一种双光源微小位移的测量方法，包括以下步骤：步骤1，微小位移测量装置的组装；步骤2，调整上、下可动发光镜处于零光程差位置；步骤3，在观察屏上同时出现绿色与红色各两排光斑；步骤4，通过转动螺丝调整上、下固定反射镜的角度，在观察屏上观察到不清晰的干涉光圈；步骤5，调整出清晰但不完整的绿色与红色干涉光圈；步骤6，调整出同心圆环绿色与红色干涉光圈；步骤7，加热待测物体，移动上可动反射镜和下可动反射镜，出现两种光圈吞吐情况；步骤8，通过高速摄像机记录绿色和红色干涉光圈的吞吐数，并通过计算机处理后期图像；步骤9，计算位移量。通过本发明方法计算可以将测量位移的精度提高到原迈克尔逊干涉仪的三倍以上。
1.一种双光源微小位移的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将绿光源迈克尔逊干涉仪安装于底座的上表面，在绿光源迈克尔逊干涉仪的上表面通过固定架安装红光源迈克尔逊干涉仪，使红光源迈克尔逊干涉仪和绿光源迈克逊干涉仪相对固定，在底座上表面安装固定装置，固定装置与观察屏相对设置；高速摄像机架设于地面上，且位于底座一侧设置，用于记录光圈的变化情况；
步骤2，调整红光源迈克尔逊干涉仪上的上可动反射镜及绿光源迈克尔逊干涉仪上的下可动反射镜的位置，使得上可动反射镜和下可动反射镜均处于零光程差位置，使得观察屏上的干涉光圈易于观察；
步骤3，打开绿光源迈克逊干涉仪上的绿光源激光器及红光源迈克尔逊干涉仪上的氦氖激光器，发出绿色光束及红色光束，调整绿光源激光器及氦氖激光器的倾角与高度，使其射出的绿色光束透过下分光镜的中心位置，红色光束透过上分光镜的中心位置，在下分光镜和上分光镜的作用下，绿色光束和红色光束的一部分分别反射到了下可动反射镜和上可动反射镜上，经过下可动反射镜和上可动反射镜的反射后通过下分光镜和上分光镜射到观察屏上；绿色光束和红色光束的另一部分分别透过下补偿板和上补偿板的中心位置，垂直地射到下固定反射镜和上固定反射镜上，经过下固定反射镜和上固定反射镜的反射，透过下补偿板和上补偿板后，通过下分光镜和上分光镜反射后射到观察屏上；从而在观察屏上同时出现绿色与红色各两排光斑；
步骤4，分别转动绿光源迈克尔逊干涉仪上的下固定反射镜与红光源迈克尔逊干涉仪上的上固定反射镜背后的两颗螺丝，通过转动螺丝调整下固定反射镜和上固定反射镜的角度，直至观察屏上绿色和红色的各自两排光斑中最亮的两个绿色光斑以及两个最亮的红色光斑重合，在绿色光斑与红色光斑的重叠区处观察到不清晰的干涉光圈；
步骤5，将下扩束镜和上扩束镜分别放置在绿光源激光器和氦氖激光器的激光出射口处，并再次调整绿光源激光器和氦氖激光器的高度，使得观察屏上出现清晰但不完整的绿色干涉光圈与红色干涉光圈；
步骤6，分别转动绿光源迈克尔逊干涉仪和红光源迈克尔逊干涉仪上的细调螺杆，直至在观察屏的中心位置上观察到完整的同心圆环绿色与红色干涉光圈；
步骤7，将待测量线胀系数的待测物体放置在固定装置的金属块的待测物体安装孔内，在金属块四个电加热棒安装孔内装入电加热棒，在金属块的温度测量孔内装入温度传感器，温度传感器用来记录待测物体的温度，电加热棒和金属块均匀加热待测物体，通过待测物体的膨胀推动上可动反射镜和下可动反射镜做微小的移动；当上可动反射镜和下可动反射镜移动时，会出现两种光圈吞吐情况，一种是在开始测试点处首先吞吐绿色干涉光圈再吞吐红色干涉光圈，一种是在开始测试点处先吞吐红色干涉光圈再吞吐绿色干涉光圈；
步骤8，用高速摄像机记录绿色干涉光圈和红色干涉光圈的吞吐数，借助视频软件来读取具体数据，并通过计算机处理后期图像；将本身为两个独立的图像，处理在一起方便比较；
当在开始测量点首先吞吐绿色干涉光圈时，采用公式（1）进行计算，如下：
其中：Δx为位移量， 为红光波长， 为绿光波长，x为从开始点测量到终止测量点的绿色干涉光圈的吞吐圈数，y为开始测量点到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间绿色干涉光圈走过的圈数，z为第一次吞吐绿色干涉光圈的时刻到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间红色干涉光圈走过 圈的数量；
当在开始测量点首先吞吐红色干涉光圈时，采用公式（2）进行计算，如下：
其中：Δx为位移量， 为红光波长， 为绿光波长，x为从开始测量点到终止测量点的红色干涉光圈的吞吐圈数，y为开始测量点到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间红色干涉光圈走过的圈数，z为第一次吞吐红色干涉光圈的时刻到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间绿色干涉光圈走过 圈的数量。
2.根据权利要求1所述的一种双光源微小位移的测量方法，其特征在于：步骤1所述的固定装置包括金属板、金属块，所述金属板与金属块通过螺栓固定在底座上，且金属块较金属板靠近绿光源迈克尔逊干涉仪设置，在金属块上分别开设有待测物体安装孔、电加热棒安装孔及温度测量孔，所述待测物体安装孔位于金属块的中心处，电加热棒安装孔位于金属块的四角处，温度测量孔位于同一直线上设置的两个电加热棒安装孔之间的金属块上。
双光源微小位移的测量方法
技术领域
[0001] 本发明属于物理实验仪器技术领域，特别涉及一种双光源微小位移的测量方法，且适合物理实验教学和微小位移的测量。
背景技术
[0002] 迈克尔逊干涉仪，是由迈克尔逊和莫雷为了研究“以太”飘移而制造出来的精密光学仪器。并且证明了以太并不存在，解决了一朵十九世纪末经典物理学天空中的乌云。并且人类在2015年首次检测到引力波，所使用的激光干涉引力波探测器的原理就是通过迈克尔逊干涉仪来测量引力波引起的激光光程变化。迈克尔逊干涉仪常常被用于测量透明物质的折射率和微小的位移，但因为迈克尔逊干涉仪的本身的性质，测量位移时的准确性有一定限制。
[0003] 普通的迈克尔逊干涉仪测量微小位移时，被测物体会进行位移。随着物体的位移，迈克尔逊干涉仪的可动反射镜会随之移动，导致两束相干的光线的光程差发生改变。结果就是干涉图像的光圈发生移动吞吐的现象。通过数圈数的变化，我们就可以知道位移是多少。但是这个过程中只能将测量整数的圈数，也就是的精度只能精确到二分之一个波长的大小，并且只能通过人眼来数走过的圈数，很容易出现数错的情况，并且通过数圈数也比较浪费时间，当我们需要测量更精准的数据时，普通的迈克尔逊干涉仪无法测量。
发明内容
[0004] 为了解决上述问题，受到游标卡尺的启发，我们在普通的迈克尔逊干涉仪的基础上进行了改装，通过增加一个与红光源迈克逊干涉仪不同波长的绿光源迈克尔逊干涉仪，其中红光源迈克逊干涉仪的红光波长为622-720nm，绿光源迈克尔逊干涉仪的绿光波长为492-577nm，并且在可移动一臂上加装了固定装置，以减少机械上的精度上的损失，并且装置了高速摄像机来准确记录两个干涉光圈的变化，设计了一种双光源的微小位移测量装置，当可动反射镜移动时，由于两个移动臂是连接在一起的，两个不同波长的光的光程差改变是相同的，那么两个不同波长的光所形成的圆环状干涉光圈所变化的圈数不同。当发生微小位移时，绿色的条纹会比红色条纹移动的圈数多。通过高速摄像机的辅助，将波长更小的绿光干涉光圈分为三份，并且通过光圈的移动来记录下物体的位移，这时我们可根据红光与绿光的波长之间的关系准确算出位移的大小。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种双光源微小位移的测量方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，将绿光源迈克尔逊干涉仪安装于底座的上表面，在绿光源迈克尔逊干涉仪的上表面通过固定架安装红光源迈克尔逊干涉仪，使红光源迈克尔逊干涉仪和绿光源迈克逊干涉仪相对固定，在底座上表面安装固定装置，固定装置与观察屏相对设置；高速摄像机架设于地面上，且位于底座一侧设置，用于记录光圈的变化情况；
[0008] 步骤2，调整红光源迈克尔逊干涉仪上的上可动反射镜及绿光源迈克尔逊干涉仪上的下可动反射镜的位置，使得上可动反射镜和下可动反射镜均处于零光程差位置，使得观察屏上的干涉光圈易于观察；
[0009] 步骤3，打开绿光源迈克逊干涉仪上的绿光源激光器及红光源迈克尔逊干涉仪上的氦氖激光器，发出绿色光束及红色光束，调整绿光源激光器及氦氖激光器的倾角与高度，使其射出的绿色光束透过下分光镜的中心位置，红色光束透过上分光镜的中心位置，在下分光镜和上分光镜的作用下，绿色光束和红色光束的一部分分别反射到了下可动反射镜和上可动反射镜上，经过下可动反射镜和上可动反射镜的反射后通过下分光镜和上分光镜射到观察屏上；绿色光束和红色光束的另一部分分别透过下补偿板和上补偿板的中心位置，垂直地射到下固定反射镜和上固定反射镜上，经过下固定反射镜和上固定反射镜的反射，透过下补偿板和上补偿板后，通过下分光镜和上分光镜反射后射到观察屏上；从而在观察屏上同时出现绿色与红色各两排光斑；
[0010] 步骤4，分别转动绿光源迈克尔逊干涉仪上的下固定反射镜与红光源迈克尔逊干涉仪上的上固定反射镜背后的两颗螺丝，通过转动螺丝调整下固定反射镜和上固定反射镜的角度，直至观察屏上绿色和红色的各自两排光斑中最亮的两个绿色光斑以及两个最亮的红色光斑重合，在绿色光斑与红色光斑的重叠区处观察到不清晰的干涉光圈；
[0011] 步骤5，将下扩束镜和上扩束镜,分别放置在绿光源激光器和氦氖激光器的激光出射口处，并再次调整绿光源激光器和氦氖激光器的高度，使得观察屏上出现清晰但不完整的绿色干涉光圈与红色干涉光圈；
[0012] 步骤6，分别转动绿光源迈克尔逊干涉仪和红光源迈克尔逊干涉仪上的细调螺杆，直至在观察屏的中心位置上观察到完整的同心圆环绿色与红色干涉光圈；
[0013] 步骤7，将待测量线胀系数的待测物体放置在固定装置的金属块的待测物体安装孔内，在金属块四个电加热棒安装孔内装入电加热棒，在金属块的温度测量孔内装入温度传感器，温度传感器用来记录待测物体的温度，电加热棒和金属块均匀加热待测物体，通过待测物体的膨胀推动上可动反射镜和下可动反射镜做微小的移动；当上可动反射镜和下可动反射镜移动时，会出现两种光圈吞吐情况，一种是在开始测试点处首先吞吐绿色干涉光圈再吞吐红色干涉光圈，一种是在开始测试点处先吞吐红色干涉光圈再吞吐绿色干涉光圈；
[0014] 步骤8，用高速摄像机记录绿色干涉光圈和红色干涉光圈的吞吐数，借助视频软件来读取具体数据，并通过计算机处理后期图像；将本身为两个独立的图像，处理在一起方便比较；
[0015] 步骤9，计算实验结果：
[0016] 当在开始测量点首先吞吐绿色干涉光圈时，采用公式(1)进行计算，如下：
[0017]
[0018] 其中：Δx为位移量，λ1为红光波长，λ2为绿光波长，x为从开始点测量到终止测量点的绿色干涉光圈的吞吐圈数，y为开始测量点到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间绿色干涉光圈走过的圈数，z为第一次吞吐绿色干涉光圈的时刻到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间红色干涉光圈走过 圈的数量；
[0019] 当在开始测量点首先吞吐红色干涉光圈时，采用公式(2)进行计算，如下：
[0020]
[0021] 其中：Δx为位移量，λ1为红光波长，λ2为绿光波长，x为从开始测量点到终止测量点的红色干涉光圈的吞吐圈数，y为开始测量点到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间红色干涉光圈走过的圈数，z为第一次吞吐红色干涉光圈的时刻到红色干涉光圈和绿色干涉光圈同时吞吐处之间绿色干涉光圈走过 圈的数量。
[0022] 步骤1所述的固定装置包括金属板、金属块，所述金属板与金属块通过螺栓固定在底座上，且金属块较金属板靠近绿光源迈克尔逊干涉仪设置，在金属块上分别开设有待测物体安装孔、电加热棒安装孔及温度测量孔，所述待测物体安装孔位于金属块的中心处，电加热棒安装孔位于金属块的四角处，温度测量孔位于同一直线上设置的两个电加热棒安装孔之间的金属块上。
[0023] 本发明的有益效果为：本发明双光源微小位移的测量方法避免了人眼读数的误差，使得精确度得到提高；提供了测量线胀系数与液体折射率等实验的新方法；通过本发明方法计算可以将测量位移的精度提高到原迈克尔逊干涉仪的三倍以上。
附图说明
[0024] 图1为本发明双光源微小位移的测量装置结构示意图；
[0025] 图2为本发明双光源微小位移的测量装置中的固定装置结构示意图；
[0026] 图3为本发明双光源微小位移的测量装置经处理后的开始测量点图像示意图；
[0027] 图4为本发明双光源微小位移的测量装置经处理后的终止测量点图像示意图；
[0028] 1-绿光源激光器，2-氦氖激光器，3-上扩束镜，4-下扩束镜，5-上分光镜，6-下分光镜，7-上补偿板，8-下补偿板，9-上可动反射镜，10-下可动反射镜，11-上固定反射镜，12-下固定反射镜，13-观察屏，14-固定装置，1401-金属板，1402-金属块，15-待测物体，16-电加热棒，17-温度传感器，18-底座，19-红色干涉光圈，20-绿色干涉光圈。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0030] 一种双光源微小位移的测量方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤1，将绿光源迈克尔逊干涉仪安装于底座18的上表面，在绿光源迈克尔逊干涉仪的上表面通过固定架安装红光源迈克尔逊干涉仪，使红光源迈克尔逊干涉仪和绿光源迈克逊干涉仪相对固定，在底座18上表面安装固定装置14，固定装置14与观察屏13相对设置；高速摄像机架设于地面上，且位于底座18一侧设置，用于记录光圈的变化情况，如图1所示；
[0032] 步骤2，调整红光源迈克尔逊干涉仪上的上可动反射镜9及绿光源迈克尔逊干涉仪上的下可动反射镜10的位置，使得上可动反射镜9和下可动反射镜10均处于零光程差位置，使得观察屏13上的干涉光圈易于观察；
[0033] 步骤3，打开绿光源迈克逊干涉仪上的绿光源激光器1及红光源迈克尔逊干涉仪上的氦氖激光器2，发出绿色光束及红色光束，调整绿光源激光器1及氦氖激光器2的倾角与高度，使其射出的绿色光束透过下分光镜6的中心位置，红色光束透过上分光镜5的中心位置，在下分光镜6和上分光镜5的作用下，绿色光束和红色光束的一部分分别反射到了下可动反射镜10和上可动反射镜9上，经过下可动反射镜10和上可动反射镜9的反射后通过下分光镜6和上分光镜5射到观察屏13上；绿色光束和红色光束的另一部分分别透过下补偿板8和上补偿板7的中心位置，垂直地射到下固定反射镜12和上固定反射镜11上，经过下固定反射镜
12和上固定反射镜11的反射，透过下补偿板8和上补偿板7后，通过下分光镜6和上分光镜5反射后射到观察屏13上；从而在观察屏13上同时出现绿色与红色各两排光斑；
[0034] 步骤4，分别转动绿光源迈克尔逊干涉仪上的下固定反射镜12与红光源迈克尔逊干涉仪上的上固定反射镜11背后的两颗螺丝，通过转动螺丝调整下固定反射镜12和上固定反射镜11的角度，直至观察屏13上绿色和红色的各自两排光斑中最亮的两个绿色光斑以及两个最亮的红色光斑重合，在绿色光斑与红色光斑的重叠区处观察到不清晰的干涉光圈；
[0035] 步骤5，将下扩束镜4和上扩束镜3分别放置在绿光源激光器1和氦氖激光器2的激光出射口处，并再次调整绿光源激光器1和氦氖激光器2的高度，使得观察屏13上出现清晰但不完整的绿色干涉光圈20与红色干涉光圈19；
[0036] 步骤6，分别转动绿光源迈克尔逊干涉仪和红光源迈克尔逊干涉仪上的细调螺杆，直至在观察屏13的中心位置上观察到完整的同心圆环绿色与红色干涉光圈19；
[0037] 步骤7，将待测量线胀系数的待测物体15放置在固定装置14的金属块1402的待测物体安装孔内，在金属块1401四个电加热棒安装孔内装入电加热棒16，在金属块1402的温度测量孔内装入温度传感器17，温度传感器17用来记录待测物体15的温度，电加热棒16和金属块1402均匀加热待测物体15，通过待测物体15的膨胀推动上可动反射镜9和下可动反射镜10做微小的移动；当上可动反射镜9和下可动反射镜10移动时，会出现两种光圈吞吐情况，一种是在开始测试点处首先吞吐绿色干涉光圈20再吞吐红色干涉光圈19，一种是在开始测试点处先吞吐红色干涉光圈19再吞吐绿色干涉光圈20；
[0038] 步骤8，用高速摄像机记录绿色干涉光圈20和红色干涉光圈19的吞吐数，借助视频软件来读取具体数据，并通过计算机处理后期图像；将本身为两个独立的图像，处理在一起方便比较；
[0039] 步骤9，计算实验结果：
[0040] 当在开始测量点首先吞吐绿色干涉光圈20时，采用公式(1)进行计算，如下：
[0041]
[0042] 其中：Δx为位移量，λ1为红光波长，λ2为绿光波长，x为从开始点测量到终止测量点的绿色干涉光圈20的吞吐圈数，y为开始测量点到红色干涉光圈19和绿色干涉光圈20同时吞吐处之间绿色干涉光圈20走过的圈数，z为第一次吞吐绿色干涉光圈20的时刻到红色干涉光圈19和绿色干涉光圈20同时吞吐处之间红色干涉光圈19走过 圈的数量；
[0043] 当在开始测量点首先吞吐红色干涉光圈19时，采用公式(2)进行计算，如下：
[0044]
[0045] 其中：Δx为位移量，λ1为红光波长，λ2为绿光波长，x为从开始测量点到终止测量点的红色干涉光圈19的吞吐圈数，y为开始测量点到红色干涉光圈19和绿色干涉光圈20同时吞吐处之间红色干涉光圈19走过的圈数，z为第一次吞吐红色干涉光圈19的时刻到红色干涉光圈19和绿色干涉光圈20同时吞吐处之间绿色干涉光圈20走过 圈的数量，如图3和图4所示。
[0046] 步骤1所述的固定装置14包括金属板1401、金属块1402，所述金属板1401与金属块1402通过螺栓固定在底座18上，且金属块1402较金属板1401靠近绿光源迈克尔逊干涉仪设置，在金属块1402上分别开设有待测物体安装孔、电加热棒安装孔及温度测量孔，所述待测物体安装孔位于金属块1402的中心处，电加热棒16安装孔位于金属块1402的四角处，温度测量孔位于同一直线上设置的两个电加热棒16安装孔之间的金属块1402上，如图2所示。
