CN111596466A - 宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法，依次安置针孔组件和激光器，对激光器出射的光束进行装调，安装前端镜筒组件和准直镜组件，进行安装误差的校正，在前端镜筒组件和准直镜组件之间安装快门组件，保证激光光束与快门中心点重合，安装棱镜组件和中阶梯光栅组件，利用靶标板消除棱镜的滚转误差，调整中阶梯光栅转角，使最亮的光斑入射至棱镜中，安装成像镜组件、后端柱面镜组件、CCD相机组件，使衍射光斑经棱镜折射至成像镜上，成像镜的反射光斑与柱面镜前端的靶标小孔完全重合后透过柱面镜入射至CCD相机上，更换成标准汞灯，对成像镜进行最后的装调。本发明所需专业辅助设备少、装调费用低、操作简便、装调耗时少、易于应用。
Description
技术领域
本发明属于光谱技术领域，具体涉及一种宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法
背景技术
光谱分析技术是通过检测物质的反射、散射、吸收光谱特征，对所检测物质进行定性、定量以及结构的分析，在工业、农业、医药、生物、能源、物探、交通、材料、环保、食品、安检、国防、天文、航空、航天、地外生命探测等各领域的应用极为普遍。
光谱仪是光谱分析技术所应用的检测设备或系统的核心分光模块。传统Rowland和C-T型光谱仪常常采用刻线密集的光栅或大成像焦距来提高其光谱分辨率，使得仪器成本高、体积庞大，且光谱范围有限。中阶梯光栅光谱仪，即中阶梯光栅单色器，采用中阶梯光栅为主色散元件，配合低色散元件辅助交叉色散，形成二维光谱图像，采用面阵探测器接收，通过光谱标定及信息预处理，完成波段与能量的对应，还原出反映物质成分信息的完整光谱曲线。
目前，国内外对于中阶梯单色器的精确装调方法的讨论很多。但大多数装调方法都需要配合使用多个专业的辅助装调设备，装调过程较为繁琐，对装调者的经验依赖较大。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种所需专业辅助设备少、操作简便、易于应用，并利于实现宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器各项性能的装调方法。
本发明的技术方案如下：
一种宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法：该方法包括以下步骤：
步骤S1：将针孔组件安装到机械外壳上的设计位置，所述针孔组件包括与机械外壳相互连接的真空密封圈、紧密连接在真空密封圈内的氟化钙针孔以及紧密贴合氟化钙针孔的星点孔压盘，所述星点压盘固定安装在机械外壳上；
步骤S2：以激光器作为调试光源，将激光器安置在针孔组件的前端设置于机械外壳的外部，利用针孔组件将激光器出射的光束经过针孔组件入射至机械外壳内部；
为了保证激光器出射的光束自准直的通过针孔组件后入射至机械外壳内部，利用氟化钙针孔内表面具有的反射激光器出射光束的作用，观测是否有激光器出射的光束经氟化钙针孔反射出机械外壳外部，如果出现反射光则进行激光器的滚转角度和俯仰角度的调试至反射光束与出射光完全重合，保证了激光器出射的光束无俯仰、无倾斜的通过针孔组件后入射至机械外壳内部；
步骤S3：将前端镜筒组件和准直镜组件安装到机械外壳内部的设计位置，所述前端镜筒组件包括镜筒和镜筒支架，所述准直镜组件包括准直镜、准直镜架，使进入机械外壳内部的激光光束穿出镜筒后无俯仰、无倾斜的入射至准直镜上；
为了降低前端镜筒组件和准直镜组件的安装误差，首先将准直镜架固定在机械外壳内，在准直镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整前端镜筒组件保证激光光束完全穿出镜筒，并且穿出镜筒的激光光束与准直镜前端的靶标小孔完全重合后入射至准直镜上，固定镜筒组件，移除准直镜前端的靶标板；
步骤S4：将快门组件安装到机械外壳内部的设计位置，并处于前端镜筒组件和准直镜组件之间，所述快门组件包括快门和快门架，调整快门的安装位置使穿出镜筒的激光光束与快门中心点重合，固定快门组件；
步骤S5：将棱镜组件和中阶梯光栅组件安装到机械外壳内部的设计位置，所述棱镜组件包括棱镜、棱镜架，所述中阶梯光栅组件包括中阶梯光栅和中阶梯光栅架，使准直镜反射的光束完全射入棱镜后到达中阶梯光栅的色散面形成光斑；
为了降低棱镜组件和中阶梯光栅组件的安装误差，首先将中阶梯光栅架固定在机械外壳内，在棱镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整棱镜组件，保证准直镜的反射光束与棱镜前端的靶标小孔完全重合后入射至棱镜上，消除棱镜的滚转误差，固定棱镜组件，移除棱镜前端的靶标板，调整中阶梯光栅的转角，在中阶梯光栅的色散方向能够观测到多个衍射级次的光斑，当确定最亮的光斑入射至棱镜中时，固定中阶梯光栅组件；
步骤S6：将成像镜组件、后端柱面镜组件以及CCD相机组件安装到机械外壳内部的设计位置，所述成像镜组件包括成像镜、成像镜架以及用于平移成像镜架的平移台，所述后端柱面镜组件包括柱面镜、柱面镜架，所述CCD相机组件包括CCD相机和相机固定板，所述CCD相机与计算机电连接；
调整成像镜的滚转角度、俯仰角度，在柱面镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整后柱面镜组件以及CCD相机组件，使中阶梯光栅的最亮衍射光斑经棱镜完全折射至成像镜上，并且成像镜的反射光斑与柱面镜前端的靶标小孔完全重合后透过柱面镜入射至CCD相机上，固定成像镜架及平移台、后端柱面镜组件以及CCD相机组件，移除柱面镜前端的靶标板；
步骤S7：将调试光源更换成标准汞灯，通过计算机软件进行成像镜的精确调整，将CCD相机传输出的汞灯波长谱线与数据库中存储的汞灯标准波长谱线比对，通过对成像镜进行微调，使CCD相机传输出的汞灯波长谱线与数据库中存储的汞灯标准波长谱线处于误差允许方位内，固定成像镜，将汞灯移除，通过壳体真空密封圈将上盖安装在机械外壳的上开口处，将机械外壳封闭。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的宽普段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法，完成了宽普段高分辨中阶梯光栅单色器入射角度的精确调整，在装调过程中所需专业辅助设备少、装调费用低、操作简便、装调耗时少，并且本发明提供的装调方法易于应用。
附图说明
图1为本发明宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的结构示意图；
图2为本发明中开设靶标小孔的靶标板的结构示意图。
其中的附图标记为：针孔组件1、真空密封圈1-1、氟化钙针孔1-2、星点孔压盘1-3、前端镜筒组件2、准直镜组件3、快门组件4、棱镜组件5、中阶梯光栅组件6、成像镜组件7、后端柱面镜组件8、CCD相机9、相机固定板10、真空usb法兰11、机械外壳12、上盖13、壳体真空密封圈14、真空接头法兰15和真空航插16。
具体实施方式
下面将结合附图1与附图2对本发明的具体实施方式进行详细说明。
一种宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法：该方法包括以下步骤：
步骤S1：将针孔组件1安装到机械外壳12上的设计位置，针孔组件1包括与机械外壳12相互连接的真空密封圈1-1、紧密连接在真空密封圈11内的氟化钙针孔1-2以及紧密贴合氟化钙针孔1-2的星点孔压盘1-3，用M3六角扳手和M3内六角圆柱头螺钉将星点孔压盘1-3固定安装在机械外壳12上，校紧时要先对对角线的螺钉俩俩校紧，均匀用力，保证氟化钙针孔12的稳定性；
步骤S2：以激光器作为调试光源，将激光器安置在针孔组件1的前端设置于机械外壳12的外部，利用升降平台、水平平移台和角度平移台组成的多维调整平台将激光器的出光口调整到与星点孔压盘1-3的SMA905接口同轴的位置，利用星点孔压盘1-3的SMA905接口将激光器出射的光束经过氟化钙针孔1-2入射至机械外壳12内部；
为了保证激光器出射的光束自准直的通过针孔组件1后入射至机械外壳12内部，利用氟化钙针孔1-2内表面具有的反射激光器出射光束的作用，观测是否有激光器出射的光束经氟化钙针孔1-2反射出机械外壳12外部，如果出现反射光则进行激光器的滚转角度和俯仰角度的调试至反射光束与出射光完全重合，保证了激光器出射的光束无俯仰、无倾斜的通过针孔组件1后入射至机械外壳12内部；
步骤S3：将前端镜筒组件2和准直镜组件3安装到机械外壳12内部的设计位置，前端镜筒组件2包括镜筒和镜筒支架，所述镜筒内安装有柱面镜和球面镜，准直镜组件3包括准直镜、准直镜架，使进入机械外壳12内部的激光光束穿出镜筒后无俯仰、无倾斜的入射至准直镜上；
为了降低前端镜筒组件2和准直镜组件3的安装误差，首先将准直镜架固定在机械外壳12内，在准直镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，将前端镜筒组件2中透镜中心高度调整为与激光光束中心位置同轴，保证激光光束完全穿出镜筒，并且穿出镜筒的激光光束与准直镜前端的靶标小孔完全重合后入射至准直镜上，固定镜筒组件，移除准直镜前端的靶标板；
步骤S4：将快门组件4安装到机械外壳12内部的设计位置，并处于前端镜筒组件2和准直镜组件3之间，快门组件4包括快门和快门架，调整快门的安装位置使穿出镜筒的激光光束与快门中心点重合，固定快门组件4；
步骤S5：将棱镜组件5和中阶梯光栅组件6安装到机械外壳12内部的设计位置，棱镜组件5包括棱镜、棱镜架，中阶梯光栅组件6包括中阶梯光栅、中阶梯光栅架，使准直镜反射的光束完全射入棱镜后到达中阶梯光栅的色散面形成光斑；
为了降低棱镜组件5和中阶梯光栅组件6的安装误差，首先将中阶梯光栅架固定在机械外壳12内，在棱镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整棱镜组件5，保证准直镜的反射光束与棱镜前端的靶标小孔完全重合后入射至棱镜上，消除棱镜的滚转误差，固定棱镜组件5，移除棱镜前端的靶标板，调整中阶梯光栅的转角，在中阶梯光栅的色散方向能够观测到多个衍射级次的光斑，当确定最亮的光斑入射至棱镜中时，固定中阶梯光栅组件6；
步骤S6：将成像镜组件7、后端柱面镜组件8以及CCD相机组件安装到机械外壳12内部的设计位置，成像镜组件7包括成像镜、成像镜架以及用于平移成像镜架的平移台，后端柱面镜组件8包括柱面镜、柱面镜架，CCD相机组件包括CCD相机9和相机固定板10，CCD相机9与计算机电连接，CCD相机9通过真空usb法兰11与计算机电连接，真空usb法兰11固定安装在机械外壳12上，机械外壳12上还安装有真空接头法兰15和真空航插16；
调整成像镜的滚转角度、俯仰角度，在柱面镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整后柱面镜组件8以及CCD相机组件，使中阶梯光栅的最亮衍射光斑经棱镜完全折射至成像镜上，并且成像镜的反射光斑与柱面镜前端的靶标小孔完全重合后透过柱面镜入射至CCD相机9上，固定成像镜架及平移台、后端柱面镜组件8以及CCD相机组件，移除柱面镜前端的靶标板；
步骤S7：将调试光源更换成标准汞灯，通过计算机软件进行成像镜的精确调整，将CCD相机9传输出的汞灯波长谱线与数据库中存储的汞灯标准波长谱线比对，通过对成像镜进行微调，使CCD相机9传输出的汞灯波长谱线与数据库中存储的汞灯标准波长谱线处于误差允许方位内，固定成像镜，将汞灯移除，利用M3的内六角圆柱头螺钉将上盖安装在设置有壳体真空密封圈的机械外壳12的上开口处，将机械外壳12封闭，装调完成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (1)
1.一种宽谱段高分辨中阶梯光栅单色器的装调方法：其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤S1：将针孔组件安装到机械外壳上的设计位置，所述针孔组件包括与机械外壳相互连接的真空密封圈、紧密连接在真空密封圈内的氟化钙针孔以及紧密贴合氟化钙针孔的星点孔压盘，所述星点压盘固定安装在机械外壳上；
步骤S2：以激光器作为调试光源，将激光器安置在针孔组件的前端设置于机械外壳的外部，利用针孔组件将激光器出射的光束经过针孔组件入射至机械外壳内部；
为了保证激光器出射的光束自准直的通过针孔组件后入射至机械外壳内部，利用氟化钙针孔内表面具有的反射激光器出射光束的作用，观测是否有激光器出射的光束经氟化钙针孔反射出机械外壳外部，如果出现反射光则进行激光器的滚转角度和俯仰角度的调试至反射光束与出射光完全重合，保证了激光器出射的光束无俯仰、无倾斜的通过针孔组件后入射至机械外壳内部；
步骤S3：将前端镜筒组件和准直镜组件安装到机械外壳内部的设计位置，所述前端镜筒组件包括镜筒和镜筒支架，所述准直镜组件包括准直镜、准直镜架，使进入机械外壳内部的激光光束穿出镜筒后无俯仰、无倾斜的入射至准直镜上；
为了降低前端镜筒组件和准直镜组件的安装误差，首先将准直镜架固定在机械外壳内，在准直镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整前端镜筒组件保证激光光束完全穿出镜筒，并且穿出镜筒的激光光束与准直镜前端的靶标小孔完全重合后入射至准直镜上，固定镜筒组件，移除准直镜前端的靶标板；
步骤S4：将快门组件安装到机械外壳内部的设计位置，并处于前端镜筒组件和准直镜组件之间，所述快门组件包括快门和快门架，调整快门的安装位置使穿出镜筒的激光光束与快门中心点重合，固定快门组件；
步骤S5：将棱镜组件和中阶梯光栅组件安装到机械外壳内部的设计位置，所述棱镜组件包括棱镜、棱镜架，所述中阶梯光栅组件包括中阶梯光栅和中阶梯光栅架，使准直镜反射的光束完全射入棱镜后到达中阶梯光栅的色散面形成光斑；
为了降低棱镜组件和中阶梯光栅组件的安装误差，首先将中阶梯光栅架固定在机械外壳内，在棱镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整棱镜组件，保证准直镜的反射光束与棱镜前端的靶标小孔完全重合后入射至棱镜上，消除棱镜的滚转误差，固定棱镜组件，移除棱镜前端的靶标板，调整中阶梯光栅的转角，在中阶梯光栅的色散方向能够观测到多个衍射级次的光斑，当确定最亮的光斑入射至棱镜中时，固定中阶梯光栅组件；
步骤S6：将成像镜组件、后端柱面镜组件以及CCD相机组件安装到机械外壳内部的设计位置，所述成像镜组件包括成像镜、成像镜架以及用于平移成像镜架的平移台，所述后端柱面镜组件包括柱面镜、柱面镜架，所述CCD相机组件包括CCD相机和相机固定板，所述CCD相机与计算机电连接；
调整成像镜的滚转角度、俯仰角度，在柱面镜前端设置有开设靶标小孔的靶标板，调整后柱面镜组件以及CCD相机组件，使中阶梯光栅的最亮衍射光斑经棱镜完全折射至成像镜上，并且成像镜的反射光斑与柱面镜前端的靶标小孔完全重合后透过柱面镜入射至CCD相机上，固定成像镜架及平移台、后端柱面镜组件以及CCD相机组件，移除柱面镜前端的靶标板；
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