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大学物理实验, 2025, 38(6): 58-64     https://doi.org/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.011
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基于光电鼠标位置位移探测器的杨氏模量测量实验方案设计
李冰堰 ,李晴晴 ,葛俊琪 ,王 鹤 3∗ ,张 丹 3∗
1.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院,陕西 杨凌 712100;2.西北农林科技大学 信息工程学院,陕西 杨凌
712100;3.西北农林科技大学 理学院,陕西 杨凌 712100)
Design of an Experimental Scheme for Young's Modulus MeasurementBased on an Optical Mouse Displacement Detector
LI Bingyan1,LI Qingqing1,GE Junqi2,WANG He3*,ZHANG Dan3*
1. College of Water Conservaney and Anehiteeturel Engineering,Northest A&Ff University,Yangling 712100, Chins;2.College ofInforation Engineering, Narthwest A&F Univertiy, Yangling 712100, China;3. College of Scienee, Narthest A&f University,Yangling 712100,China
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摘要  在大学物理实验教学测定杨氏模量的实验中,传统光杠杆法在测量时读数主观性强,在利用望远镜对标尺读数时存在视差,且测量平面镜与标尺之间的距离、测量反射镜后端和反射镜转轴之间的距离时存在估读误差,这些因素在计算光杠杆放大倍数和杨氏模量时对结果造成的影响较为突出。本文提出以高 DPI 光电鼠标代替光杠杆装置,采用“鼠标触丝”的方式实时采集微小位移信号,并结合Python 程序实现动态数据读取和处理。 实验中通过等效位移标定方法建立像素与物理位移之间的换算关系,实测表明在步长≥50 μm 条件下测量准确率可达 90%以上,系统测量精度可达到 6 μm。 进一步对比光杠杆法与鼠标法的数据结果与不确定度来源,验证了该替代方法在测量精度、稳定性与操作便利性上的优势。 该方案具备成本低、精度高、可编程性强等特点,适用于大学物理实验中基础类与综合类实验教学,亦为传感器数据采集类创新项目提供了可扩展平台。
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李冰堰
李晴晴
葛俊琪
王 鹤
张 丹
关键词:   高 DPI 光电鼠标  杨氏模量  物理实验教学  微小位移    
Abstract: In undergraduate physics laboratories,the traditional optical-lever method for measuring Young'"smodulus suffers from sobjectivity in reading, parallax when viewing the scale through a telescope, andestimation errors in distances (between the plane mirror and the scale, and between the rear of the reflectingmirror amd he pivot),.These lactors notably affeet both the optical-lever magnilication factor aned dhe computedvalue of Young's mordulus,'This paper proposes replacing the optical-lever assembly with a high-DPI opticalmouse, Using a "mouse-o-filament contaet" configuration, we acquire micro-displacement signals in real timeand process them dynamically via Python, An equivalent-displacement calibration establishes the conversionbetween pixel counts and physical displacement. Experiments show that for step sizes a50 pum, theneasurement aceuraey exceds 90So,and the system attains a measurement resolution on the order of 6 pm.Comparative analysis of resuls and uncertainty sources between the optical-lever and mouse-based methodsverilies the latter's advantages in accuraey, stability, and operational comvenienee, Owing to its low cost,highprecision,and strong programmability,the approach is suitable for foundatiomal and integrated esperiments inCollege Physies Laboratory courses and provides an extensible platform for sensor-data-acquisition projects
Key words:   high-DPI optical mouse    young's modulas    undergraduate physics laboratory    micro-displacementmeasurement
               出版日期:  2025-12-25      发布日期:  2025-12-25      整期出版日期:  2025-12-25
ZTFLH:     
  G 642.0   
基金资助: 陕西省教育科学“十四五”规划课题(SGH24Y2924)
引用本文:    
李冰堰, 李晴晴, 葛俊琪, 王 鹤, 张 丹 . 基于光电鼠标位置位移探测器的杨氏模量测量实验方案设计[J]. 大学物理实验, 2025, 38(6): 58-64.
LI Bingyan, LI Qingqing, GE Junqi, WANG He, ZHANG Dan. Design of an Experimental Scheme for Young's Modulus MeasurementBased on an Optical Mouse Displacement Detector. Physical Experiment of College, 2025, 38(6): 58-64.
链接本文:  
https://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/10.14139/j.cnki.cn22-1228.2025.06.011  或          https://dawushiyan.jlict.edu.cn/CN/Y2025/V38/I6/58
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