[实用新型]一种具有简化小结构的凹面光栅单色仪

说明书

本实用新型属于光学测量技术领域，涉及光谱仪器中的光栅单色仪。

一般小型凹面光栅单色仪，它的入射和出射光线之间有很大的夹角。

这种光栅单色仪的总体外形一般为方形的，为适应出射光线的方向，在出射狭缝处加一个三角形块，如图1所示。另一种外形是把方形箱体去掉一个角，加一个筒状结构，安装出射狭缝。如图2所示。

通常是用步进电机带动丝杠螺母付，经正弦杆使光栅转动以调节不同波长。丝杠与电机的连接现在多用直接连接方式，也有用一对齿轮付实现连接的。

正弦杆是使光栅转动时波长线性变化的装置。现有小型凹面光栅单色仪的正弦杆在O波长时，是与丝杠垂直的。

为防止螺母随丝杠而转动，都设有螺母防转装置，结构多样。

本实用新型出入狭缝都采用筒状形状，丝杠同电机是柔性联轴节连接，波长O位时正弦杆不垂直丝杠和螺母简化的防转机构，目的是提供一种具有简化小结构的凹面光栅单色仪。本实用新型不仅能更好地满足单色仪的各种使用要求，同时具有明显简化，更小型化的特点，从而不仅改善了使用性能，还容易加工、降低成本，适用于各种便携式光谱仪和航空、航天光谱仪器。

本实用新型由筒式入缝1，筒式出缝2，电机3，柔性联轴节4，凹面光栅5，正弦机构6，螺母7，丝杠8，箱体9，防转导轨10，防转导槽11，丝杠固定轴承12等构件组成，如图3所示。筒式入缝1和筒式出缝2安装有狭缝，入射光经筒式入缝1至凹面光栅5，衍射后的筒式出缝2射出。调整出射波长是通过电机3转动丝杠8，使螺母7在丝杠8上平移，再通过正弦杆机构6，从而使凹面光栅5旋转来实现。

本实用新型为实现上述目的，采取以下技术措施，克服和改进了现有结构的不足之处。现详细分述如下。

图4为本实用新型的筒式入缝1和筒式出缝2在箱体9上安装位置图。

本实用新型在外形整体结构方面，在箱体9的入缝和出缝处用两个筒状结构，作为筒式入缝1和筒式出缝2，如图4所示。这样结构的好处是：减小箱体尺寸，减少箱体重；筒状便于加工，仅用车床即可。如图1所示三角形结构要用铣床加工，而工时成本车工比铣床加工要低得多；入缝和出缝结构相同，尺寸相同，便于互换和标准化。达到了减小体积、降低成本、方便使用的目的。

图5为本实用新型柔性联轴节4的结构示意图。图中13、14为轴毂，15弹性垫，16螺钉。

步进电机3与丝杠8的连接采用简化柔性联轴节4连接，如图5所示。由轴毂13、14，弹性垫15及螺钉16组成。电机3轴输出的扭矩由轴毂13经螺钉16传给弹性垫15，再经螺钉16传给轴毂14，轴毂14与丝杠8固定，使丝杠转动。这样的好处是可以避免电机3轴与丝杠8直接连接时造成不同轴干涉；也可避免用齿轮付连接造成的尺寸增大和成本增加。轴毂13同电机3的输出轴固定在一起，轴毂14同丝杠8固定在一起，弹性垫15放在轴毂13和14之间，三者用螺钉16连接。

图6为本实用新型正弦机构6结构示意图。图中17为正弦杆，17螺母，19光栅转动中心，20正弦杆导轨。正弦机构6如图6所示，采用在O波长时，正弦杆17不垂直于丝杠8的方案，这时与螺母7固定的正弦杆导轨20应为三角形，图中19是光栅转动中心。这样在转动方向确定后，可以充分利用丝杠8的有效长度，因此可以缩短丝杠和缩小箱体的尺寸。

图7为本实用新型螺母防转机构的结构示意图。图中18为防转导槽，10为防转导轨。

本实用新型采用的螺母防转机构如图7所示。由固定在螺母7上的防转导槽18和固定在箱体9上的防转导轨10组成。防转导槽18用摩擦系数很小的聚四氟乙烯制造，与防转导轨10滑动配合，结构简单、精度高。

采用上述结构的光栅单色仪结构十分简单紧凑，总体积减小，重量减轻，性能提高，成本降低，特别适用于各种便携式光谱仪器和航空、航天用光谱仪器。

采用上述结构的100mm焦距凹面光栅单色仪，其长×宽×高的尺寸小于、135mm×135mm×85mm，重量小于1.3kg，是同类单色仪中最小、最轻的一种。