[发明专利]一种波长扫描装置及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长扫描装置，本发明还涉及一种该扫描装置的操作方法。

背景技术

在光谱分析仪器中，分光系统是光学仪器的重要组成部分，也是对光学仪器质量评价的重要指标。目前分光系统主要由入射狭缝、光栅、凹面镜、出射狭缝及检测装置组成。光栅是分光系统中的核心部件，现在的光谱仪器通常采用平面光栅作为分光系统，测定原理是光通过入射狭缝照射到平面光栅上，光栅将光色散，再经凹面镜聚焦，然后出缝，照射到光电倍增管上，经光电倍增管将光信号转变为电信号。此装置要求出缝位置固定，缝宽应根据所需光的波长而随时调节，对缝宽也有很高的要求，只能通过旋转光栅来得到某一波长的光谱，分光系统的结构复杂，需要使用正弦尺。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种波长扫描装置。该装置具有结构简单、使用方便的优点，波长能够任意选取。

本发明的技术方案是：该装置是用凹面光栅代替平面光栅和凹面镜，出射狭缝设在光电倍增管侧窗中心，出射狭缝宽度固定且能够在一定范围内旋转。

本发明更具体一点的技术方案是：凹面光栅由光栅座固定在光学主板上；旋转架由转轴安装在光学主板上；滚珠挡板垂直设置在旋转架上，其侧平面与旋转架的中心线平行；在旋转架的外端装有光电倍增管，滑杆固定在贯通轴步进电机的贯通轴上，滚珠由滚珠杆固定在滑杆上，贯通轴步进电机的推进装置通过电机架固定在光学主板上，滑杆固定在步进电机的贯通轴上。在电机架与滚珠挡板之间装有弹簧；旋转架的旋转中心与罗兰圆同心；光栅中心、罗兰圆中心与入缝在同一直线上；出射狭缝设在光电倍增管侧窗中心的垂直线上，其与罗兰圆相切，以罗兰圆的圆心为中心沿圆周旋转。

本发明扫描装置的操作方法是：

（1）设罗兰圆与旋转架中心线的交点为A点，罗兰圆与凹面光栅的凹面中心的交点为B点，出射狭缝所在位置为C点，光电倍增管的中心为D点，转轴的圆心为E点，旋转架中心线与滚珠外壁的交点为F点，F点垂直位移S后的位置为G点。

（2）旋转角∠AEC = 2×色散角∠ABC，旋转半径112mm。狭缝推杆与入缝直径的夹角为∠WFE=90o。狭缝推杆做直线运动，产生螺杆进程S，推动旋转架旋转，规定                                               AEC=20o是复位角，用于调零；∠AEC=64o是终止角，用于旋转架的旋转终止保护。

（3）螺杆进程与波长的关系用以下公式计算： 

（4）指定波长λ与脉冲总数P之间的关系用下述公式计算：

脉冲总数P=1000×S                                       

                                    

（5）复位角AEC=20o时，对应λ= 144.7068nm，∠AEC=64o是终止角，对应λ= 441.5994nm。脉冲数Pulse与波长的对应关系数据用CalculatePulse程序计算。如果增加波长，则电机正转，正转的脉冲数相当于脉冲数的增量；如果减少波长则电机反转，反转的脉冲数相当于脉冲数P的增量的负值。

（6）旋转狭缝的精度： 

式中：，，，

 ，；

步进电机的每步色散率(dλ/dP)是表示步进电机转动1步所产生的波长变化，。

本发明的有益效果是：该装置结构简单，出射狭缝安装在光电倍增管的侧窗中心且宽度固定，狭缝宽度固定且可以在一定范围内旋转，从而达到使用凹面光栅选取任意波长的目的。本设计中用滚珠代替滚轮使波长扫描的精度更高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图中标号：

1、凹面光栅   2、光栅座    3、光学主板  4、转轴    5、弹簧

6、光电倍增管 7、旋转架    8、滚珠挡板  9、贯通轴式步进电机

10、滑杆      11、滚珠杆   12、滚珠    13、电机架  14、垫高环

15、出射狭缝  16、罗兰圆   17、步进电机贯通轴。

具体实施方式

例1

如图1所示，