CN104699114B - 一种带舱外微调机构的真空光学实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种带舱外微调机构的真空光学实验系统具有：抽气装置的第一支撑架、真空舱的第二支撑架置于隔振平台垂直面对应的位置，第一支撑架上端放置抽气装置；第二支撑架上端放置真空舱；隔振平台置于每个空气弹簧上；每个空气弹簧的下端面置于地面上；垫块、舱外调节装置位于隔振平台上；光源、紫外单色仪位于在对应的垫块上；每个真空泵的吸气口与抽气装置、真空管、真空舱对应的抽气口连接；光源、抽气装置、紫外单色仪、连接器件及真空舱的连接口与对应真空管的端口连接；舱外调节装置的舱外连接部连接在隔振平台上；舱内连接部的连接端与真空舱通过波纹管连接，被测光学结构与舱内连接部连接，在真空舱外调节被测光学结构在真空舱内移动。

Description

一种带舱外微调机构的真空光学实验系统

技术领域

本发明属于光学实验和光学检测技术领域，涉及一种带舱外微调机构的真空光学实验系统。

背景技术

光学系统在工作或光学检测时，由于光线传播能力或气流影响敏感等原因下，需要在真空环境里进行工作或实验。一般情况下，光学系统中的光学元件的相对位置关系要求严格，精度要求高，装调过程和装调结果非常关键。然而真空系统的腔体给装调带来了麻烦，真空形成前后，光学结构的力学环境发生变化，光学元件如果不能继续保持原有的相对位置关系，光学系统就可能无法工作，光学检测可能无法进行。

现有的技术真空紫外相关实验等，一般采用真空舱内放置位移调整机构。在打开真空舱门，还未形成真空环境时，光学系统进行初调，关闭舱门形成真空后，如果发生相对位置的变化，就通过舱内位移调整机构将其调回原来位置。但真空舱内的位移调整机构，由于要考虑真空兼容性，如放气必须很小，材料要求高，还必须采用特殊的润滑方式，从而导致成本很高；调整运动采用真空电机，其存在的发热现象导致的热涨冷缩现象，影响光学件的位置精度；另外，即使像真空舱舱门开闭引起的系统重心变化，也会影响光学件的位置关系，导致光路变化。

现有的舱外调整机构，通过一个波纹管将一根棒伸入真空舱。虽然能够在舱外进行一些调整，但在真空形成过程中，由于大气压力的变化，将产生微小的形变。另外其承载力也比较小。

过去在真空系统设计时，光学元件与真空舱刚性连接，舱门开闭的形状变化、真空形成前后的气压变化，使得真空舱发生形变，易于对光学元件的位置产生影响。或者即使用单个的柔性波纹管，气压变化仍然影响光学件所连接结构的受力，产生形变。如果不把光学元件统一地刚性固定在同一个刚体上，它们之间的位置关系难以固定，如较细长的光路一般设计到真空管道中，而真空管道之间在用波纹管对接时，真空形成前后的压力差，会导致长度变化。如果光学元件固定在真空系统上，光学元件间的位置关系就会发生变化。如何将众多的光学元件在真空环境下将结构基础稳定地统一，是一件相对困难的事情。

光学系统在精密度较高时，环境振动引起的微小形变也将影响其正常工作。通常使用的真空泵振动较大，而振动小的真空泵在选择时在应用上受限制。如等离子泵虽然没有振动，但抽速较小、有饱和现象。

将真空系统与光学系统一起隔振时，由于真空罐的重量较大，对隔振的要求将提高，真空罐门的开关引起的重心变化，对光学基础产生着一定影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明目的是通过将光学元件与真空舱之间实现柔性连接，力图解决现有技术存在的：

(1)光学系统在真空环境中的单独隔振问题；

(2)光学结构在真空形成前后，相对位置易受影响问题；

(3)光学结构在真空舱门开闭前后，相对位置易受影响问题；

(4)调整机构成本高问题；

(5)系统同时考虑了和过去光学与真空舱刚性连接设备的兼容性。为了解决现有技术的问题，本发明提供一种带舱外微调机构的真空光学实验系统。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供的一种带舱外微调机构的真空光学实验系统包括：光源、抽气装置、紫外单色仪、连接器件、多支真空管、真空舱、舱外调节装置、多台真空泵、隔振平台、多只空气弹簧、两个垫块；其中：光源具有一连接口；抽气装置具有抽气口和第一支撑架；真空舱的侧壁上具有连接口、抽气口和第二支撑架；抽气装置、紫外单色仪和连接器件的两端都含有连接口；真空管具有端口和抽气口；第一支撑架放置于靠近隔振平台的垂直面的位置，且第一支撑架与隔振平台的垂直面平行；第一支撑架的上端放置抽气装置，第一支撑架的下端放置于地面上并垂直于地面；第二支撑架放置于靠近隔振平台的垂直面的位置，且第二支撑架与隔振平台的垂直面平行；第二支撑架的上端放置真空舱，第二支撑架的下端放置于地面上并垂直于地面；隔振平台的下平面置于每个空气弹簧的上端面上；每个空气弹簧的下端面置于地面上；每个垫块、舱外调节装置的下平面分别位于隔振平台的上平面对应的位置上并固定连接；光源、紫外单色仪位于在对应的垫块上并固定连接；每个真空泵的吸气口分别与抽气装置、真空管、真空舱对应的抽气口连接；光源、抽气装置、紫外单色仪、连接器件及真空舱的连接口分别与对应真空管的端口连接，用于形成细长光通路和细长光通路的真空环境；舱外调节装置包括舱外连接部和舱内连接部；舱外连接部的上表面位于隔振平台的上表面上并固定连接；舱内连接部的两个连接端与真空舱对应的内壁通过波纹管连接，被测光学结构置于舱内连接部的上表面上并固定连接，舱外调节装置用于在真空舱外调节被测光学结构，使被测光学结构在真空舱内移动。

(三)有益效果

本发明的真空光学实验系统中将所有的光学元件都固联到隔振平台，所有的抽气结构都与隔振平台通过带撑杆及成组的波纹管隔开，在形成真空前后，光学元件及其相应的基础的相对位置变化与变形较小。真空舱由于开门等重力变化对光学元件的影响较小；焊接波纹管较柔软，真空系统产生的振动对光学系统的影响较小。光学元件单独隔振，光路受外界振动影响较小。

由于只需要对光学元件隔振，不必将真空系统一起隔振。降低了光学系统隔振的成本；

采用舱外调节装置及舱外的平移台不需要考虑真空放气、真空润滑等，规避了真空系统放气、出油的风险，并使调整系统的成本降低；舱外的平移台可以采用手动，而不必采用电动，成本降低的同时，免除了电机发热造成的热胀冷缩影响；

不需要过于考虑真空舱的结构刚度，它对光学系统没有影响，因此可以降低真空舱厚度，使真空腔体的制造成本降低；

降低真空泵振动要求，真空泵振动不影响光路，这使得真空泵的选择余地变大，抽速提高，成本降低。

现有技术光源、紫外单色仪的结构是光学元件与真空舱体刚性连接。为了解决光源、紫外单色仪的结构，本发明光源、紫外单色仪也可以采用如真空舱与其内部光学元件间非刚性连接方式，但是这需要重新研发。而本发明中解决光源、紫外单色仪刚性或非刚性连接两种方式之间的连接方式，本发明则可以不用重新研发，直接采购现成产品。

如果没有连接器件，真空舱与紫外单色仪及光源的真空腔体连接的现有技术就是刚性连接或波纹管柔性连接。如果是刚性连接，真空舱的振动将传递到紫外单色仪及光源上，如果是波纹管柔性连接，抽真空时的大气压力将波纹管压短，从而会把紫外单色仪及光源向真空舱侧移动；在本发明中，使用连接器件，真空舱的振动被连接器件隔断，且不会发生紫外单色仪及光源被大气压力移动位置。

现有技术中，真空泵与光源或紫外干涉仪刚性连接或通过一个波纹管柔性连接。抽气时，如采用刚性连接，气泵如有振动，将直接经光源或紫外干涉仪的真空腔体传递到内部的光学元件上，影响光路；如果采用单个波纹管的柔性连接，则波纹管在大气压力下被压缩，而导致整个隔振台的移动。而本发明中抽气装置在抽气时，真空泵的振动被波纹管隔断，产生的大气压力被撑杆承受，光源与自外单色仪间的距离不会因气压降低而变化，因此抽真空过程中隔除真空泵振动的同时，不会对光源、紫外单色仪及真空舱内光学元件造成位置和变形的影响。在不受振动、变形、位置影响的情况下，可以有效提高光学实验的精度，减少光学装校调整工作量，保证光学实验顺利进行。

附图说明

图1是本发明实验系统的一个典型示例的结构示意图；

图2a和图2b是抽气装置的结构示意图；

图3是本发明舱外调整装置与真空舱内光学元件连接方式示意图；

图4a是连接器件的结构图的主视图剖视；

图4b是连接器件的结构图的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明中，实验系统的光学元件通过一种特殊支撑方式，固定在舱外调整台上，再连接到统一的刚性基础上进行隔振；而真空系统与隔振平台分开支撑，与光学系统的连接是柔性的，结构特点决定连接处的作用力不随真空度的变化而变化。

请参阅图1示出的一个典型的一个紫外光谱仪的检测系统的实施例1：其中包括光源1、抽气装置2、紫外单色仪3、连接器件4、多支真空管5、真空舱6、舱外调节装置7、多台真空泵8、隔振平台9、多只空气弹簧10、两个垫块11；其中：

光源1具有一连接口；抽气装置2具有抽气口和第一支撑架27；真空舱6的侧壁上具有多个连接口、抽气口和第二支撑架61；抽气装置2、紫外单色仪3和连接器件4的两端都含有连接口；真空管5具有端口和抽气口；

第一支撑架27放置于靠近隔振平台9一端的垂直面的位置，且第一支撑架27与隔振平台9的垂直面平行；第一支撑架27的上端放置抽气装置2，第一支撑架27的下端放置于地面上并垂直于地面；

第二支撑架61放置于靠近隔振平台9另一端的垂直面的位置，且第二支撑架61与隔振平台9的垂直面平行；第二支撑架61的上端放置真空舱6，第二支撑架61的下端放置于地面上并垂直于地面；

隔振平台9的下平面置于每个空气弹簧10的上端面上；每个空气弹簧10的下端面置于地面上；

每个垫块11和舱外调节装置7的下平面分别位于隔振平台9的上平面对应的位置上并固定连接；

光源1、紫外单色仪3位于在对应的垫块11上并固定连接；

每个真空泵8置于地面上，每个真空泵8的吸气口分别与抽气装置2、一真空管5、真空舱6对应的抽气口连接；

光源1、抽气装置2、紫外单色仪3、连接器件4及真空舱6的连接口分别与对应真空管5的端口连接，用于形成细长光通路和细长光通路的真空环境；

舱外调节装置7包括舱外连接部和舱内连接部；舱外连接部的上表面位于隔振平台9的上表面上并固定连接；舱内连接部的两个连接端与真空舱6对应的内壁通过波纹管连接，被测光学结构13置于舱内连接部的上表面上并固定连接，舱外调节装置7用于在真空舱6外调节被测光学结构13，使被测光学结构13在真空舱6内移动。

在光学实验中，要保持所有光学元件之间的相对位置关系正确并保持不变。在本实施例中，所有光学元件包括光源1中的光学元件、紫外单色仪3中的光学元件、真空舱6中的被测光学结构13。所有光学元件都通过垫块11与隔振平台9固定连接，由于放在多只空气弹簧10上的隔振平台9具有相当的刚度，光学元件连接到隔振平台9的机械结构具有相当的刚度，以及所有光学元件在形成真空时不发生外力变化，因此所述光学元件的相对位置能够保持不变。在形成真空之前，初步确定被测光学结构13的方位，保证被测光学结构13与光源1、紫外单色仪3之间的正确关系。

关闭真空舱6舱门后，通过对真空泵8进行抽气，使真空系统中形成真空，并在真空系统的壁上产生大气压力。

真空舱6与紫外单色仪3之间，由于其中一个固定在地面上，另一个固定在隔振平台9上，真空舱6与紫外单色仪3之间就会产生大气压力。连接器件4的作用是使大气压力产生的使真空舱6与紫外单色仪3之间向一起靠拢的大气压力，由连接器件4其内部的两个压力撑杆44来承担，从而真空舱6与紫外单色仪3不会靠拢到一起。真空舱6由于自身的振动等原因，会产生一些运动，连接器件4可以产生相应的伸缩，但这时，真空舱6中的被测光学结构13由于和隔振平台9的位置相对固定，因而与紫外单色仪3的位置相对不发生变化。

舱外调节装置7的一部分在真空舱6内部与舱内被测光学结构13固定连接，舱外调节装置7的另一部分在真空舱6外部与隔振平台9固定连接，在调整台71被锁紧状态下，也就是调整台71成为一个固定不变的刚体，这时，被测光学结构13就是与隔振平台9固定连接的关系。在真空形成过程中，产生的大气压力为两个波纹管74之间的压力，这个压力由撑杆75承担了，由于两个波纹管74的对称性，大气压力不产生使撑杆75相对真空舱6之间的相对运动。从而保证被测光学结构13与隔振平台9位置关系不变也就是与光源1及紫外单色仪3之间的位置关系不变，同时保证真空舱6与隔振平台9之间位置关系也不变化。调整台71的上表面和叉耳72固定，调整台71的下表面和隔振平台9固定，调整台71的上下表面之间可以产生相对位置方向的变化。由于调整台71上表面通过叉耳72固定连接到固定被测光学结构13的舱内光学平台76上，因此调整台71的调整就可以改变被测光学结构13与隔振平台9的相对位置关系，由于波纹管74的柔性，不论在真空形成前，还是在真空形成后，都可以用来调整被测光学结构13与隔振平台9的方向与位置关系，也就是调整被测光学结构13与光源1及紫外单色仪3之间的位置关系。

光源1与紫外单色仪3是采购品，它们内部的光学元件直接固定在它们的外壳也就是真空腔体上。要在光源1与紫外单色仪3两者之间进行抽气，使用抽气装置2进行，以避免布置在地面的真空泵8与通过垫块1固定在隔振平台9之间由大气压力而产生的相对运动，同时去除真空泵8的振动对隔振平台9及其上各光学元件的影响。抽气时，光源1与紫外单色仪3之间所产生的大气压力由抽气装置2中的撑杆24承担，抽气装置2的两个法兰口21之间的相对位置不变化。两法兰内侧的两个波纹管23由于是柔性，其内侧真空管道25的运动对其外侧部分影响很小。真空管道25通过支架26与地面固定，抽真空时产生的位置变化很小，因此抽真空时，对隔振平台9及其固连的各部分基本不会发生影响。

通过舱外调节装置7、连接结构4、抽气装置2的作用，在抽真空前后，隔振平台9及其与之固定的各部分，与同地面固定的真空舱6及真空泵8之间不发生相互的作用力，以及导致隔振平台9及其与之固定部分之间发生形变的力。从而使所有光学元件之间相对位置关系正确并保持不变，使光学实验得以进行。

上面所述隔振平台9中没有孔。续请参阅图1中在隔振平台9上还包括多个通孔12，每个第一支撑架27、每个第二支撑架61及每个第三支撑架51置于隔振平台9上对应的通孔12中。

所述支撑架包括：两组第一支撑架27相互平行放置，其中每组第一支撑架27具有两个第一支撑架27或选用多个第一支撑架27，每个第一支撑架27的长度方向垂直于隔振平台9的平面，并隔振平台9一端的两侧面位于两组第一支撑架27之间，且每个第一支撑架27的下端置于地面上的不同位置；以及

两组第二支撑架61相互平行放置，其中每组第二支撑架61具有两个第二支撑架61或选用多个第二支撑架61，每个第二支撑架61的长度方向垂直于隔振平台9的平面；隔振平台9的另一端的两侧面位于两组第二支撑架61之间；每个第二支撑架61的下端置于地面上的不同位置。

所述第三支撑架51上端的卡箍套设于靠近真空舱6的一真空管5的管壁中，第三支撑架位于隔振平台9一侧面或位于隔振平台上对应的通孔中，并第三支撑架51的下端置于地面上，用于支撑真空管5。

抽气装置2对光源1与单色仪3之间连接的细长管道进行抽气，光源1与单色仪3内部的光学结构与它们各自的真空系统是固定连接，因此采用这种抽气装置，解决抽气时对隔振平台9产生的作用力干扰；

请参阅图2a和图2b示出的抽气装置2包括：两个法兰21、六对螺母22、两个波纹管23、三个连接杆24、三个固定孔24′、真空管道25、抽真空管道26、第一支撑架27、卡箍28、连接孔29、通气孔30，其中：通气孔30设于每个法兰21中心的位置，在每个法兰21上对称分布多个连接孔29和三个固定孔24′，且多个连接孔29设于三个固定孔24′和一通气孔30之间；真空管道25的外壁穿设于第一支撑架27的卡箍28中；抽真空管道26位于真空管道25的一抽气口和真空泵8的吸气口之间并固定连接；每个波纹管23的两端位于法兰21对应的通气孔和真空管道25的一端之间并固定连接；每个法兰21的两面位于每对螺母22之间，每个法兰21的固定孔24′、每对螺母22分别与对应的连接杆24的两端具有螺纹固定连接成一体；调整三个连接杆24上的每对螺母22，控制两个法兰21之间的距离，将两个法兰21与两个波纹管23、真空管道25、抽真空管道26、第一支撑架27形成一体结构。

多个连接杆24与内、外侧螺母22的组合，形成了一个笼子形状的结构，用于承受两个法兰21之间在形成真空前后产生的拉压力。两个相同规格的波纹管23，将真空管道25与法兰21外侧的真空管道1a、3a隔开，真空管道25的微小运动，不影响法兰21处真空管道25的运动。真空管道25用第一支撑架27与地面固定，通过抽真空管道26连接真空泵8。在抽真空过程中，不会影响与光学元件连接的真空管道，从而不会影响被测光学结构13和光学元件。波纹管23为柔性的焊接波纹管。连接孔29用于抽气装置2与真空管道1a、3a之间的连接。

请参阅图3示出图1中A-A剖面的位置为舱外调整装置与测光学结构连接方式，图1示出的B-B剖面结构与A-A剖面结构相同，图3显示如何将被测光学结构13与真空舱6之间进行隔离。舱外调节装置7包括舱外连接部和舱内连接部，舱外连接部包括调整台71、叉耳72、两个连接件73、多个波纹管74；舱内连接部包括撑杆75、光学平台76；根据实验需要可以设置多个舱外调节装置7。所述调整台71、叉耳72、两个连接件73位于真空舱6外部，所述撑杆75、光学平台76位于真空舱6内部；所述波纹管74位于真空舱6外部和内部之间并位于真空舱内部；调整台71的下表面置于隔振平台9的上表面上并固定连接；叉耳72的下表面置于调整台71的上表面上并固定连接；叉耳72的两侧壁与对应真空舱6的连接口相对放置；每个连接件73具有两个连接部；撑杆75具有两个连接端；连接件73的每个连接部置于真空舱6对应的连接口中，并连接件73的每个连接部位于对应叉耳72的侧壁、对应撑杆75的连接端之间并固定连接；在真空舱6内的光学平台76上放置被测光学结构13，光学平台76的下表面置于撑杆75的上表面上并固定连接。波纹管74的两端位于对应真空舱6的内壁和撑杆75的连接端的端部之间且固定连接，用于将撑杆75与真空舱6密封连接。

因为波纹管74是具有柔性和密封性的结构，撑杆75可以在真空舱6内平移和摆动，真空舱6不会因此而漏气。调整台71可以平动或转动，调整台71带动叉耳72运动，撑杆75支撑光学平台76。因此调整台71的调整运动，可以带动处于真空舱6内的被测光学结构13的调整运动。

由于调整台71固定在隔振平台9上，所有的光学元件都固定连接于隔振平台9，相对于隔振平台9静止，从而保证了所有光学元件之间的相对位置关系。与真空舱6固定连接的光学元件，光源1和紫外单色仪3通过垫块11固定连接在隔振平台9上，而与真空泵8之间隔着抽气装置2中的波纹管23，因此位于光源1、紫外单色仪3中的光学元件与真空舱6中的被测光学结构13之间是刚性连接，用于保障光源1、紫外单色仪3中的光学元件与真空舱6中的被测光学结构13之间的相对位置关系。

在真空舱6形成真空的过程中，撑杆71两侧由于开口大小一致，波纹管23的型号也一致，因此不产生影响被测光学结构13与隔振平台9间相对位置的力，也不产生与真空舱6发生相对位置变化的力。而真空舱6的舱壁的振动也会因波纹管74的柔性而不会传播到被测光学结构13。

在真空舱6的舱体上设置两个连接口，撑杆75位于真空舱6中，撑杆75两端通过连接件73接到真空舱6的两个连接口之外，撑杆75的两端与真空舱6之间设有波纹管，用于将撑杆75与真空舱6密封连接；撑杆75及连接件73像担架一样，在撑杆75上面固定光学平台76，光学平台76上面固定被测光学结构13。所述波纹管74使用规格相同的柔性波纹管，波纹管4的尺寸与真空舱10上相对应的两个开孔的规格大小也相同并为对称设计，这样当气压变化时，撑杆75两端所受的大气压力因为同时变化，使得合力不变。撑杆75在轴向上刚度很大，压力变化产生的形变可以忽略不计，因此真空形成前后的被测光学结构13的位置变化得到了控制。真空舱6内压力变化时，撑杆75受到的变化力仅为轴向的压力，对位置变化影响极小，对支柱的变形影响也很小，因而保证光学系统不随真空度的变化而变化。做微动调整时，不论是哪个方向，对调整结构的作用力变化也仅是波纹管74的弹性力，这个弹性力在调整结束后不再变化。

撑杆75两端连接连接件73，通过连接件73与叉耳72连接。调整台71位于真空舱6外的下方。调整台71可以采用用于大气中的普通调整机构，不需要真空兼容性。调整台71固定在隔振平台9上。

真空舱6位于第二支撑架61上且固定连接，真空舱6通过第二支撑架61下端直接支在地面上，第二支撑架61穿过隔振平台9上预留的孔洞12，也可以跨过这个平台，这样真空舱6与被测光学结构13之间的接触环节只是两个柔性的波纹管4。使被测光学结构13免受真空系统的影响，即使真空舱6进行微小移动，对被测光学结构13的影响也很小，因此可以降低因振动、开关真空舱门等对被测光学结构13的影响。

隔振平台9用空气弹簧10支撑，可以隔除大地振动、人员走动等环境因素带来的振动。真空系统的振动要经过大地及空气弹簧10才能到达光学元件，空气弹簧10对真空系统带来的振动也有隔除效果。

即使发生微小形变，舱外的调整台71可以进行补偿调整。由于是用于大气中的普通调整机构而不是真空兼容的调整机构，调整机构71在设计中更容易在刚度、锁紧方面进行加强。

真空舱6与调整台71之间连接的波纹管74的连接方式有两种，波纹管74可以放在真空舱内，如图3中A-A所示，也可以放在真空舱外。

可以一套调整台71对应一个撑杆75，也可以一套调整台71对应多个撑杆75，多个撑杆75共同支撑一个光学平台76，用以获得较好的力学效果。

真空系统中，真空泵8可以直接连接到真空舱6上，由于真空系统不与光学元件有刚性连接，因此真空泵8的形式与真空泵8的工作对光学系统不影响。

在系统设计中，存在与现有真空光学系统兼容的问题，如一些真空光源，它的光源元件的基础与真空系统在一起，如果直接与上述真空系统连接，抽真空时，固定在隔振平台9上的被测光学结构13及光源1、紫外单色仪3中的光学元件与固定在地面的真空系统之间会产生拉力，并随真空度变化而变化，被测光学结构13和光学元件间的位置也会受到一些影响，为此本发明设计了连接器件4来解决这个问题，它的功能是提供一种柔性的连接，当气压变化时，连接器件4与所连接的真空舱6不产生相对的拉力，从而保证与真空舱6内的被测光学结构13和光学元件不产生位置变化。

图4a和图4b为连接器件4的结构示意图，其中，图4a为主视剖面图，图4b为图4a的侧视图。该连接器件4由以下部分组成：第一法兰接口41、第一透光部42、两个小波纹管43、两个压力撑杆44、大波纹管45、第二法兰接口46、第二透光部47、壳体48、两个密封盖49；其中：在中空壳体48的壳壁上设有一连接孔48a、两个安装小孔48b和一安装孔48c；两个安装小孔48b与第一透光部42的中心对称并且设于中空壳体48的对应的两侧；第一透光部42的一端与连接孔48a端固定连接，第一透光部42的另一端与第一法兰接口41固定连接；第二透光部47的一端置于中空壳体48中部的安装孔48c中，并第二透光部47的一端对称的位置与对应的压力撑杆44的一端固定连接或为一体结构；每个压力撑杆44的一端穿设于中空壳体48对应的安装小孔48b中；每个压力撑杆44的另一端置于对应的小波纹管43中并且与对应的密封盖49连接；第二透光部47的另一端与第二法兰接口46固定连接且位于中空壳体48外部；在靠近中空壳体48的安装孔48c的位置及第二法兰接口46之间安置大波纹管45并固定连接。每个压力撑杆44为L型结构。连接器件4在长度上变化时，两端的受力情况基本不变，且两端的压力可以不随着真空度变化而变化。这是因为在连接器件4的中间有一个异型的压力撑杆44，连接器件4的一端支撑在大波纹管45一端上，连接器件4的另一端支撑在两个小波纹管43的对面。当连接器件4长度变化时，如果连接器件4长度变短，大波纹管45缩短，另两个小波纹管43伸长，而如果连接器件4长度变长，大波纹管45伸长，另两个小波纹管43缩短伸长。波纹管两端的压力由压力撑杆44支撑，抽真空时，大气压力的变化只是压力撑杆44的刚性变化，结构设计时通过增加材料厚度和减少撑杆杆与第二透光部47管壁的距离，提高其轴向刚度，其变形很小以致可以忽略。大气压力产生的压缩力与波纹管的截面积和波纹数相关。通过对两种波纹管截面积与波纹数进行设计，令相同压力下的大波纹管的收缩力与两个小波纹管收缩力和相等，器件的总长度可以不受真空度变化的影响。

法兰接口41连接紫外单色仪3一侧的真空管道，该真空管道是与隔振平台9固定的；法兰接口46连接真空舱6一侧的真空管道，该管道是与真空舱6固定的。真空舱抽真空时，由于该连接器件4的作用，真空舱6与隔振平台9之间不产生相互作用力，因此真空形成过程就不会影响光学系统。

被测光学结构13和光学元件与真空系统之间的接触面有两个，一个是真空舱6与调整台71接触的波纹管74，一个是连接器件4。在形成真空前后，连接器件4是柔性的，其伸长及缩短对两端不产生变化的作用力，也就是说真空舱6与紫外单色仪3之间不产生拉力，从而不在这个地方对光学系统产生作用力；波纹管74是成对的，形成真空时，产生的大气压力被波纹管内的支撑承担，不产生对所连接调整台71的作用力，因而不对光学系统产生作用力。

真空舱6用其自身的支腿支撑在地面上。被测光学结构13和光学元件所在的隔振平台9用空气弹簧10支撑。被测光学结构13和光学元件与真空系统分别支撑，不相干扰。这样的真空实验系统减小了真空形成前后对被测光学结构13和光学元件的影响。通常在真空形成前，真空舱舱门打开的情况下初调光路，关闭舱门，形成真空后才能达到被测光学结构13和光学元件的工作状态。如果因为真空形成前后光路中光学特性的变化，或者其它未知原因的变化，产生被测光学结构13和光学元件需要调整位置的情况，可以通过调整调整台71来完成。

细长的光路，在没有被测光学结构13和光学元件的情况下，可以采用细长的真空管，但若要求管道内具有较高真空度，则需要在中间布置真空泵。在不影响被测光学结构13和光学元件前提下引入真空泵，可以采用如下三种方式：

(1)真空管的一端连接与被测光学结构13和光学元件固接的真空系统上，真空管的另一端连接与被测光学结构13和光学元件分离的真空系统：这需要安装连接器件4，真空泵位于真空舱一侧；

(2)真空管两端均为与被测光学结构13和光学元件分离的真空系统：这时直接和地面连接；如图1中真空管道5处的抽气方法。

(3)真空管5两端均为与被测光学结构13和光学元件固接的真空系统：图1中的抽气装置2就是解决这个问题，可以按照图2所示是被测光学结构13和光学件与真空系统固联设备之间连接的细长管道中间布置真空泵的方式安装。

上述3项设计方式(舱外调整方式、长度不随气压变化的连接器件、长真空管道中间加泵)，可以使得一般的被测光学结构13和光学元件在真空环境时，被测光学结构13和光学元件基础统一于隔振平台9，并与真空系统，特别是真空泵刚性分离，避免真空度变化产生的大气压力变化影响被测光学结构13和光学元件的相对位置。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (7)

1.一种带舱外微调机构的真空光学实验系统，其特征在于，包括：光源、抽气装置、紫外单色仪、连接器件、多支真空管、真空舱、舱外调节装置、多台真空泵、隔振平台、多只空气弹簧、两个垫块；其中：

隔振平台上具有多个通孔或者没有通孔；

光源具有一连接口；抽气装置具有抽气口和第一支撑架；真空舱的侧壁上具有连接口、抽气口和第二支撑架；抽气装置、紫外单色仪和连接器件的两端都含有连接口；真空管具有端口和抽气口；

第一支撑架放置于靠近隔振平台的垂直面的位置，且第一支撑架与隔振平台的垂直面平行，或者在隔振平台上具有多个通孔的情况下第一支撑架位于隔振平台上对应的通孔中；第一支撑架的上端放置抽气装置，第一支撑架的下端放置于地面上并垂直于地面；

第二支撑架放置于靠近隔振平台的垂直面的位置，且第二支撑架与隔振平台的垂直面平行，或者在隔振平台上具有多个通孔的情况下第二支撑架位于隔振平台上对应的通孔中；第二支撑架的上端放置真空舱，第二支撑架的下端放置于地面上并垂直于地面；

隔振平台的下平面置于每个空气弹簧的上端面上；每个空气弹簧的下端面置于地面上；

每个垫块、舱外调节装置的下平面分别位于隔振平台的上平面对应的位置上并固定连接；

光源、紫外单色仪位于对应的垫块上并固定连接；

每个真空泵的吸气口分别与抽气装置、真空管、真空舱对应的抽气口连接；

光源、抽气装置、紫外单色仪、连接器件及真空舱的连接口分别与对应真空管的端口连接，用于形成细长光通路和细长光通路的真空环境；

舱外调节装置包括舱外连接部和舱内连接部；舱外连接部位于隔振平台上并固定连接；舱内连接部的两个连接端与真空舱对应的内壁通过波纹管连接，被测光学结构置于舱内连接部的上表面上并固定连接，舱外调节装置用于在真空舱外调节被测光学结构，使被测光学结构在真空舱内移动。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述抽气装置包括：两个法兰、六对螺母、两个波纹管、三个连接杆、三个固定孔、真空管道、抽真空管道、第一支撑架、卡箍、连接孔、通气孔，其中：通气孔设于每个法兰中心的位置，在每个法兰上对称分布多个连接孔和三个固定孔，多个连接孔设于三个固定孔和一通气孔之间；真空管道的外壁穿设于第一支撑架的卡箍中；抽真空管道位于真空管道的一抽气口和真空泵的吸气口之间并固定连接；每个波纹管的两端位于法兰对应的通气孔和真空管道的一端之间并固定连接；每个法兰的两面位于每对螺母之间，每个法兰的每个固定孔、内侧螺母、外侧螺母分别与对应的连接杆的两端具有螺纹固定连接成一体；调整三个连接杆上的每对螺母，控制两个法兰之间的距离，将两个法兰与两个波纹管、真空管道、抽真空管道、第一支撑架形成一体结构。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述连接器件由第一法兰接口、第一透光部、两个小波纹管、两个压力撑杆、大波纹管、第二法兰接口、第二透光部、壳体、两个密封盖组成；其中：在中空壳体的壳壁上设有一连接孔、两个安装小孔和一安装孔；两个安装小孔与第一透光部的中心对称并且设于中空壳体的对应的两侧；第一透光部的一端与连接孔端固定连接，第一透光部的另一端与第一法兰接口固定连接；第二透光部的一端置于中空壳体中部的安装孔中，并第二透光部的一端对称的位置与对应的压力撑杆的一端固定连接或为一体结构；每个压力撑杆的一端穿设于中空壳体对应的安装小孔中；每个压力撑杆的另一端置于对应的小波纹管中并且与对应的密封盖连接；第二透光部的另一端与第二法兰接口固定连接且位于中空壳体的外部；在靠近中空壳体的安装孔的位置及第二法兰接口之间安置大波纹管并固定连接；每个压力撑杆为L型结构。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一支撑架是由两组相互平行放置的第一支撑架组成，两组第一支撑架的长度方向垂直于隔振平台的平面；在隔振平台上没有通孔的情况下隔振平台的一端的两侧面位于两组第一支撑架之间；每组第一支撑架的下端面置于地面上的不同位置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二支撑架是由两组相互平行放置的第二支撑架组成，两组第二支撑架的长度方向垂直于隔振平台的平面；在隔振平台上没有通孔的情况下隔振平台的另一端的两侧面位于两组第二支撑架的之间；每组第二支撑架的下端面置于地面上的不同位置。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述真空管还具有第三支撑架，所述第三支撑架上端的卡箍套设于靠近真空舱的一真空管的管壁中，第三支撑架位于隔振平台一侧面或在隔振平台上具有多个通孔的情况下位于隔振平台上对应的通孔中，并第三支撑架的下端面置于地面上，用于支撑真空管。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述舱外调节装置包括舱外连接部和舱内连接部，舱外连接部包括调整台、叉耳、两个连接件、多个波纹管并位于真空舱外部，舱内连接部包括撑杆、光学平台并位于真空舱内部；根据实验需要设置多个舱外调节装置；调整台的下表面置于隔振平台的上表面上并固定连接；叉耳的下表面置于调整台的上表面上并固定连接；叉耳的两侧壁与对应真空舱的连接口相对放置；每个连接件具有两个连接部；撑杆具有两个连接端；连接件的每个连接部置于真空舱对应的连接口中，并连接件的每个连接部位于对应叉耳的侧壁、对应撑杆的连接端之间并固定连接；在真空舱内的光学平台上放置被测光学结构，光学平台的下表面置于撑杆的上表面上并固定连接；波纹管，用于将撑杆与真空舱密封连接。