Pomiar natężenia światła w funkcji kąta rozkrzyżowania polaryzatorów i natężenia pola magnetycznego

Opis działania programu sterującego układem pomiarowym

Doświadczenie 1:

Pomiar natężenia światła w funkcji kąta rozkrzyżowania polaryzatorów i natężenia pola magnetycznego

Fizyka

Celem doświadczenia jest pomiar natężenia światła I w funkcji kąta alfa pomiędzy płaszczyznami głównymi polaryzatora 1 i polaryzatora 2. Doświadczenie można wykonać dla określonej przez Internautę wartości pola magnetycznego H przykładanego prostopadle do powierzchni badanej warstwy. Na stronach WWW przedstawiony jest układ pomiarowy oraz konfiguracja pola i próbki.

Korzystając z prawa Malusa można opisać natężenie światła padającego na detektor wzorem:

I(H)= I0 Cos2 (alfa+fisr(H))

gdzie alfa jest kątem pomiędzy płaszczyznami głównymi polaryzatora 1 i polaryzatora 2, a fisr – katem skręcenia płaszczyzny polaryzacji światła przechodzącego przez próbkę. fisr zależy od znormalizowanej magnetyzacji próbki m(H) zgodnie ze wzorem:

fisr = fi* m(H)

Zakładamy, że napięcie U rejestrowane przez detektor liniowo zależy od natężenia padającego na niego światła. Można wówczas zapisać U w postaci:

U(alfa)= A+C Cos2(alfa+fisr)

Doświadczenie wykonuje się w funkcji kąta alfa1=(alfa-alfa0) opisującego położenie płaszczyzny głównej polaryzatora, alfa1 jest określany względem dowolnej osi.

Program – skrypt CGI

Program wykonujący pomiar w tym doświadczeniu bazuje na wykorzystaniu technologi CGI. Dzięki temu istnieje możliwość uruchomienia podprogramów sterujących układem i zbierających z dane. Parametry uruchomieniowe skryptu CGI do pomiaru natężenia światła w funkcji położenia polaryzatora i natężenia to:

  • Obrót (0 ÷ 720) – Wartość kąta o jaką zostanie wykonany obrót polaryzatorem – wartość domyślna 360
  • Ilość sumowań (1 ÷ 100) – Ilość sumowań pojedynczego pomiaru – parametr odpowiadający za statystykę pomiaru natężenia światła przez fotodiodę, nie rzutuje na błąd pomiaru tej wielkości – wartość domyślna 20
  • Wartość pola (-6000 ÷ 6000) – Wartość natężenia pola magnetycznego przyłożonego do próbki wyrażona w [A/m]- wartość domyślna 0

Uruchomienie pomiaru następuje po naciśnięciu przycisku „Uruchom”. Przekroczenie zakresu któregoś z parametrów jest sygnalizowane, a program ustawia przekroczony parametr na wartość domyślna jednocześnie zgłaszając który z parametrów został niepoprawnie wpisany. Tym samym program jest zabezpieczony przed wstawianiem niepoprawnych wartości. Po wykonaniu pomiaru dane są przedstawione w postaci wykresu – pliku graficznego w formacie PNG otrzymanego jako wynik działania programu Gnuplot. Zachowanie tego pliku jest możliwe poprzez standardową funkcję przeglądarki jaką jest „Save Image as..”, a która kryje się pod prawym klawiszem myszy w momencie naciśnięcia go gdy kursor myszy znajduje się „ponad” obrazem. Dostęp do danych pomiarowych uzyskanych w doświadczeniu jest możliwy także w formie tekstowej. Pod przyciskiem „Zobacz/Zapisz dane” który pojawia się po wykonaniu pomiaru kryje się nowe okienko przeglądarki w którym możemy zobaczyć dane w postaci tabeli i mamy możliwość zapisania ich na lokalny dysk. Zamknięcie okienka z danymi odbywa się po naciśnięciu przycisku „Zamknij”. W pliku z danymi poza informacją na temat kąta, odpowiadającemu temu kątowi napięcia i błedu pomiaru napięcia które umieszczone są w kolumnach, zawarta jest też informacja na temat parametrów pomiaru i daty jego wykonania. Opis działania programu znajduje się pod przyciskiem „Pomoc”. Polecam korzystanie z tej możliwości w razie niejasności .

Wynik w postaci wykresu natężenia światła w funkcji kąta rozkrzyżowania polaryzatorów – przykład uruchomienia programu pomiarowego w doświadczeniu 1 z domyślnymi parametrami startowymi.

 

Programy sterujące układem

Po przesłaniu parametrów uruchomieniowych ze strony WWW (skryptu CGI) do podprogramu na komputerze pomiarowym następuje wykonanie poniższego algorytmu pomiarowego:

  1. Ustawienie wartości pola magnetycznego na zadaną wartość
  2. Wyzerowanie położenia polaryzatora
  3. Wykonanie pomiaru w zadanym zakresie kąta
    1. Przesunięcie położenia o minimalny skok -1.8 o
    2. Wykonanie N pomiarów natężenia światła
    3. Powtórzenie powyższych operacji aż do przekroczenia zadanego zakresu pomiarowego
  4. Powrót do pozycji „0”
  5. Przesłanie danych do serwera WWW

Wynik pomiaru jest zapisywany do pliku który dostępny jest programowi CGI i na podstawie którego tworzony jest wykres wyświetlany później w przeglądarce. Na stronie poświęconej opisowi układu pomiarowego można znaleźć bliższe informacje na temat sterowania położeniem polaryzatora, natęzeniem pola magnetycznego i pomiaru natężenia światła w naszym układzie.

Objawy błędnego działania układu pomiarowego

W wynikach uzyskanych z pomiaru poprzez internet możliwe jest wystąpienie błędów związanych z nieprawidłowym ustawieniem układu pomiarowego. Najczęściej spotykane przypadki i ich objawy to:

  • sygnał jest dziwnie zniekształcony – przypadek I – na wykresie sygnał dochodzi do poziomu 5V gdzie zaczyna być „płaski”. Jest to wynik zbyt intensywnego oświetlenia próbki. Napięcie z fotodiody powoduje „zatkanie” przetwornika ADC który działa w zakresie +/- 5V. Prosze zasygnalizować tą sytuację E-mailem
  • sygnał jest dziwnie zniekształcony – przypadek II – na wykresie sygnał spada poniżej 0V i jest „płaski”. Jest to wynik braku próbki magnetycznej w polu widzenia obiektywu ( warto to sprawdzić próba obserwacji próbki – doświadczenie 3). Proszę zasygnalizować tą sytuację E-mailem

Wszelkie nieprawidłowości lub dziwne zachowanie układu, a także błędy w działaniu programów proszę zgłaszać na adres E-mail:dobrog@uwb.edu.pl . Za wszelkie uwagi i sugestie w działaniu układu z góry dziękuję.

Uruchom doświadczenie