学系统为李特洛式光学系统，这种系统结构简单、尺寸小、象差小、分辨率高。更换光栅方便。光栅单色仪的核心部件是闪耀光栅，闪耀光栅是以磨光的金属板或镀上金属膜的玻璃板为坯子，用劈形钻石尖刀在其上面刻画出一系列锯齿状的槽面形成的光栅（注1：由于光栅的机械加工要求很高，所以一般使用的光栅是由该光栅复制的光栅），它可以将单缝衍射因子的中央主极大移至多缝干涉因子的较高级位置上去。因为多缝干涉因子的高级项（零级无色散）是有色散的，而单缝衍射因子的中央主极大集中了光的大部分能量，这样做可以大大提高光栅的衍射效率，从而提高了测量的信噪比 图2 当入射光与光栅面的法线N 的方向的夹角为?（见图2）时，光栅的闪耀角为θ b，取一级衍射项时，对于入射角为?，而衍射角为θ时，光栅方程式为： d(sin?＋sinθ)= λ 因此当光栅位于某一个角度时（?、θ一定），波长λ与d成正比。本次实验所用光栅（2号光栅，每毫米1200条刻痕，一级光谱范围为380nm—1000nm, 刻划尺寸为64?64mm2）。当光栅面与入射平行光垂直时，闪耀波长为570nm。由此可以求出此光栅的闪耀角为21.58?。当光栅在步进电机的带动下旋转时可以让不同波长以现对最强的光强进入出射狭缝，从而测出该光波的波长和强度值。（注意计算时角度的符号规定和几何光学方向为闪耀波长的方向）
单色仪的定标 姓名：刘国强 学号：201418150285 班级：14级4班 学校：山东大学材料科学与工程学院 摘要：单色仪是产生单色光和测量波长，进行光谱分析的基本仪器，在本实验中所使用的反射式棱镜单色仪其色散器件是棱镜，通过棱镜对不同波长（或频率）的光有不同的折射率，使各种光通过棱镜后能向不同的方向散开，通过在读数显微镜下的观察，得出数据. 关键词；单色仪，光谱，棱镜，汞灯光源，读数显微镜 1672年牛顿发现了光的色散现象，而早在我国北宋初年（公元974-1020年）， 杨亿著的《杨文公谈苑》一书中说：“嘉州峨眉山有菩萨石，人多收之，色莹白 如玉，如上饶水晶之类，日射之有五色.”这表明物质的折射率和光的频率有关， 而折射率取决于光在真空中的传播速度和物质中的传播速度之比。不同的光在同 一物质中的传播速度不同，因而棱镜的色散作用是显而易见的. 单色仪是一种常见的分光仪器，利用色散元件把复色光分解为准单色光，能 输出一系列独立的、光谱区间足够窄的单色光，可用于各种光谱分析和光谱特性 的研究，如测量介质的光谱透射率曲线、光源的光谱能量分布、光电探测器的光 谱能量响应等，应用相当广泛. 一、实验目的 通过单色仪的定标，掌握棱镜单色仪的工作原理和正确的使用方法. 二、实验仪器 反射式棱镜单色仪，会聚透镜，汞灯，读数显微镜 三、实验原理 实验室中常采用的棱镜单色仪通常分为两类；一类是透射式单色仪，
一类是反射式单色仪.本实验所用的是国产的WDF 型瓦兹渥斯反射式单色仪.其内部装置主要由以下三部分组成（见图一）. 1，入射准直系统 由入射狭缝S 1和使入射光束变为平行光束的准直物镜M 1组成. 2，散射系统 主要是分光棱镜P 使光束色散，这是因为棱镜的材料对不同的波长（或频率）的光有不同的折射率n 所致，即)(λn n =.所以各种波长的光透过棱镜后能向不同的方向散开，如图一所示。复色光 ),,(321 λλλλ，以入射角1i 射入棱镜，单色光1i 以出射角2i 射出，不同 波长的光的出射角2i 是不相等的.入射光和出射光之间的夹角称偏向角，如图二中的即为单色光1λ和入射光之间的偏向角. 棱镜转动时,偏向角可以发生变化,当转动到某一位置时,偏向角具有最小值,称最小偏向角,用min δ表示,光学理论可以证明,当时 m i n δδ=时,21i i =,并且还可以证明,对顶角一定的棱镜,)(min n f =δ,n 为 棱镜P 的折射率,前面已指出了)(λn n =,所以,)(min λδf =.棱镜P 和平面镜M 作为一个整体,由单色仪下部的鼓轮手柄操作.转动鼓轮, 就改
胜利石油管理局 Q／SL0322—89 SST 随钻测斜仪操作规程 1989—05—15发布 1989—10—01实施胜利石油管理局发布 —4 —
胜利石油管理局企业标准 Q/SL0322—89 SST随钻测斜仪操作规程 1 主题内容与适用范围 本标准规定了SST随钻测斜仪及辅助设备、工具使用前的准备和检查步骤，仪器的组装与操作以及维护保养等要求。 本标准适用于美国N L Sperry-sun公司生产的随钻测斜仪（Survey Steering 2001）。 2 仪器、设备和工具使用前的准备与检查 2.1 准备 2.1.1 上井仪器配备标准见附录A。 2.1.2电缆滚筒车及设备清单见附录B。 2.1.3电缆头工具，配件清单见附录C。 2.1.4辅助工具清单见附录D。 2.2 检查 2.2.1发电机及电源部分 a．发电机组内机油清洁，机油面在油标尺刻度范围之内，工作油压为0.14～0.28Mpa(20~40psi)； b．蓄电池电压为12～14V； c．输出电流电压115±10％V，频率60Hz； d．外接电源时，电源输出功率大于6kw； e．电气线路与车身绝缘。 2.2.2电缆 a．测电缆电阻：8mm单芯电缆电阻率3.3～4.2Ω／300m； b．测电缆绝缘性：用万用表B×10000档，分别测电缆两端的电缆钢丝和电缆芯，指针摆动幅度相同（摆动幅度决定于电缆长度和绝缘性），随即回到无穷大。 2.2.3 下井仪器和外筒 2.2. 3.1探管连线接头 a．密封圈完好无损； b．清洁所有触点； c．用万用表测两端触点，无断路，用万用表测绝缘，无漏电； d．插头卡子完好。 2.2. 3.2外筒 a．无弯曲变形和破损； b．两端螺纹无磨损，配有丝堵； 胜利石油管理局标准化委员会1989—05—15标准1989—10—01实施 —1 —
实验十四 单色仪的应用 单色仪是将光源发出的复色光用色散元件把它分解为单色光的仪器，这种仪器可用于各种光谱特性的研究：如测量介质的光谱透射率曲线，光源光谱的光强分布、光电探测元件的光谱响应等等。在实验室中常用到的单色仪基本有二类，一类是透射式单色仪，如图1所示，这种单色仪的入射光和出射光恒成90°夹角。成像系统由透镜组成，常用于可见光范围，它的优点是聚光本领强；另一类是反射式单色仪，如图2所示，这种单色仪入射光与出射光夹角为 122，成像系统由反射镜组成，它的优点是使用范围大，只要置换不同的棱镜，使用范围可以从紫外光一直到红外光，本实验所用的正是此类单色仪。 【实验目的】 1． 了解单色仪的结构和原理，学会正确使用的方 法。 2． 以高压汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可 见光区域进行定标。 3． 测定汞灯谱线的光强分布。 【实验原理】 反射式棱镜单色仪外形为一圆盘（如图2）它主要有三部分组成：①入射缝1S 和凹面镜1M ，组成了入射 系统，以产生平行光；②平面镜2M 和棱镜P 组成色散系统； ③凹面镜3M 和出射缝2S 组成聚光出射系统 ，它将棱镜分出的单色平行光由3M 汇聚在出射缝2S 上。图中平面镜2M 和棱镜P 所放的位置，对以最小偏向角通过棱镜的平行光束而言，可使入射到2M 的光束与从棱镜出射的光束平行。这样，以最小偏向角通过棱镜某波长的光，经3M 反射后恰恰成像在出射缝处。因此，只要1S 和1M 保持不变的情况下，当棱镜P 和反射镜2M 同步转动时，对应于最小偏向角的光的波长也跟着改变，出射缝2S 就有不同波长的单色光射出。由于光束以最小偏向角通过棱镜，所以光缝单色像的像差最小。出射的光束单色性好。而棱镜P 和平面镜2M 的转动机构与仪器下部的转动轴杆鼓轮相连，鼓轮上刻有均匀的分度线，因而出射波长 与鼓轮读数R 相对应。单色仪出厂时有对应（定标）曲线的数据。但经过一段时间使用后，定标会有所漂移。因此，在使用单色仪前需作重新定标。 【实验内容】 1.光路调整。调光前使单色仪呈水平，使汞灯的中心，聚光透镜的中心，入射缝的中心都在入射缝和准直反射镜1M 光轴的延长线上，汞灯置于4倍的透镜焦距之处，首先直接用肉眼在入射缝处观察光源的像，移动光源或透镜的前后位置使光源成像于入射缝1S 处。 2.入射缝和出射缝的实际零点的确定 光缝长期使用后，它的实际零点往往与示值不符，故在使用单色仪前应先确定入射缝和出 图 1 图2
光栅光谱仪的使用 学号 2015212822 学生姓名张家梁 专业名称应用物理学（通信基础科学） 所在系（院）理学院 2017 年 3 月 14 日
光栅光谱仪的使用 张家梁 1 实验目的 1.了解光栅光谱仪的工作原理。 2.学会使用光栅光谱仪。 2实验原理 1. 光栅光谱仪 光栅光谱仪结构如图所示。光栅光谱仪的色散元件为闪耀光栅。入射狭缝和出射狭缝分别在两个球面镜的焦平面上，因此入射狭缝的光经过球面镜后成为平行光入射到光栅上，衍射光经后球面镜后聚焦在出射狭缝上。光栅可在步进电机控制下旋转，从而改变入射角度和终聚焦到出射狭缝处光线的波长。控制入射光源的波长范围，确保衍射光无级次重叠，可通过控制光栅的角度唯一确定出射光的波长。 光谱仪的光探测器可以有光电管、光电倍增管、硅光电管、热释电器件和CCCD 等多种，经过光栅衍射后，到达出射狭缝的光强一般都比较弱，因此本仪器采用光电倍增管和CCD 来接收出射光。 2. 光探测器 光电倍增管是一种常用的灵敏度很高的光探测器，它由光阴极、电子光学输入系统、倍增系统及阳极组成，并且通过高压电源及一组串联的电阻分压器在阴极──打拿极(又称“倍增极”) ──阳极之间建立一个电位分布。光辐射照射到阴极时，由于光电效应，阴极发射电子，把微弱的光输入转换成光电子；这些光电子受到各电极间电场的加速和聚焦，光电子在电子光学输入系统的电场作用下到达第一倍增极，产生二次电子，由于二次发射系数大于1，电子数得到倍增。以后，电子再经倍增系统逐级倍增，阳极收集倍增后的电子流并输出光电流信号，在负载电阻上以电压信号的形式输出。
CCD 是电荷耦合器件的简称，是一种金属—氧化物—半导体结构的新型器件，在电路中常作为信号处理单元。对光敏感的CCD 常用作图象传感和光学测量。由于CCD 能同时探测一定波长范围内的所有谱线，因此在新型的光谱仪中得到广泛的应用。 3. 闪耀光栅 在光栅衍射实验中，我们了解了垂直入射时（Φ=90°）光栅衍射的一般特性。当入射角Φ=90°时，衍射强度公式为 光栅衍射强度仍然由单缝衍射因子和多缝衍射因子共同决定，只不过此时 当衍射光与入射光在光栅平面法线同侧时，衍射角θ取＋号，异侧时取－号。单缝衍射中央主极大的条件是u=0，即sinΦ=-sinθ或Φ=θ。将此条件代入到多缝干涉因子中，恰好满足v＝0，即0 级干涉大条件。这表明单缝衍射中央极大与多缝衍射0 级大位置是重合的（图9.1a），光栅衍射强度大的峰是个波长均不发生散射的0 级衍射峰，没有实用价值。而含有丰富信息的高级衍射峰的强度却非常低。 为了提高信噪比，可以采用锯齿型的反射光栅（又称闪耀光栅）。闪耀光栅的锯齿相当于平面光栅的“缝”。与平面光栅一样，多缝干涉条件只取决于光栅常数，与锯齿角度、形状
单色仪的定标及应用 单色仪是一种常用的分光仪器，利用色散元件把复色光分解为准单色光，能输出一系列独立的、光谱区间足够窄的单色光，可用于各种光谱分析和光谱特性的研究，如测量介质的光谱透射率曲线、光源的光谱能量分布、光电探测器的光谱响应等，应用相当广泛。 【实验目的】 1．了解棱镜单色仪的构造、原理和使用方法； 2．以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标； 3．掌握用单色仪测定滤光片中心波长的方法。 4. 学会测量发光二极管的波长。 【实验仪器】 小型光栅单色仪，汞灯，卤素灯，显微镜，滤光片，会聚透镜，透镜夹发光二极管 【实验原理】 单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光作用，把复色光分解成它的单色组成。根据采用色散元件的不同，可分为棱镜单色仪和光栅单色仪两大类，其应用的光谱区很广，从紫外、可见、近红外一直到远红外。对不同的光谱区域，一般需换用不同的棱镜或光栅。 平面光栅单色仪的工作原理是光源发出的光均匀地照亮在入射狭缝S1上，S1位于离轴抛物镜的焦面上。光经过M1平行照射到光栅上，并经过光栅的衍射回到M1，经M1反射的光经过M2会聚到S2出射狭缝上。由于光栅的衍射作用，从出射狭缝出来的光线为单色光。当光栅转动时，从出射狭缝里出来的光由短波到长波依次出现。这种光学系统称为李特洛式光学系统，见图1所示。 图1光学系统图 一般光源所辐射的光往往是由各种波长的光组成。如果各种波长是连续变化的，那么
这类光源称为连续光源。由于光源的光谱分布与光的物质特性有关，因此测定光源的光谱分布是研究物质内部微观结构的重要工具之一。 单色仪的基本特性是其单色性和出射单色光的强度，实验中，一般总是希望出射的单色光的光谱宽度尽量窄（即单色性尽量好）和单色光的强度尽量高。除了平面光栅的色散率的大小外，单色仪出射光的光谱宽度的宽窄主要由缝宽，衍射和像差等因素决定，其中像差在设计调整时已尽量减小。在正常情况下，对单色仪来说，主要是解决缝宽和色差问题。 缝宽的选择，一方面使缝宽尽可能窄，使相邻两波尽可能分开，另一方面，缝的宽度又不能太小，否则出射的单色光的强度变得太小，而无法探测到。一般要求出射狭缝宽等于入射缝宽，本仪器出入狭缝均为两档，狭缝分别为0.15mm、0.3mm 输出的单色光谱波长，从波长鼓轮直接读取，至于缝宽究竟选择多少，则要根据光强的强弱和接收器的灵敏度来决定。 实验一单色仪的定标 单色仪出厂时，一般都附有定标曲线的数据或图表供查阅，但经过长期使用或重新装调后，数据会发生变化，需重新定标，以对原数据进行修正。 单色仪的定标是借助于波长已知的线光谱以获取对应的鼓轮读数。为了获得较多的点，必须有一组光源。通常采用汞灯、氢灯、钠灯、氖灯以及用铜、锌、铁做电极的弧光光源等。 本实验选用汞灯作为已知线光谱的光源，在可见光区域（400nm—760nm）进行定标。在可见光波段，汞灯主要谱线的相对强度和波长如图2及表1所示。 表1 汞灯主要谱线波长表 颜色波长／nm 强度 紫色 *404.66 407.78 410.81 433.92 434.75 *435.84 强 中 弱 弱 中 强 蓝绿色 *491.60 496.03 496.03 强中中 绿色 535.41 536.51 *546.07 567.59 弱 弱 强 弱 黄色 *576.96 579.07 585.92 589.02 强 强 弱 弱 橙色 607.26 612.33 弱弱 红色 623.44 中 深红色 671.62 690.72 708.19 中 中 弱
一．实验题目：单色仪的调节与定标 二．实验目的：1.掌握棱镜单色仪的构造原理和使用方法 2．掌握调节光路准直的基本方法和技巧 3.以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光 区域进行定标 三．实验仪器：反射式棱镜单色仪，低压汞灯（带镇流器），读数照明反射镜，读数照明小电珠（带变压器），聚光透镜（带底座），读数显微镜（带支架），长曲线绘图设备 四．实验原理：单色仪是一种分光仪器，它通过色散元件的分光作用，能输出一系列独立的、光谱区间足够狭窄的单色光，且所输出的单色光的波长可根据需要调节． 主要有三部分组成：由入射缝S1和凹面镜M1组成入射准直系统，以产生平行光束；由玻璃棱镜 P组成色散系统，在它的旁边还附一块平面反射镜M，由凹面镜M2和出射缝S2组成出射聚光系统，将棱镜分出的单色平行光汇聚在出射缝上。随着棱镜台绕O轴转动，以最小偏向角通过棱镜的光束的波长也跟着改变，当最小偏向角由小变大时，从S2输出的单色光的波长将依次由长变短． 单色仪能输出不同波长的单色光，是依赖于棱镜台的转动才得以实现的．棱镜台的位置是由鼓轮刻度标志的，而鼓轮刻度的每一数值都是和一定波长的单色光输出相对应．因此，必须制作单色仪的鼓轮读数和对应光波波长的关系曲线——定标曲线（又称色散曲线），一旦鼓轮读数确定，便可从定标曲线上查知输出单色光的中心波长．单色仪定标曲线的定标是借助于波长已知线光谱光源来进行的．本实验用汞灯来做为已知线光谱的光源，在可见光区域（400 nm 760nm）进行定标． 五．实验步骤：1. 汞灯光源与入射狭缝S1之间放一会聚透镜L1．调节光源与透镜的位置、高低和左右，使光源成像在S1上． 2. 出射狭缝S2处直接用眼观察出射光，并转动鼓轮，可看到红、
可打捞式的YST-48R海蓝正脉冲无线随钻测斜仪 第一节仪器概况和性能指标 一、仪器概况 YST-48R是海蓝公司生产的可打捞式的正脉冲无线随钻测斜仪。 该仪器是将定向探管内传感器测得的井下参数按照一定的方式进行编码，产生脉冲信号，该脉冲信号控制脉冲发生器伺服阀阀头的运动，利用循环流动的泥浆使脉冲发生器主阀阀头产生同步的运动，这样就控制了主阀阀头与下面循环套内安装的限流环之间的泥浆流通面积。在主阀阀头提起状态下，钻柱内的泥浆可以较顺利地从限流环通过；在主阀阀头压下状态时，泥浆流通面积减小，从而在钻柱内产生了一个正的泥浆压力脉冲。定向探管产生的脉冲信号控制着主阀阀头提起或压下状态的时间，从而控制了脉冲的宽度和间隔。主阀阀头与限流环之间的泥浆流通面积决定着信号的强弱，我们可以通过选择主阀阀头的外径和限流环的内径尺寸来控制信号强弱，使之适用于不同井眼、不同排量、不同井深的工作环境。实际上，整个过程涉及到如何在井下获得参数以及如何将这些数据输送到地面，这两个功能分别由探管和泥浆脉冲发生器完成。 1. 定向探管 YST-48R可以选配两种定向探管，主要的区别在于传感器的不同，一种选
用了磁液悬浮加速度计，另一种选用了石英加速度计。两种探管各有优缺点，一般来说，磁液悬浮加速度计在油田仪器中使用时间较长，技术比较成熟，石英加速度计近几年来在油田仪器中得到了应用，主要优点是精度较高，用户可以根据自己的情况选配。两种定向探管的性能指标如下：井斜：±0.2°（磁悬浮） ±0.1°（石英） 方位：±1.5°（磁悬浮） ±1.0°（石英） 工具面：±1.5°（磁悬浮） ±1.0°（石英） 最大数据存储能力： 45000组 2. 其它性能指标及使用条件要求 最高工作温度：125℃ 仪器外筒抗压：100MPa 抗压筒外径：φ48mm 仪器总长：6.9m（无伽玛） 8.8m（有伽玛） 电池工作时间：150小时（无伽玛，常温105℃） 120小时（有伽玛，常温105℃） 220小时（无伽玛，高温电池150℃） 180小时（有伽玛，高温电池150℃）
GE部分 一、填空题 1、GE-MWD的脉冲信号是依靠改变信号蘑菇头与下面的限流环之间的泥浆流通面积产生的 2、GE-MWD配有两种扶正器,是弹簧钢片式橡胶式扶正器。 3、GE-MWD地面仪器主要有PC机远程信号终端防爆电源箱。 4、GE-MWD井下仪器主要有电池筒电子筒脉冲发生器/驱动器。 5、一筒新电池电压读数一般为28~29伏. 6、GE-MWD井下仪器总成包括循环短节、循环套总成、驱动器/脉冲发生器 总成、电池筒、电子筒、中间联接模块。 7、GE-MWD井下仪器中，循环套总成包括循环套本体、限流环、限流环承座 和键用于仪器的座键及产生泥浆压力脉冲。 8、GE-MWD井下仪器中，探管作用是测量，处理原始数据、控制传输井斜、 方位、工具面、井下测试等参数。 9、GE-MWD井下仪器中，循环套规格分为三种，分别是6-1/2"、4-3/4"、 3-1/2"可根据井眼尺寸来选择循环套的种类。 10、GE-MWD井下仪器中，限流环的内径可分为 1.28"、1.35"、1.4"、1.5" 四种规格。 11、GE-MWD井下仪器中，磨茹头外径可分为 1.122"、1.086"、1.040"三 种规格。 12、如果按常规的驱动器/脉冲发生器+电池筒+打捞头总成进行仪器的组装， 那么传感器测点位置至循环短节下端的距离为 5.4m ，如果按其它方式连接井下仪器需量出测点距传感器下端12英寸处至循环短节下端面的距离，再将此加上循环短节以下的钻具长度即可测出测点与钻头位置差值。 13、进行井下仪器总成的地面模拟测试时，应把脉冲发生器上的小滤网 卸下。 14、往钻台上吊拉仪器时，操作人员必须站在仪器杆的一侧，双手扶 住引鞋的上部不能让引鞋在地面上滑行，以免损坏POPPET。15、仪器放入无磁钻铤前，先将引鞋护帽摘下，再将仪器缓慢地 放入无磁钻铤，如使用橡胶式扶正器，下入过程中，在扶正块端面抹上铅油。 16、GE-MWD仪器高边测量时，应用仪器高边投影线逆时针方向旋转 到马达或弯接头高边刻线的弧长／马达弯接头的周长＊360度。 二、选择题 1、 GEDT的测量采集模式为：（A） A 停泵测量 B 开泵测量 C 两者均可 D 无所谓 2、GEDT探管中有几个加速度计（A） A 三个 B 两个 C 一个 D 四个 3、GEDT中，蘑菇头有（A）种 A 四种 B 三种 C 两种 D五种 4、循环套的规格分为三种，他们分别是（B）
物理仿真实验实验报告
光电效应和普朗克常量的确定 一、实验简介 1905年，年仅26岁的爱因斯坦提出光量子假说，发表了在物理学发展史上具有里程碑意义的光电效应理论，10年后被具有非凡才能的物理学家密里根用光辉的实验证实了。两位物理大师之间微妙的默契配合推动了物理学的发展，他们都因光电效应等方面的杰出贡献分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理学奖。 光电效应实验及其光量子理论的解释在量子理论的确立与发展上，在揭示光的波粒二象性等方面都具有划时代的深远意义。利用光电效应制成的光电器件在科学技术中得到广泛的应用，并且至今还在不断开辟新的应用领域，具有广阔的应用前景。 二、实验目的 （1）了解光电效应基本规律，加深对光量子论的认识和理解； （2）了解光电管的结构和性能，并测定其基本特性曲线； （3）验证爱因斯坦光电效应方程，并测量普朗克常量。 三、实验原理 当光照在物体上时，光的能量仅部分地以热的形式被物体吸收，而另一部分则转换为物体中某些电子的能量，使电子逸出物体表面，这种现象称为光电效应，逸出的电子称为光电子。在光电效应中，光显示出它的粒子性质，所以这种现象对认识光的本性，具有极其重要的意义。 光电效应实验原理如图1所示。其中S为真空光电管，K为阴极，A为阳极。当无光照射阴极时，由于阳极与阴极是断路，所以检流计G中无电流流过，当用一波长比较短的单色光照射到阴极K上时，形成光电流，光电流随加速电位差U 变化的伏安特性曲线如图2所示。 1.光电流与入射光强度的关系
光电流随加速电位差U 的增加而增加，加速电位差增加到一定量值后，光电流达到饱和值H I ，饱和电流与光强成正比，而与入射光的频率无关。当K A U U U -=变成负值时，光电流迅速减小。实验指出，有一个遏止电位差a U 存在，当电位差达到这个值时，光电流为零。 2.光电子的初动能与入射光频率之间的关系 光电子从阴极逸出时，具有初动能。在减速电压下，光电子在逆着电场力方向由K 极向A 极运动。当 a U U =时，光电子不再能达到A 极，光电流为零。所以电子的初动能等于它克服电场力所作的功。即 a eU mv =22 1 (1) 根据爱因斯坦关于光的本性的假设，光是一粒一粒运动着的粒子流，这些光粒子称为光子。每一光子的能量为hv =ε，其中h 为普朗克常量，v 为光波的频率。所以不同频率的光波对应光子的能量不同。光电子吸收了光子的能量hv 之后，一部分消耗于克服电子的逸出功A ，另一部分转换为电子动能。由能量守恒定律可知 A mv hv += 22 1 (2) 式（2）称为爱因斯坦光电效应方程。 由此可见，光电子的初动能与入射光频率v 成线性关系，而与入射光的强度无关。 3.光电效应有光电阈存在 实验指出，当光的频率0v v <时，不论用多强的光照射到物质都不会产生光电效应，根据式（2），h A 0=v ，0v 称为红限。 爱因斯坦，光电效应方程同时提供了测普朗克常量的一种方法：由式（1）和（2）可得： A U e hv +=||α。当用不同频率（n v v v v ,,,,321 ）的单色光分别 做光源时，就有 A U e hv +=||11 A U e hv +=||22 A U e hv n n +=|| 任意联立其中两个方程就可得到 j i j i v v U U e h --=) ( 由此若测定了两个不同频率的单色光所对应的遏止电位差即可算出普朗克常量，也可由v U -α直线的斜率求出h 。
有线随钻测斜仪操作规程 ----YST系列探管 一、准备与检查： 1、检查： (1)电缆滚筒绞车： A、蓄电池电压12—14伏 B、仪器仓内操作手柄完好，其位置分别在： a、液压总阀关闭 b、油门的柄在低速位置 c、滚筒操作手柄在中间位置 d、档位手柄在空档位置 e、刹车手柄在刹车位置 C、排绳器、计数器完好。 D、空调设备完好、仪器仓工作温度能控制在10--30°C。 E、动力系统、液压传动系统完好。 F、电缆绝缘性能可靠。 (2)探管和地面仪器： A、记录探管，探管应无外伤、无弯曲变形、外壳清洁。 B、连接YST探管及地面仪器(接口电源箱、计算机、打印机、司 钻显示器等)、检查无误后接通电源、仪器应能执行计算机键 盘指令、司钻显示器显示的井斜角、方位角和工具面应与计算 机上的显示数据一致。 C、司显器外壳密封良好。 (3)外筒部分： A、探管边线接头： a、密封圈完好。 b、清洗所有触点。 c、用万用表测量两端点及壳体应无断路、无漏电。 B、外筒： a、无弯曲变形和损伤。 b、两端螺纹完好、带有螺纹堵头。 c、外筒内壁清洁。 C、加长杆总成： a、定向减震器弹簧无变形，带有保护套。 b、调整件、密封圈完好。 c、加长杆完好、无变形、根据防磁干扰需要确定长度。
d、各螺纹连接牢固。 e、定向引鞋与循环套相匹配。 D、电缆头： a、螺纹完好，本体无裂纹，电缆根部无断丝。 b、触点清洁。 c、螺纹、密封圈完好，有保护套。 d、内部连接牢固，绝缘可靠。 (4)循环头和手压泵： A、循环头本体、螺纹无裂伤，各轴承处润滑良好，转动灵活。 B、清洁液压缸套并放松弹簧。 C、电缆橡胶密封件内径小于12mm。 D、手压泵完好，加足液压油。 E、液压管线的接头清洁，密封可靠。 F、配合由壬与水龙带由壬相匹配，密封圈完好。 (5)长吊环及滑轮： A、两只吊环的有效长度误差在允许范围内，无损伤。 B、天滑轮、地滑轮，电缆张紧装置用滑轮转动灵活，本体无损伤， 销轴止推销完好。 2、施工前的准备： (1)在距井架大门前25米外摆放电缆绞车，要求场地平整，安全，不 影响其他施工，后轮子垫木，接通220伏电源，绞车接地线。 (2)安装天滑轮、地滑轮的要求：用直径12.5--15.6mm钢丝绳固定天 滑轮和地滑轮，其位置应与电缆绞车的中心线在同一垂直平面内。 (3)了解如下资料： A、该地区的地磁强度、地磁倾角和磁偏角。 B、测量井段、井眼尺寸、套管尺寸及下深、造斜点位置、井底井 斜角、方位角、要求随钻作业达到的井斜角、方位角。 C、钻具结构、钻头类型、弯接头度数、钻井液性能及井底温度。 二、现场安装： 1、更换吊环：用长吊环替换3200米以下钻机的配套吊环。 2、滑轮与循头： (1)将天滑轮和电缆一同吊起挂在井架上，其距转盘面的距离不小于 35米处固定牢固，锁住天滑轮保险锁并使其不左右摆动。 (2)地滑轮用3/4"钢丝绳套固定在鼠洞前方(约1.2米处)并用支架支撑。 (3)安装电缆张紧轮。 (4)在小鼠洞内将循环头与钻杆单根连接并用吊钳紧扣。
单色仪的定标 物理学院华远杰实验目的 1.了解棱镜单色仪的构造、原理和使用方法； 2.以汞灯的主要谱线为基准，对单色仪在可见光区进行定标； 3.掌握用单色仪测定滤光片光谱透射率的方法。 仪器和用具 反射式棱镜单色仪、汞灯、光电池、灵敏电流计、（移测）显微镜、滤光片、会聚透镜、电源、自耦变压器、钨合金灯泡。 实验原理 简而言之，单色仪的工作原理是通过棱镜对光的色散作用，使不同波长的光随着棱镜的转动依次从单色仪的孔中射出，并在显微镜中被观察到。棱镜的转动由单色仪的一个鼓轮控制，鼓轮上有类似螺旋测微器的刻度，不同的刻度可对应不同波长的光射出时的棱镜的位置，即满足光的波长与鼓轮读数的一一对应关系。当测得足够多的谱线的波长与鼓轮读数时，即可在坐标纸上绘出单色仪的定标曲线（色散曲线）。 关于光谱半宽度的测定，让连续光源发出的光经过凸透镜后再由一绿色滤光片进入单色仪。将上面提到过的显微镜换成一光电池，并将光电池两极连接在调平后的检流计上。光线从单色仪中射出照到光电池时，光电池将产生电流，使检流计发生偏转。通过检流计偏转的格数来反映光强度。因为同一滤光片对不同频率的光的透射能力不同，所以检流计的偏转存在一个最大值，最大值的二分之一对应有两个波长，这两个波长的差值即为该光的半宽度。 实验内容 1.调节汞灯，凸透镜，单色仪的单缝等高同轴，适当调整凸透镜和光源的位置，使光 源在单缝处成清晰的，指甲盖大小的像，并均匀分布于单缝两侧； 2.调整单缝宽度，转动鼓轮使单色仪的出光口能看到光线； 3.调整显微镜的位置，使视野中出现入射光色散形成的亮场，调整目镜焦距和单缝宽
度，直至出现分离的，清晰的谱线； 4.对比汞发射光谱，确认可计数的谱线的数量，若数量不足，重复上述实验步骤； 5.调整鼓轮位置，使显微镜的叉丝位于光谱最外侧的一条谱线的中心处，记录此时鼓 轮的位置； 6.沿同一方向转动鼓轮，分别记录每一条谱线对应的鼓轮的位置； 7.绘制单色仪的定标曲线； 8.在单缝前加一块滤光片，撤去显微镜，接上光电池并将光电池与调平的检流计连接； 9.转动鼓轮，记录检流计偏转最大的时刻鼓轮的位置和偏转在最大值的一半时的鼓轮 位置。 实验数据 用MATLAB对数据进行拟合，并绘制如下曲线
2009年 第7期 物流工程与管理 第31卷 总第181期 LOGISTICS ENGINEERING AND MANAGEMENT 【收稿日期】2009-06-28 【作者简介】胡立强（1978-），男，硕士，助教，研究方向：嵌入式在自动化中应用。 ?物流技术? 测斜仪的设计与实现 □ 胡立强，闫德立，石彦辉，何朝峰 （石家庄铁道学院，河北 石家庄 050043） 【摘 要】测斜仪是一种能有效的精确地测量土层内部水平位移或变形的工程检测仪器，应用其工作原理同样可以检测临时或永久性地下结构(如桩、连续墙、沉井等)周壁的深层次水平位移及倾斜角度。文中介绍了该仪器的工作原理、组成模块及各机构之间的相互联系。 【关键词】测斜仪；水平位移；地下结构 【中图分类号】 TP206+ 1 【文献标识码】 b 【文章编号】 1674-4993（2009）07-0062-02 Design and Realization of Clinoretee □ HU Li-qiang, YAN De-li, SHI Yan-hui, HE Chao-feng(Shijiazhuang Railway Institute, Shijiazhuang 050043，China) 【Abstract】Clinoretee is a kind of effective accurately measuring soil horizontal displacement or inside. According the principle of its work,it can also be temporary or permanent detection of underground structure (such as pile, continuous wall, open caisson, etc.) weeks of the wall and the Angle displacement of deep level. This paper introduces the working principle and composition of the instrument module and the relationship between agencies. 【Key words】Clinoretee；Horizontal displacement；Underground structure 1 引言 测斜技术是确定物体在空间的倾斜和倾向的专门技术，它应用于空间飞行器的惯性测量系统、岩体倾向判断、土程钻孔轨迹监测等许多方面。若在岩体上使用，一般选取岩体表面以下一定深度的位置作为相对稳定点，每隔一定距离观测该段岩体的倾斜度变化，从而推算得到水平位移，并最终可得到每个测点相对于稳定点的水平位移，及早地了解深层岩体的运行变化状况，掌握边坡岩体的内在运行形态，如发现异常，即可采取有效措施。 2 测斜仪的工作原理 测斜仪的测斜原理是通过测头传感器加速度计测量重力矢量g 在测头轴线垂直而上的分量大小，确定测头轴线相对水平的倾斜角，据此计算出测头相对水平面的垂直位移。当测头处于竖直状态时，测头中的传感器处于零位，石英饶性伺服加速度计的敏感轴处于水平状态，矢量g 在感敏轴上的投影为零，此时的加速度计输出值为零，称为零偏，一般情况下零偏总是存在的。当加速度计与水平面存在一倾角度时，加速度计输出一个电压信号:01sin k g k U out +=θ。 测量时，当测头在测斜导管内自下而上以一定间距(可设定0.5 m)逐段滑动测量时，测头内的传感器敏感地反映出测斜导管在每一深度处的倾斜角度变化，从而得到测斜导管每段连续变化的水平位移增量?i，即?i=L sin θ，式中L 为测点间距，把每段的水平位移增量自下而上逐段累加，便得到不同深度及孔口的总位移量δ i=?i =∑θsin L 。测斜仪经过单片机控制模块 分析及处理，直接在液晶屏上显示被测点的水平位移量值?x 和倾角θ变化量。 3 硬件设计 测斜仪系统以单片机为控制核心，以相应的传感器为测试手段，以A/D 转换器作为模数转换的工具，以显示器件进行相关参数显示，以相应的通信手段搭建起单片机与计算机的桥梁，最终实现基于单片机的高精度测斜仪系统。 3.1 系统硬件的总体结构 根据随钻测斜仪的数学模型及测试功能，整个系统可以划分为四部分:A/D 数据采集，单片机控制，液晶显示和计算机，如图1所示。A/D 部分实现对七路传感器模拟信号的采集与数字转换。单片机部分为整个系统的核心，控制A/D 进行数据采集，对采集信号进行处理，控制液晶显示，并通过RS232与计算机通信。 图1 测斜系统框图 3.2 主板电路的设计 主板电路以89C51单片机为控制中心，实现了将测量采集到的信号数据进行A/D 转换后，输入到单片微控制器中