一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于傅立葉變換紅外光譜儀(Fourier?Transform?Infrared?Spectrometer,FT-IR)的動(dòng)鏡掃描裝置；包括固定板1，壓條2，前彈簧片3，前夾板4，線圈5，空心立體角鏡6，角鏡座7，活動(dòng)板8，后夾板9，永磁體座10，后彈簧片11。固定板1固定不動(dòng)，線圈5通電時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，其與永磁體座10上固定的磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)力，使角鏡座7和空心立體角鏡6能夠沿磁場(chǎng)力方向移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)活動(dòng)板8一起移動(dòng)；線圈5的通電方向改變時(shí)，角鏡座7的移動(dòng)方向也會(huì)反向。本掃描裝置為FT-IR提供了一種具有無(wú)摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑、精密度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的動(dòng)鏡掃描方案，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說明】一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傅立葉變換紅外光譜儀(Fourier Transform InfraredSpectrometer, FT-1R)的動(dòng)鏡掃描裝置，屬于物理光子學(xué)領(lǐng)域，特別是光譜分析儀器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]FT-1R光譜儀的核心部件為Michelson干涉儀，光的干涉來(lái)源于干涉儀動(dòng)鏡和定鏡間相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的光程差。動(dòng)鏡掃描系統(tǒng)是光譜儀的一個(gè)重要組成部分，高精度的動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是傅立葉變換光譜儀的核心和難點(diǎn)之一，在運(yùn)動(dòng)過程中，要保持動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)的勻速性，并且在運(yùn)動(dòng)過程中，對(duì)晃動(dòng)或傾斜都有嚴(yán)格的要求。
[0003]傳統(tǒng)的動(dòng)鏡掃描裝置通常有旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)，電控氣動(dòng)液壓系統(tǒng)。傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)(即旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)+滾珠絲杠等中間環(huán)節(jié))，機(jī)械元件易產(chǎn)生彈性變形、摩擦、反向間隙、非線性誤差等缺陷。而電控氣動(dòng)液壓系統(tǒng)雖然振動(dòng)和傾斜小，但速度慢，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要供氣供液系統(tǒng)，不利于儀器的小型化和受環(huán)境影響大。也有采用動(dòng)圈式直線電機(jī)，結(jié)合磁懸浮技術(shù)的聚四氟乙烯玻璃滑動(dòng)軸承支撐的動(dòng)鏡掃描裝置，其能夠克服上述兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的缺點(diǎn)，能有效地進(jìn)行“直接驅(qū)動(dòng)”，防止掃描過程中出現(xiàn)大的傾斜，且體積小，控制簡(jiǎn)單，精度也很高，但不能克服運(yùn)動(dòng)過程中存在的振動(dòng)問題，而且動(dòng)鏡的回掃完全依賴于電流的控制，也存在速度慢的問題。
[0004]本發(fā)明采用了一種基于彈性結(jié)構(gòu)支撐的音圈電機(jī)動(dòng)鏡掃描方案，能夠有效的解決方向穩(wěn)定性、速度穩(wěn)定性、振動(dòng)等問題，而且掃描速度更快。本掃描裝置為FT-1R提供了一種具有無(wú)摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑、精密度高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的動(dòng)鏡掃描方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的為FT-1R提供了一種具有低成本、無(wú)摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑、精密度高、抗振能力強(qiáng)、掃描速度快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的動(dòng)鏡掃描方案，其能夠有效的保證FT-1R光譜儀具有高的可靠性和良好的性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，包括固定板1、兩個(gè)前彈簧片3、音圈電機(jī)、空心立體角鏡6、角鏡座7、活動(dòng)板8、永磁體座10、兩個(gè)后彈簧片11 ；
固定板I與活動(dòng)板8通過兩個(gè)前彈簧片3、兩個(gè)后彈簧片11相連，永磁體座10固定安裝在固定板I上，永磁體座10內(nèi)嵌圓形永磁體12 ;空心立方角鏡6固定在角鏡座7的一端；音圈電機(jī)與角鏡座7連為一體，音圈電機(jī)的線圈5纏繞在角鏡座7的另一端，角鏡座7固定在活動(dòng)板8上。
[0007]所述的兩個(gè)前彈簧片3，每個(gè)均用兩片前夾板4夾持加固；所述的兩個(gè)后彈簧片11通過兩片后夾板9夾持固定在一起。
[0008]所述的永磁體座10內(nèi)嵌有一塊圓形永磁體，永磁體南北極方向與空心立體角鏡6上纏繞的圓形線圈5的軸向方向相同。
[0009]所述的角鏡座7 —端為圓形結(jié)構(gòu)，線圈5繞在圓形結(jié)構(gòu)上；另一端裝有空心立體角鏡6 ;線圈5、空心立體角鏡6和角鏡座7三者為一體，三者的重心位置處于活動(dòng)板8的水平方向的1/2處。
[0010]所述的空心立體角鏡6由三片鍍金平面鏡組成，三片鍍金平面鏡互成90度。
[0011]所述固定板I與活動(dòng)板8的板面完全平行；前彈簧片與后彈簧片相互平行，兩者在活動(dòng)板8和固定板I之間的長(zhǎng)度完全相同。
[0012]所述的四個(gè)彈簧片分別通過四個(gè)相同的壓條2安裝在固定板I和活動(dòng)板8上。
[0013]使用時(shí)，將固定板I安裝在一個(gè)固定的裝置(位置)上，如一塊大的底板或豎直的板子等地方。固定板I安裝后即固定不動(dòng)，在動(dòng)鏡在一個(gè)小的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)掃描時(shí)，活動(dòng)板8會(huì)沿著一個(gè)方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。四個(gè)彈簧片均安裝在活動(dòng)板的靠近四個(gè)頂點(diǎn)的位置，兩個(gè)前彈簧片3和兩個(gè)后彈簧片11的長(zhǎng)度、寬度、厚度、材料等均完全相同；彈簧片采用強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性、疲勞極限和耐熱性能優(yōu)良的合金材料制成，一般可選鈹青銅材料；由于四個(gè)彈簧片比較薄，為了維持一定的剛性支撐能力，彈簧片采用了夾板加固的方法。兩個(gè)前彈簧片3各用兩片前夾板4夾持加固，兩個(gè)后彈簧片11共用一個(gè)大的后夾板9進(jìn)行夾持加固。
[0014]與角鏡座7相連的鏡片采用空心立體角鏡?？招牧Ⅲw角鏡6由三片鍍金平面鏡組成，三片平面鏡互成90度，可以保證動(dòng)鏡掃描過程中，即使存在轉(zhuǎn)動(dòng)，輕微的振動(dòng)，入射光線也能保持原平行方向返回?？招牧Ⅲw角鏡6的運(yùn)動(dòng)位置受線圈5所通電流大小和方向的影響，通過調(diào)節(jié)電流大小，可以控制空心立體角鏡6偏離平衡位置的距離，當(dāng)角鏡偏離平衡位置時(shí)，只需要給一個(gè)很小的反向電流或不通電流，其就能在彈簧力的作用下自然反向運(yùn)動(dòng)，從而使快速掃描變得十分容易。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明采用了由彈簧片連接固定板和活動(dòng)板的形式，消除了傳統(tǒng)動(dòng)鏡機(jī)械掃描方式存在的摩擦力，無(wú)需潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，且使動(dòng)鏡只能在一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)鏡掃描的抗振性能得到了大大的加強(qiáng)，從而在很大程度上提高了光譜儀所獲得的紅外干涉圖的質(zhì)量。
[0016]2.本發(fā)明采用了音圈電機(jī)作為動(dòng)鏡(空心立體角鏡)驅(qū)動(dòng)部件，通過電流的大小和方向來(lái)控制動(dòng)鏡的位置和掃描速度，同時(shí)，可以借助于彈簧片的恢復(fù)力，實(shí)現(xiàn)動(dòng)鏡的快速回掃，使動(dòng)鏡的掃描速度能夠得到大大提高。
3.本發(fā)明中的動(dòng)鏡采用了空心立體角鏡，使到達(dá)動(dòng)鏡后反射的光線與對(duì)應(yīng)的入射光能夠保持嚴(yán)格的平行，從而克服了動(dòng)鏡運(yùn)動(dòng)過程中可能存在的傾斜或輕微振動(dòng)引起的光線偏離問題，使干涉圖的質(zhì)量保持良好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明中固定板I和活動(dòng)板8的連接圖。
[0019]圖3是本發(fā)明中固定板、活動(dòng)板及彈簧片構(gòu)成的平行四邊形結(jié)構(gòu)俯視圖；(a)為平衡位置形狀圖，(b)為形變后形狀圖。
[0020]圖4是本發(fā)明中永磁體座的結(jié)構(gòu)。[0021]圖5是本發(fā)明中角鏡座與永磁體之間的擺放關(guān)系圖。
[0022]圖6是本發(fā)明中空心立體角鏡的形狀及結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明包括固定板1、兩個(gè)前彈簧片3、音圈電機(jī)、空心立體角鏡6、角鏡座7、活動(dòng)板8、永磁體座10、兩個(gè)后彈簧片11 ;固定板I與活動(dòng)板8通過兩個(gè)前彈簧片3、兩個(gè)后彈簧片11相連，永磁體座10固定安裝在固定板I上，永磁體座10內(nèi)嵌圓形永磁體12 ;空心立方角鏡6固定在角鏡座7的一端；音圈電機(jī)與角鏡座7連為一體,音圈電機(jī)的線圈5纏繞在角鏡座7的另一端，角鏡座7固定在活動(dòng)板8上。
[0025]圖2描述了固定板I和活動(dòng)板8的連接方式。固定板I與活動(dòng)板8通過兩組共四個(gè)彈簧片(兩個(gè)前彈簧片3，兩個(gè)后彈簧片11)相連。四個(gè)彈簧片其長(zhǎng)度、寬度、厚度、材料等均完全相同，四個(gè)相同的壓條2牢固的將彈簧片安裝在固定板I和活動(dòng)板8上。彈簧片采用強(qiáng)度、硬度、彈性、耐磨性、疲勞極限和耐熱性能優(yōu)良的合金材料制成，一般可選鈹青銅材料。將四個(gè)彈簧片彼此相互平行，其在活動(dòng)板8和固定板I之間的長(zhǎng)度完全相同，四個(gè)彈簧片均安裝在活動(dòng)板的靠近上下邊緣的位置。因此，固定板I和活動(dòng)板8構(gòu)成了一個(gè)長(zhǎng)方體的兩個(gè)相對(duì)面，四個(gè)彈簧片構(gòu)成了連接這兩個(gè)面的四條棱線。
[0026]圖3描述了圖2中，從頂部往下看的固定板、活動(dòng)板及彈簧片構(gòu)成的平行四邊形結(jié)構(gòu)下視圖。從圖中可以看出，當(dāng)活動(dòng)板發(fā)生位移時(shí)，活動(dòng)板8始終與固定板I平行?；顒?dòng)板、固定板以及前后彈簧片構(gòu)成一個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)，保證在一定的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)，活動(dòng)板8只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，從而保證了系統(tǒng)優(yōu)異的抗振動(dòng)性能。
[0027]由于活動(dòng)板8需要支撐一定的動(dòng)鏡重量，而彈簧片又比較薄，為了防止在運(yùn)動(dòng)過程中彈簧片產(chǎn)生向下的扭曲形變，需要對(duì)彈簧片進(jìn)行加固處理，如圖1中所示，兩個(gè)前彈簧片3均采用了由兩個(gè)金屬板組成的前夾板4夾持加固的方法。與前彈簧加固有所不同，兩個(gè)后彈簧片11采用了有由兩個(gè)大的金屬板組成的后夾板9進(jìn)行了夾持加固。
[0028]為了獲得動(dòng)鏡的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，采用了音圈電機(jī)的方法進(jìn)行動(dòng)鏡驅(qū)動(dòng)，利用永磁體與線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用的方法獲得驅(qū)動(dòng)力。圖1中，永磁體座10固定安裝在固定板I上。永磁體座10的具體結(jié)構(gòu)如附圖4所示，其內(nèi)嵌一永磁體12，永磁體12具有極強(qiáng)的磁吸力，其為圓形結(jié)構(gòu)，磁場(chǎng)的南北極垂直于圓形表面。
[0029]產(chǎn)生磁力的音圈電機(jī)與角鏡座7連為一體，音圈電機(jī)的線圈5直接纏繞在角鏡座的一端。永磁體12與角鏡座7之間的擺放關(guān)系如圖5所示。線圈5繞成圓形結(jié)構(gòu)，其圓形平面平行于永磁體12的圓形平面，兩個(gè)圓形的圓心共軸。當(dāng)線圈5通電時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，其會(huì)產(chǎn)生于一個(gè)南北極垂直于圓形平面的磁場(chǎng)。流過線圈的電流方向發(fā)生改變時(shí)，磁場(chǎng)的方向也會(huì)發(fā)生改變。電流大小發(fā)生改變時(shí)，磁場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生改變。所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)與永磁體12產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生吸引或排斥力。當(dāng)永磁體與線圈產(chǎn)生磁力時(shí)，會(huì)推動(dòng)角鏡座7運(yùn)動(dòng)，由于角鏡座7固定在活動(dòng)板8上，因此，所產(chǎn)生的作用力也會(huì)作用在活動(dòng)板8上，在此作用力下，四個(gè)彈簧片會(huì)產(chǎn)生形變，從而推動(dòng)角鏡座7運(yùn)動(dòng)。從前面的描述中，彈簧形變會(huì)讓活動(dòng)板8只能在一個(gè)自由度方向上運(yùn)動(dòng)，因此，角鏡座7也只能在一個(gè)自由度方向上運(yùn)動(dòng)?？招慕晴R6是安裝在角鏡座7上的,這也就意味著空心角鏡也只能在一個(gè)自由度方向上運(yùn)動(dòng)，從而保證了角鏡運(yùn)動(dòng)具有很好的直線性。
[0030]從圖1中，可以看出采用彈簧片的另一個(gè)好處是動(dòng)鏡掃描速度快。當(dāng)角鏡座7偏離平衡位置后，只要撤去加在線圈上的電流，那么磁場(chǎng)力會(huì)立即消失，角鏡座7會(huì)在彈簧片的恢復(fù)力作用下自然向平衡位置運(yùn)動(dòng)，如果再加一個(gè)反向電流的話，那么角鏡座向平衡位置回掃的速度會(huì)進(jìn)一步加快。因此，掃描速度快是本發(fā)明的一大特點(diǎn)。
[0031]在傳統(tǒng)的基于平面動(dòng)鏡的FT-1R干涉儀中，動(dòng)鏡掃描運(yùn)動(dòng)過程中，如果有一個(gè)小的角度偏移的話，那么反射光就會(huì)產(chǎn)生較大的偏離，從而導(dǎo)致干涉圖出現(xiàn)異常。為了克服此問題，本發(fā)明采用了空心立體角鏡作為反射鏡?？招牧Ⅲw角鏡6結(jié)構(gòu)如圖6所示，其由3片完全相同的平面鏡膠合而成，3片平面鏡相互成90度，形成一個(gè)空心的立體結(jié)構(gòu)。采用空心角鏡的好處是，入射到角鏡上的光線經(jīng)過幾次反射后，會(huì)沿著平行于入射光線的方向返回，從而完全克服了反射光產(chǎn)生偏離的問題。由于光線在角鏡上至少要經(jīng)過兩次反射，為了減少反射過程中的能量損失，鏡片反射面進(jìn)行了鍍金處理，使光能損失極小。
【權(quán)利要求】
1.一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，其特征在于:包 括固定板1、兩個(gè)前彈簧片3、音圈電機(jī)、空心立體角鏡6、角鏡座7、活動(dòng)板8、永磁體座10、兩個(gè)后彈黃片11 ； 固定板I與活動(dòng)板8通過兩個(gè)前彈簧片3、兩個(gè)后彈簧片11相連，永磁體座10固定安裝在固定板I上，永磁體座10內(nèi)嵌圓形永磁體12 ;空心立方角鏡6固定在角鏡座7的一端；音圈電機(jī)與角鏡座7連為一體，音圈電機(jī)的線圈5纏繞在角鏡座7的另一端，角鏡座7固定在活動(dòng)板8上。
2.按權(quán)利要求1所述的一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)前彈簧片3，每個(gè)均用兩片前夾板4夾持加固；所述的兩個(gè)后彈簧片11通過兩片后夾板9夾持固定在一起。
3.按權(quán)利要求2所述的一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，其特征在于:所述圓形永磁體12南北極方向與空心立體角鏡6上纏繞的圓形線圈5的軸向方向相同。
4.按權(quán)利要求3所述的一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，其特征在于:所述的角鏡座7 —端為圓形結(jié)構(gòu)，線圈5繞在圓形結(jié)構(gòu)上；另一端裝有空心立體角鏡6 ;線圈5、空心立體角鏡6和角鏡座7三者為一體，三者的重心位置處于活動(dòng)板8的水平方向的1/2處。
5.按權(quán)利要求4所述的一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描的裝置，其特征在于:所述的空心立體角鏡6由三片鍍金平面鏡組成，三片鍍金平面鏡互成90度。
6.按權(quán)利要求5所述的一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，其特征在于:所述固定板I與活動(dòng)板8的板面完全平行；前彈簧片與后彈簧片相互平行，兩者在活動(dòng)板8和固定板I之間的長(zhǎng)度完全相同。
7.按權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的一種用于傅立葉變換紅外光譜儀的動(dòng)鏡掃描裝置，其特征在于:所述的四個(gè)彈簧片分別通過四個(gè)相同的壓條2安裝在固定板I和活動(dòng)板8上。
【文檔編號(hào)】G01J3/45GK103528683SQ201310510306
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】吳瓊水, 曾立波, 石磊 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)