[发明专利]一种束源腔体精确转动的调节装置及其测量方法

说明书

本发明涉及一种束源腔体精确转动的调节装置，由束源真空腔体、齿轮组、同轴齿轮、转动固定板、轴承、设计定制连接件、直驱旋转马达、步进电机和计算机组成。整个调节装置由计算机控制，利用多级齿轮组省力原理，结合步进电机控制技术，提出了针对束源腔体精确转动的调节方案。此装置解决了现有系统的转动不稳定问题和无法对每次转动角度的均一性复位问题，并在此基础上实现了转动控制与数据采集过程的自动化，可以显著提升效率。

技术领域

本发明涉及分子态态动力学研究中的交叉分子束方法，具体涉及一种束源腔体精确转动的调节装置及其测量方法。

背景技术

对于大多数基元化学反应，最重要的反应过渡态寿命一般在飞秒(fs，10^-15s)量级，实验直接观测是非常困难的，因此通用型交叉分子束方法另辟蹊径，利用两束反应物分子在真空腔体内部发生碰撞反应，随后用离子速度成像方法探测反应产物的速度分布与角度分布，继而利用能量守恒与动量守恒反推过渡态，理解反应中化学键的断裂与生成机理。

交叉分子束方法的基本原理是探测产物的飞行时间质谱(TOF)，发生反应的两个分子束分别有自己的腔体，通过调整两个腔体的朝向，可以获得两个分子束之间的不同夹角，即可以通过调节束源腔体的夹角研究在不同的碰撞能量下分子反应的结果，显然当两个束源夹角180°时，碰撞的能量是最大的，而夹角为0°时，碰撞的能量是最小的。但是对于不锈钢材质的束源腔体，自重甚至上百千克，目前采用的方法是先对角度进行划分标定，每1°在腔体表面刻1条细线，再利用一组齿轮组省力，然后人为地去转动腔体，根据细线标注进行角度调节。另外，交叉分子束对反应区域精度的要求一般在微米量级，即两分子束需要在同一平面汇聚到同一位置才能发生有效碰撞，因此整个实验装置对于震动较为敏感。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种束源腔体精确转动的调节装置及其测量方法，用于在微观层次理解化学反应，以助于了解燃烧化学，大气化学等复杂过程中蕴含的化学机理。本发明解决目前腔体转动技术有两个问题，第一是随着腔体密封圈的磨损老化，转动不锈钢腔体的难度越来越高，而使用非常大的力气去转动腔体时，往往不能很准确地转动到合适的位置，而且容易引起整个腔体的震动。第二点是为了保持实验条件的均一性，改变碰撞能量的需求是很频繁的，每次实验中需要多次转动束源腔体，而每次转动位置的均一性很重要，目前的技术无法满足复位的要求。为了克服现有技术的不足，提供一种束源腔体精确转动的调节装置，能够根据需求对束源腔体进行精确转动与复位，而且整个过程实现自动化，不需要人力，省时且不容易出错。

为实现上述问题，本发明提供了一种束源腔体精确转动的调节装置，所述的装置包括束源真空腔体11、束源真空腔体顶板13、齿轮组、同轴齿轮、转动固定板、轴承、设计定制连接件、直驱旋转马达、步进电机和计算机；其中：

所述束源真空腔体顶板13固定有两个转动固定板，所述转动固定板内嵌轴承，所述束源真空腔体的转动通过齿轮组和同轴齿轮实现，各组件之间通过连接杆紧密连接在一起；

所述束源真空腔体顶部安装齿轮Ⅰ12，与束源真空腔体顶板不相连；

直驱旋转马达和步进电机组成直驱电机旋转滑台21，受计算机的控制，用于输出力矩，通过齿轮组传导最终转动束源腔体，同时记录位移值用于标定束源真空腔体的旋转角度，实现调节束源真空腔体转动角度的自动化。

所述齿轮组包括齿轮Ⅰ12、齿轮Ⅱ15、齿轮Ⅲ14和齿轮Ⅳ16。

齿轮组与同轴齿轮作为传输系统，将需要的直接实现困难的束源真空腔体转动过程逐级传导，以牺牲更多的空间位移转变为最终直驱旋转马达的旋转过程；

转动固定板提供一个稳定的平台，固定在整个真空腔体顶部，用于维持整个转动过程中各个部件的转动稳定性，内嵌轴承用于支撑机械体旋转，减小摩擦；