本文摘要：摘 要：為了更有效地在課堂上演示光學實驗，提高實驗教學效率，用無線視頻傳輸技術將 CCD攝像頭采集到 的目鏡里的圖像投影在大屏幕上，以此實現學生在看到教師實驗操作的同時，又都能看到透過目鏡才能觀察到的實 驗現象.無線視頻傳輸技術的應用減少了布線的
摘 要：為了更有效地在課堂上演示光學實驗，提高實驗教學效率，用無線視頻傳輸技術將 CCD攝像頭采集到 的目鏡里的圖像投影在大屏幕上，以此實現學生在看到教師實驗操作的同時，又都能看到透過目鏡才能觀察到的實 驗現象.無線視頻傳輸技術的應用減少了布線的人工成本與材料成本.CCD攝像頭少了線的束縛，可移動性和靈活 性增強.一部攝像頭可用于多個實驗的演示，節約了實驗設備的成本.
關鍵詞：CCD 無線視頻傳輸 演示實驗
1 引言
在大學物理實驗課程開設的實驗中，光學實驗 相對其他的實驗難度大，要求學生首先要對實驗原 理有很好的理解，其次要有很好的動手能力.如果單 純靠學生自己動手摸索完成整個實驗，有的實驗安 排的3個課時都不夠用，絕大部分學生很難在規定 時間內完成實驗.這種情況下實驗指導教師對實驗 的演示和講解就起到非常關鍵的作用，成功的演示 和有效的講解將會很大程度上幫助學生理解實驗原 理和掌握實驗操作要領.
但教師的演示和講解受到 客觀環境的限制，像“牛頓環的干涉”“用分光計測三 棱鏡的折射率”“用衍射光柵測光波的波長”“楊氏模 量的測定”這4個實驗，在觀察實驗現象的時候，需 要用眼睛緊貼目鏡看.一個目鏡同一時間只能一只 眼睛看，教師看了學生就看不了.
因為這個限制，教 師只能用口頭語言描述自己所看到的實驗現象，而 每個學生對教師所描述的現象又會有不一樣的理 解，錯誤的理解會導致他們出現錯誤的操作.如果能 讓所有的學生在聽到教師講解實驗操作的同時，同 步地看到老師所看到的圖像，那么這種錯誤的理解 將會大大地減少，從而可以有效地提高實驗的效率. 本文提出引入無線視頻傳輸技術[1]，對傳統的 實驗設備加以改進，解決上述在光學實驗演示過程 中所遇到的問題.
2 設計原理
從左到右設計原理分解如下： (1)透 過 目 鏡 里 的 光 線 在 CCD 攝 像 頭 里 成 像[2]; (2)CCD元件將光信號轉換成模擬電信號傳輸 給無線視頻發射器; (3)無線視頻發射器將模擬電信號轉換成電磁 波發射出去; (4)電磁波被無 線 接 收 器 接 收 到，電 磁 波 轉 換成模擬電信號傳輸給投影儀; (5)投影儀將模 擬 電 信 號 轉 換 成 光 信 號，投 影 在大屏幕上，還原目鏡里的圖像.
3 應用實例
本文將以“用分光計測三棱鏡的折射率”和“用 衍射光柵測光波的波長”兩個實驗[3] 為例，展示如 何將無線視頻傳輸技術應用在輔助光學演示實驗 中.這兩個實驗在大學物理的光學實驗中，是比較典 型的有難度的實驗，因為它們都需要用到分光計.分 光計在大學物理實驗中是一個非常重要的實驗儀 器，可用于需要非常精確測量角度的實驗.分光計結 構復雜，調節步驟繁瑣，使得這兩個實驗相對比較有 難度.若能很好地解決這兩個實驗的演示問題，其他 光學實驗的演示也將變得容易.具體應用如下.
3.1 圖像采集部分
圖像采集用的攝像頭型號為：三星 SDC-313，分 辨率大約500電視線，最低照度為0.5Lux，輸出的 視頻信號為模擬信號.電源為 DC12V，鏡頭焦距為 8 mm.攝像頭固定在可升降的光學底座上，便于精 確對準 目 鏡.無 線 視 頻 發 射 器 的 工 作 頻 率 是 1.2 GHz，電源為DC12V，發射功率為1～5W.這個功 率能夠保證在實驗室有學生做實驗，人體會反射和 吸收一部分電磁信號的情況下，實驗室的任何一個 角落仍然有良好的信號.
3.2 圖像投影部分
無線視頻接收器使用的是DC12V 電源，工作頻率是1.2GHz.與發射機對頻后輸出模擬視頻信號至投影儀，投影儀將圖像投影至大屏幕 顯示.無線視頻發射機和接收機點對點進行信息傳 送，無需通過網絡連接，適用于無網絡的環境.
3.3 實驗效果
所使用的光源是汞燈，光柵常數 為 1 300 mm.所看到的是正一級譜線，從左到右的譜 線分別是紫光、藍光、綠光、黃1光、黃2光.紫光的亮度雖然非常低，但是投影仍然可以看 得清楚.黃1光的波長是576.96nm，黃2光的波長 是579.07nm，波長非常接近，只差2.11nm.兩條 譜線非�？拷谕队吧弦材軌蚝芮逦貐^分開來.
學生能看到分開的兩條黃色譜線很重要，因為很多 時候學生調節平行光管的狹縫時，狹縫太寬或者對 焦不準都會使得兩條黃色譜線合并為一條.若能讓 他們直觀地看到教師是怎么通過調節狹縫的寬度以 及狹縫與透鏡間的距離，使得兩條黃色譜線漸漸變 得清晰可辨，他們就比較容易能自己把兩條黃色譜 線調節出來.
實驗中調 節分光計與測量三棱鏡頂角過程中看到的從三棱鏡 的光滑面反射至目鏡里的分劃板的十字叉絲像.分劃板與十字叉絲的像都非常的清 晰.在演示用各半調節法調節十字叉絲像的位置時， 學生能夠很直觀地看到當調節載物臺調平螺釘和望 遠鏡光軸高低調節螺釘的時候，十字叉絲像位置的上下移動情況，這樣就能夠很好地幫助他們理解調節的過程，掌握各半調節法.
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4 結論
本文以兩個典型的光學實驗為例，展示了如何將無線視頻傳輸技術應用在課堂輔助演示光學實驗 中.從實驗演示的效果來看，這項技術確實非常成功 地解決了在引言中所提到的困難，切實有效地提高 了光學實驗的教學效率.用投影儀代替小的顯示器， 一方面投影出來的圖像更大，使得全體學生都能很 清晰地看到實驗現象;另一方面因為投影儀是可以 懸掛的，不需要放在實驗臺上，減少了實驗臺上設備 的數量，使得實驗臺更加寬敞.
以無線代替有線，減 少了布線的人工成本與材料成本.少了線的約束，攝 像頭可移動性增強，教師可以在講臺上演示，也可以 在實驗室內任何一臺儀器上演示;可以在某個特定 的實驗室演示，也可以拿到其他實驗室演示，儀器的 利用率提高.因為光學實驗的相通性，這項技術的應 用不局限于文中所提到的兩個實驗，也同樣可以應 用在其他的光學實驗中，甚至是非光學實驗中.
參 考 文 獻
1 張東彬.膠囊內鏡系統的無線視頻傳輸技術研究[D].廈 門：廈門大學，2008.32～33
2 孫正和，劉立寶，任守田，郭 冠 軍.用 CCD 成 像 方 法 輔 助 課堂演示實驗[J].物理實驗，2018，38(S1)：30～32
3 陳春彩，陳源福，林二妹.大學物理實驗[M].北京：清 華 大學出版社，2018.88～98
作者：駱明輝 林二妹
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