CN107607200B - 一种直驱多通道单色器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直驱多通道单色器，包括一直驱电机、一磁流体密封装置和一晶体单色器；其中，所述直驱电机的马达旋转轴与该磁流体密封装置的大气端旋转轴连接，该磁流体密封装置的真空端旋转轴与所述晶体单色器连接，驱动所述晶体单色器绕旋转轴转动；其中所述晶体单色器的旋转轴与磁流体密封装置的旋转轴一致。本发明提高了机器的可靠性，减少了维护时间和开销，简化机械设计，简单安装和拆卸。本发明具有起动、堵转力矩大的特点，能够改善系统动平衡，避免振动和噪声。

Description

一种直驱多通道单色器

技术领域

本发明涉及一种单色器，尤其涉及一种直驱多通道单色器。

背景技术

同步福射由于其广光谱范围、高亮度、高准直性、偏振性、高纯净性、脉冲时间结构、高稳定性以及性能可精确预知等特点，在多个学科的科学研究和高科技研发中发挥着重要的作用，光束线作为连接光源与试验站的纽带，需按照不同的实验站功能，利用光的不同特性，光束线的核心是单色器，实现不同能量波段的分光。

现在单色器的旋转机构均采用滚珠丝杠系统的组成元件(伺服电机、传动齿轮、丝杠、滚珠等)，这些系统传动链长，同时，滚珠丝杠又是一种细而长的刚性传动元件，当运动速度要求较高时，由于滚珠丝杠传动惯量大、扭矩刚度低，会导致该方式的传动误差大、摩擦磨损严重、反向间隙引起回程非线性误差等一系列问题，从而影响运动平台的动态性能。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种直驱多通道单色器。本发明将多通道单色器驱动方式由机械传动方式改为直接驱动方式，消除传动部分的误差、克服传动扰动，有效消除机械共振，实现高刚度，高精度，高动态响应速度。

本发明的技术方案为：

一种直驱多通道单色器，其特征在于，包括一直驱电机、一磁流体密封装置和一晶体单色器；其中，所述直驱电机的马达旋转轴与该磁流体密封装置的大气端旋转轴连接，该磁流体密封装置的真空端旋转轴与所述晶体单色器连接，驱动所述晶体单色器绕旋转轴转动；其中所述晶体单色器的旋转轴与磁流体密封装置的旋转轴一致。

进一步的，所述直驱电机的马达旋转轴通过一柔性联轴器与该大气端旋转轴连接。

进一步的，所述晶体单色器包括若干对对称性衍射面，每对对称性衍射面与入射到该对对称性衍射面的光路满足固定的角度差时既有光束出射。

进一步的，所述衍射面为硅的(220)晶面。

进一步的，所述晶体单色器的旋转轴为硅的<-111>晶向。

进一步的，所述直驱电机采用快-慢-快-慢的脉冲式驱动所述磁流体密封装置的旋转轴转动，当光路通过所述晶体单色器的对称性衍射面时，所述直驱电机的马达旋转轴的旋转速度降低，当光路被所述晶体单色器的对称性衍射面遮挡时，所述直驱电机的马达旋转轴的旋转速度提高。

进一步的，根据所述直驱电机的马达旋转轴的旋转速度、所述晶体单色器的大小以及所述晶体单色器中相邻衍射面之间的间距，计算出光路通过每对对称性衍射面间的间隙的时间点，然后根据该时间点生成所述快-慢-快-慢的脉冲信号驱动所述磁流体密封装置的旋转轴转动。

进一步的，设置一检测器用于检测入射光信息，当未检测到入射光信息时，判断为光路被所述晶体单色器的对称性衍射面遮挡，当检测到入射光信息时，判断为光路通过所述晶体单色器的对称性衍射面；根据检测到的入射光信息生成所述快-慢-快-慢的脉冲信号驱动所述磁流体密封装置的旋转轴转动。

进一步的，所述晶体单色器卡箍在一底盘上，该底盘固定在所述磁流体密封装置的真空端旋转轴上。

进一步的，所述直驱电机为力矩电机或直线电机。

本发明的主要技术内容包括：

1、利用直驱方式代替传统机械传动方式。

2、采用‘快-慢-快-慢’的脉冲式驱动方式，实现高时间分辨率的同时，提高出光时间。

本发明适用于一体型多联分光晶体单色器，这种单色器利用特定的对称性衍射面，实现一次旋转多次分光的功能。比如使用(220)晶面为工作面，根据硅本身晶体结构的对称性，选择六次对称的<-111>晶向，即绕<111>轴向每旋转60°就有一个(220)等效晶面。单色器绕<111>轴旋转，每当等效面与光路满足固定的角度差时既有光束出射，在晶体一周的旋转周期里有六次出光的机会。

如图1所示，将磁流体密封装置外端与直驱马达直接相连，通过相应的控制系统，实现转动。

与现有技术相比，本发明的积极效果为：

本发明利用直驱方式将负载直接安装于电机上，直接的力延伸，代替机械传递，实现了高动态和良好的驱动控制质量。

本发明提高了机器的可靠性，减少了维护时间和开销，简化机械设计，简单安装和拆卸。本发明具有起动、堵转力矩大的特点，能够改善系统动平衡，避免振动和噪声。

附图说明

图1为本发明的驱动器结构示意图；

其中，1-密封法兰，2-磁流体密封装置，3-直驱电机，4-晶体单色器

图2为本发明驱动器原理图。

具体实施方式

下面结合具体实验和模拟以及附图对本发明进行进一步详细描述。

直接驱动就是在驱动系统控制下将直驱电机(直线电机或力矩电机)直接连接到负载上，实现对负载的直接驱动。采用此种结构，所有机械传动部件(滚珠丝杠副、齿条与齿轮、传动皮带或者皮带轮以及齿轮箱等)均被取消，消除了由机械传动带来的反向回程误差、震动、效率低下等与之相关的其它问题。

本发明将直接驱动方式应用于可以连续旋转的一体型多联分光晶体单色器。

如图1所示，将直驱电机3与磁流体密封装置2的大气端旋转轴通过转接机构柔性联轴器相连接，以保证直驱电机3的马达旋转轴与磁流体密封装置2的旋转轴在小幅度不同轴的情况下稳定运行；为了增加传热效果，本发明选择硬连接的连接方式，将晶体卡箍在一底盘上，该底盘固定在磁流体密封装置2的真空端旋转轴上。

图2为驱动器原理图，通过控制器发送指定的命令，驱动器接受命令后转换为马达可以识别接受的信号并传递给直驱马达，最后实现马达的转动。此外，通过设计特定的程序，可以使马达实现‘快-慢-快-慢’的脉冲式旋转，即当光路通过晶面时，马达的旋转速度降低，当光路被晶体遮挡时，马达的旋转速度提高，这样在尽量提高单色器时间分辨率的同时，提高出光时间。

单色器上的晶块是两两对称的，中间有空隙，可以走光路，本发明给出了两种方式来计算光路是否通过：1、通过计算，根据转速、晶体的尺寸以及相邻晶体之间的间距，计算出光路何时会通过间隙，然后在这个时间点，放慢速度；当旋转过空隙之后，再提高转速，这样被挡住的时间就会缩短；2、用检测信号的方式来控制，检测探头放置在晶体之后，将得到的信号反馈给控制器。

利用中空传动机构方式，该方法通过谐波减速马达，简化原来机械传动方式，实现转动。

Claims (8)

1.一种直驱多通道单色器，其特征在于，包括一直驱电机、一磁流体密封装置和一晶体单色器；其中，所述直驱电机的马达旋转轴与该磁流体密封装置的大气端旋转轴连接，该磁流体密封装置的真空端旋转轴与所述晶体单色器连接，驱动所述晶体单色器绕旋转轴转动；其中所述晶体单色器的旋转轴与磁流体密封装置的旋转轴一致；其中，所述晶体单色器包括若干对对称性衍射面，每对对称性衍射面与入射到该对对称性衍射面的光路满足固定的角度差时即有光束出射；所述直驱电机采用快-慢-快-慢的脉冲式驱动所述磁流体密封装置的旋转轴转动，当光路通过所述晶体单色器的对称性衍射面时，所述直驱电机的马达旋转轴的旋转速度降低，当光路被所述晶体单色器的对称性衍射面遮挡时，所述直驱电机的马达旋转轴的旋转速度提高。

2.如权利要求1所述的直驱多通道单色器，其特征在于，所述直驱电机的马达旋转轴通过一柔性联轴器与该大气端旋转轴连接。

3.如权利要求1所述的直驱多通道单色器，其特征在于，所述衍射面为硅的(220)晶面。

4.如权利要求3所述的直驱多通道单色器，其特征在于，所述晶体单色器的旋转轴为硅的<-111>晶向。

5.如权利要求1所述的直驱多通道单色器，其特征在于，根据所述直驱电机的马达旋转轴的旋转速度、所述晶体单色器的大小以及所述晶体单色器中相邻衍射面之间的间距，计算出光路通过每对对称性衍射面间的间隙的时间点，然后根据该时间点生成所述快-慢-快-慢的脉冲信号驱动所述磁流体密封装置的旋转轴转动。

6.如权利要求1所述的直驱多通道单色器，其特征在于，设置一检测器用于检测入射光信息，当未检测到入射光信息时，判断为光路被所述晶体单色器的对称性衍射面遮挡，当检测到入射光信息时，判断为光路通过所述晶体单色器的对称性衍射面；根据检测到的入射光信息生成所述快-慢-快-慢的脉冲信号驱动所述磁流体密封装置的旋转轴转动。

7.如权利要求1或2所述的直驱多通道单色器，其特征在于，所述晶体单色器卡箍在一底盘上，该底盘固定在所述磁流体密封装置的真空端旋转轴上。

8.如权利要求1或2所述的直驱多通道单色器，其特征在于，所述直驱电机为力矩电机或直线电机。