CN100383597C - 傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，包括直线电机、底座、动镜支撑机构和动镜，其特征是所述直线电机由电机座、磁芯、和绕有线圈的线圈套筒构成，所述电机座固定于底座上，线圈套筒套在磁芯外面，在线圈套筒与电机座之间设有能使线圈套筒作直线运动时不发生旋转的导向装置；所述动镜支撑机构由滑块与导轨构成，该滑块置于固定于底座上的导轨中，并与导轨配合，在滑块与导轨之间设有能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置，所述滑块的内端与上述线圈套筒外端相连，滑块的外端与动镜相连。该装置为傅立叶红外光谱仪提供了一种合理的动镜直线运动方案，具有无振动、摩擦小、体积小、寿命长的特点。

Description

傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置

技术领域

本发明属于傅立叶光谱仪领域，涉及一种傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置。

背景技术

傅立叶变换光谱仪利用Michelson干涉仪研究干涉图与光谱图之间的关系，通过测量双束干涉光所产生的干涉图和对干涉图进行Fourier变化的方法来测定和研究光谱，具体工作原理如下：信号光(或光源)经长焦距准直凹面反射镜反射后，形成平行光束。经分束耦合器分成两束，分别入射至定镜和动镜系统。凹面反射镜将其反射会聚成象于检测器。动镜沿光轴方向的水平直线运动改变干涉光束间的光程差，从而实现光谱信号的振幅调制。检测器接收光谱干涉信号后将之转化为电信号输出，由电子学系统带通滤波、放大处理后，经AD变换为数字信号记录于计算机硬盘。由计算机软件程序对采集的数字信号进行切趾、相位校正及FFT处理后，获得测量光谱。

高精度的动镜驱动系统是傅立叶变换光谱仪的核心和难点之一，在运动过程中，要保持动镜运动的匀速性，并且在运动过程中，对晃动或倾斜都有严格的要求。

传统的动镜扫描装置通常有旋转电机机械传动，电控气动液压系统。传统的机械结构(即旋转电动机+滚珠丝杠等中间环节)，机械元件易产生弹性变形、摩擦、反向间隙、非线性误差等缺陷。而电控气动液压系统虽然振动和倾斜小，但速度慢，结构复杂，需要供气供液系统，不利于仪器的小型化和受环境影响大。

动圈式直线电机(也称直线电机)，结合聚四氟乙烯玻璃滑动轴承支撑的动镜扫描装置，是一种新型动镜扫描装置，它没有上述两种驱动系统的缺点，能有效地进行“直接驱动”，防止扫描过程中出现大的倾斜，且体积小，控制简单，精度也很高，另外，由于引进了磁悬浮技术，滑动轴承对于玻璃套筒基本上无压力，延长了使用年限，增加了可靠性。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术存在的不足，提出一种体积小，控制简单，运动精度高，使用寿命长的傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，为傅立叶红外光谱仪提供一种合理的动镜直线运动方案。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，包括直线电机、底座、动镜支撑机构和动镜，其特征是所述直线电机由电机座、磁芯、和绕有线圈的线圈套筒构成，所述电机座固定于底座上，线圈套筒套在磁芯外面，在线圈套筒与电机座之间设有能使线圈套筒作直线运动时不发生旋转的导向装置；所述动镜支撑机构由滑块与导轨构成，该滑块置于固定于底座上的导轨中，并与导轨配合，在滑块与导轨之间设有能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置，所述滑块的内端与上述线圈套筒外端相连，滑块的外端与动镜相连。

在上述方案中，所述导向装置可以由导向杆和永磁铁构成，所述导向杆由铁磁材料制成的直杆，位于直线电机线圈套筒上方，与线圈套筒直线运动的方向平行；所述永磁铁通过定位杆与线圈套筒固定，定位杆位于电机座中与导向杆平行的导向槽中，永磁铁的位置与导向杆的位置对应。在线圈套筒作直线运动时，由于永磁铁与导向杆之间的吸引作用，线圈套筒不会发生旋转。

在上述方案中，所述导轨为可以为圆形套筒，所述滑块由两个滑动轴承和将这两个滑动轴承连接起来的连接件构成，两个滑动轴承置于圆形套筒内，并与其内表面配合。

在上述方案中，所述能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置可以由永磁铁和软铁构成，永磁铁设置在连接件上，软铁设置在圆形套筒上部，沿圆形套筒轴向布置，永磁铁的位置与软铁位置对应。当滑块在圆形套筒作轴向直线运动时，由于永磁铁与软铁间的精确磁铁悬浮作用，使滑动轴承对于圆形套筒基本上无压力，提高精度减小磨损，同时使动镜不发生旋转。

所述能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置也可以由两种磁铁构成，一种磁铁设置在连接件上，另一种磁铁设置在圆形套筒下部，沿圆形套筒轴向布置，上述两种磁铁位置对应，对应处两种磁铁的极性相同。由于磁铁同极性相斥的性质，当滑块在圆形套筒作轴向直线运动时，两种磁铁之间产生磁悬浮作用，使滑动轴承对于圆形套筒基本上无压力，达到上述方案的同样效果。

所述圆形套筒最好采用玻璃套筒，以提高摩擦面的光洁度。

所述滑块中的滑动轴承为聚四氟乙烯材料制成的圆环，该圆环的外表面与圆形套筒的内表面配合。聚四氟乙烯滑动轴承的自润滑特性使它在玻璃界面上形成的膜，能够让动镜作无震动的平滑移动。

本发明为傅立叶红外光谱仪提供了一种合理的动镜直线运动方案，具有无振动、摩擦小、体积小、寿命长的特点。

本发明所述直线电机，在通电情况下能够使线圈套筒在磁芯所产生的较为均匀的磁场内做直线运动，导向杆、永磁铁起导向作用，使线圈套筒作直线运动时不发生旋转；本发明所述动镜支撑机构能使永磁铁与软铁之间产生精确磁铁悬浮作用，可使滑动轴承对于圆形套筒基本上无压力，提高精度减小磨损，同时使动镜不发生旋转。

附图说明

图1是以经典迈克尔逊干涉仪为基础的傅立叶变换红外光谱仪的结构图。

图2是本发明所述傅立叶光谱仪动镜扫描装置结构图。

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

以经典迈克尔逊干涉仪为基础的傅立叶变换红外光谱仪的结构图如图1所示，主要由红外光源2，椭球面镜1、12，光阑3，抛物面镜4、14，激光器5，激光反射镜15，动镜扫描装置9，分束器7，定镜6，动镜8，激光检测器10，样品池13，红外检测器11。

被检测的样品放在样品池13中，光源2发出的红外光束经椭球面镜1聚光，抛物面镜4准直后以平行光射向分束器7，之后红外光线分为两束，一束反射入定镜6，一束透射入由动镜扫描装置9驱动的动镜8，两束光束再沿原路返回发生干涉，干涉光到达抛物面镜14。

干涉光透过样品池13中的样品，到达椭球面镜12，最后聚焦在红外检测器11上，红外检测器11沿光路安置，得到透过样品的干涉信号的电信号，最后输送到分析处理电路和计算机，通过傅立叶变换后就可以得到样品的红外透射(吸收)光谱。

利用632.8nm的He-Ne激光器产生的激光干涉信号作为反馈，驱动电路输出一定的电压，用DSP控制器作闭环控制，能够得到高精度的动镜往返匀速扫描，实现光谱信号的振幅调制。

上述傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置9(如图2所示)主要由动镜驱动机构、动镜支撑机构和底座21组成。动镜驱动机构也即直线电机，由电机座20、磁芯28、线圈套筒22组成，线圈套筒22为塑料套筒，线圈绕在其上，线圈通电后，线圈套筒22能够在磁芯28所产生的大致均匀的磁场内沿轴向做直线运动。在线圈套筒22与电机座20之间设有能使线圈套筒作直线运动时不发生旋转的导向装置。

所述导向装置可以由导向杆16和永磁铁17构成，该导向杆16是由铁磁材料制成的直杆，位于直线电机线圈套筒22上方，与线圈套筒22轴向平行；所述永磁铁17通过定位杆29与线圈套筒22固定，定位杆29位于电机座中与导向杆16平行的导向槽25中，使永磁铁17的位置与导向杆16的位置对应。由于导向杆16、永磁铁17起导向作用，因此线圈套筒22作直线运动时不会发生旋转。

动镜支撑机构包括两个聚四氟乙烯滑动轴承26、19，玻璃套筒24，永磁铁18和软铁27，其中，两个滑动轴承26、19位于玻璃套筒24内，滑动轴承之间通过塑料连接件23连接，一块永磁铁18置于塑料连接件23上，软铁27沿轴向置于玻璃套筒24上方，内端的滑动轴承26与直线电机的塑料套筒22连接，动镜8连在另一个滑动轴承19上。

永磁铁18与软铁27间的精确磁铁悬浮作用可使滑动轴承对于玻璃套筒24基本上无压力，提高精度减小磨损，同时使动镜不发生旋转，同时，聚四氟乙烯滑动轴承的自润滑特性使它在玻璃界面上形成的膜，能够让动镜作无震动的平滑移动。

Claims (7)

1.傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，包括直线电机、底座、动镜支撑机构和动镜，其特征是所述直线电机由电机座、磁芯、和绕有线圈的线圈套筒构成，所述电机座固定于底座上，线圈套筒套在磁芯外面，在线圈套筒与电机座之间设有能使线圈套筒作直线运动时不发生旋转的导向装置；所述动镜支撑机构由滑块与导轨构成，该滑块置于固定于底座上的导轨中，并与导轨配合，在滑块与导轨之间设有能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置，所述滑块的内端与上述线圈套筒外端相连，滑块的外端与动镜相连。

2.根据权利要求1所述傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，其特征是所述导向装置由导向杆和永磁铁构成，所述导向杆由铁磁材料制成的直杆，位于直线电机套筒上方，与线圈套筒直线运动的方向平行；所述永磁铁通过定位杆与线圈套筒固定，定位杆位于电机座中与导向杆平行的导向槽中，永磁铁的位置与导向杆的位置对应。

3.根据权利要求1所述傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，其特征是所述导轨为圆形套筒，所述滑块由两个滑动轴承和将这两个滑动轴承连接起来的连接件构成，两个滑动轴承置于圆形套筒内，并与其内表面配合。

4.根据权利要求3所述傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，其特征是所述能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置是由永磁铁和软铁构成，永磁铁设置在连接件上，软铁设置在圆形套筒上部，沿圆形套筒轴向布置，永磁铁的位置与软铁位置对应。

5.根据权利要求3所述傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，其特征是所述能使滑块在导轨上产生磁悬浮作用的磁力装置是由两种磁铁构成，一种磁铁设置在连接件上，另一种磁铁设置在圆形套筒下部，沿圆形套筒轴向布置，上述两种磁铁位置对应，对应处两种磁铁的极性相同。

6.根据权利要求3至5所述任意一项傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，其特征是所述圆形套筒为玻璃套筒。

7.根据权利要求3至5所述任意一项傅立叶红外光谱仪动镜扫描装置，其特征是所述滑块中的滑动轴承为聚四氟乙烯材料制成的圆环，该圆环的外表面与圆形套筒的内表面配合。

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