(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210375486.1 (22)申请日 2022.04.11 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 童童　杨梓璇　郭永利　张丹旭　 毛胜春　王雪冬　张沛　高博　 张俊武　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 王艾华 (51)Int.Cl. G09B 23/22(2006.01) G01N 21/25(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种简便的虹和霓复现装置及方法 (57)摘要 本发明公开一种简便的虹和霓复现装置及 方法， 装置包括实心匀质透明球、 光纤输出钨灯 光源、 以及光学平板， 光学平板上可移动地布置 观察光屏、 实心球底座以及光源底座， 光源底座 设置旋转机构和升降机构， 实心 球底座设置升降 机构， 实心球设置多个， 一个实心球底座顶端设 置一个实心匀质透明球， 布置观 察光屏的位置处 设置有光谱仪积分球， 光纤输出钨灯光源安装在 光源底座上， 设置多个实心匀质透明球， 观察光 屏垂直于光学平板放置； 通过实心匀质透明球、 光纤输出钨灯光源等器材复现出亮度高、 色彩亮 丽的虹霓， 集现象演示与参数测量于一体， 能够 研究虹霓形成原理， 揭示虹霓成因区别， 具有教 学功能， 在光学实验教学和科普教育中具有应用 价值。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114627732 A 2022.06.14 CN 114627732 A 1.一种简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 包括实心匀质透明球(1)、 光纤输出钨灯 光源、 观察光屏、 光学平板、 实心球底座(5)以及光源底座(2)， 观察光屏、 实心球底座(5)以 及光源底座(2)均可移动地布置在光学平板上， 光源底座(2)设置旋转机构和 升降机构， 实 心球底座(5)设置升降机构， 实心球设置多个， 一个实心球底座(5)顶端设置一个实心匀质 透明球(1)， 布置观察光屏的位置处设置有光谱仪积分球(7)， 光纤输出钨灯光源安装在光 源底座(2)上， 当布置多个实心匀质透明球(1)时， 沿着光线方向， 下一个实心匀质透明球 (1)布置在上一个实心匀质透明球(1)的出射光 强最强的方向上， 观 察光屏垂 直于光学平板 放置。 2.根据权利要求1所述的简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 光学平板上设置有标 尺， 实心球底座(5)以及光源底座(2)上 标识有底座底面形心的标识。 3.根据权利要求1所述的简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 所述升降机构采用套管 式升降支 柱。 4.根据权利要求1所述的简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 所述旋转机构包括指针 (22)、 转轴和360 °量角器(23)， 指针(22)固定在360 °量角器(2 3)上方的转轴上， 360 °量角器 (23)固定安装在光源底座(2)上， 光源底座(2)上设置转轴， 光纤输出钨灯光源与转轴顶部 连接。 5.根据权利要求1所述的简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 实心球底座(5)以及光 源底座(2)设置磁性底座(24)， 实心球底座(5)以及光源底座(2)通过磁性底座(24)布置在 光学平板上。 6.根据权利要求1所述的简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 实心匀质透明球(1)设 置有六个， 三个一组， 一组实心匀质透明球(1)共用一个光纤输出钨灯光源。 7.根据权利要求1所述的简便的虹和霓复现装置， 其特征在于， 光谱仪积分球(7)放置 于观察光屏下方， 光谱仪积分球(7)是进光 孔所在平面与观察 光屏平行。 8.基于权利要求1 ‑7任一项所述装置复现虹霓并实现虹霓叠加的方法， 其特征在于， 单 球装置中， 摆放好观察光屏， 将光纤输出钨灯光源灯头固定在底座上， 移动底座， 调节光纤 输出钨灯光源位置并固定底座， 调节光源底座(2)至适宜高度； 旋转光源底座(2)上部可转 动部分， 初始时光纤输出钨灯光源与 观察光屏之间夹角较小， 缓慢 转动使该角度逐渐增大， 能在观察光屏上依次得到清晰的霓、 虹霓均清晰的虹霓同屏现象、 清晰的虹； 调整光纤输出 钨灯光源与观察光屏之间成适当角度以获得清晰的虹与霓， 调节光谱仪积分球(7)位置， 使 虹霓的所有色光尽可能多地 落入进光 孔内， 用光谱仪测定虹和霓的成像。 9.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 双球装置中， 在第一个实心匀质透 明球(1) 后方， 找到光线经过其后出射光强最强的方向， 将第二个实心匀质透明球(1)固定在底座 上， 并放置在出射光强最强的方向上； 调整两个实心匀质透明球(1)的相 对距离， 直至观察 光屏上出现一道与 原有虹霓弯曲方向相同的虹以及一道与 原有虹霓弯曲方向相反的霓， 继 续调整两个实心匀质透明球(1)的相对距离可使观察 光屏上的两道虹重合。 10.根据权利要求8所述的方法， 其特征在于， 多球装置中， 增置多个实心匀质透明球 (1)， 并根据实心匀质透明球(1)的数量增加光纤输出钨灯光源数量， 且各光纤输出钨灯光 源照射方向一致， 调整 各实心匀质透明球(1)之 间的相对位置使 所有虹实现叠加， 多个实心 匀质透明球(1)模拟自然界中大量水滴共同作用时形成虹的情形， 形成的多道虹在观察光权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114627732 A 2屏上同一 位置实现完全重合。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114627732 A 3