CN220820369U - 一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其包括光阑组件和滤光片组件以及驱动光阑组件和滤光片组件的驱动组件；驱动组件包括电机底座、电机以及光阑底座限位块，电机底座上设有支撑架，支撑架上设有齿条，电机固定在支撑架上，电机的输出轴上设有一齿轮，齿轮与齿条相啮合；光阑底座限位块安装在齿轮上；滤光片组件固定在支撑架上，光阑组件通过一光阑转轴固定座转动连接在支撑架上，光阑转轴固定座与电机的输出轴连接；电机驱动齿轮转动，从而带动齿条和支撑架水平运动以及光阑组件转动。本实用新型使用特殊的齿轮结构和光阑底座限位块结构、齿轮齿条以及机械传动原理，实现采用单电机同时驱动滤光片和光阑变更的目的。

Description

一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪

技术领域

本实用新型涉及光纤光谱仪技术领域，具体是一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪。

背景技术

现在大部分用于光谱仪变换滤光片和光阑的结构都是对其分别使用电机驱动，即双电机驱动。例如申请号为202011484903.3的发明专利提供一种滤光片光谱检测装置，包括依次相互连接的光源、激发单色器、光纤耦合装置、光纤、角度调节样品室、信号采集装置、发射单色器和光电检测器件以及光束整形装置。光源发出的激发光经激发单色器变成单色光，由光纤传输到角度调节样品室，经光束整形装置准直或聚焦，照射到滤光片上；再通过信号采集装置采集滤光片的透射光或反射光信号，传输到发射单色器，由光电检测器件检测其强度值。入射光线、待测滤光片与检测窗口三者相对夹角通过转动两个旋转装置实现。本发明使用带有透镜模组的信号采集装置，提高了信号收集效率；使用单色器分光，可得到任一激发波长下的发射光谱，适用于各种类型滤光片在入射角度变化下的透射或反射光谱检测。再例如，申请号为201721710154.5的实用新型公开了一种光学辐射标准单元用可调光阑组件，其可调光阑组件包括可调光阑、光束通过孔、弧形孔、第一限位开关、第二限位开关、滚动销、传动杆、驱动手柄、曲柄、电机固定壳、步进电机、光阑前罩、光阑后罩和定位卡环。

因此，现有技术中的光纤光谱仪中，滤光片变换和光阑的调节分别为两个不同的调节机构，其调节机构一般是使用电机进行驱动，然而实际使用中，双电机驱动容易出现很多问题，譬如发热大，振动大等问题一直困扰光谱仪的精密度。因此，上述现有技术使用双电机驱动的方式存在以下问题：

1、电机越多，发热量越大，用于固定镜片的铝底座容易热胀冷缩，从而导致光路变形，用于分析数据的光传感器也会因为发热增大而产生很大的底噪，使得分析的精度降低。

2、电机越多，振动越大，容易导致光谱仪内用于定位的编码器刻度误差变大。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型实施例的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，包括光阑组件和滤光片组件以及驱动光阑组件和滤光片组件的驱动组件，所述驱动组件包括电机底座、电机以及光阑底座限位块，所述电机底座上设有支撑架，支撑架上设有齿条，所述电机固定在所述支撑架上，所述电机的输出轴上设有一齿轮，齿轮与齿条相啮合；所述光阑底座限位块安装在所述齿轮上；所述滤光片组件固定在所述支撑架上，所述光阑组件通过一光阑转轴固定座转动连接在所述支撑架上，所述光阑转轴固定座与所述电机的输出轴连接；所述电机驱动齿轮转动，从而带动齿条和支撑架水平运动以及光阑组件转动，从而实现支撑架上的滤光片组件移动以及光阑组件的转动。

作为一个优选的方案，所述光阑组件包括光阑底座以及弹簧固定座，所述滤光片组件包括滤光片底座，所述光阑底座的第一端与所述光阑转轴固定座旋转固定，所述光阑底座的第二端通过弹簧与弹簧固定座连接；所述光阑底座的第二端还设有手柄，所述弹簧固定座的侧面设有弧形孔，所述手柄限位在所述弧形孔中滑动。

进一步的，所述齿条转动n个齿的距离使所述滤光片刚好移动一个孔位，所述齿轮具有n个齿，n为自然数。作为一个优选的实施例，所述齿轮具有三个齿，也即齿条转动3个齿的距离使所述滤光片刚好移动一个孔位。

进一步的，所述光阑底座限位块包括连接部、以及与所述连接部一体连接的延伸端，所述延伸端与连接部的连接处构成L形限位结构。进一步优选的，所述延伸端为逐渐缩小的狭长细端。

进一步的，所述电机为步进电机，其受控于嵌入式主机，步进电机在嵌入式主机的控制下转动，转动的步进电机的动力输出轴驱动光阑底座转动，进而实现滤光片的移动。

本实用新型通过上述方案，使用特殊的齿轮结构和光阑底座限位块结构、齿轮齿条以及机械传动原理，实现采用单电机同时驱动滤光片和光阑变更的双控制目的，不仅使得仪器的发热量减小，让铝合金底座及外壳更加稳定，而且传感器以及编码器也更加稳定。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1为本实用新型实施例中采用单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪侧面示意图；

图2为本实用新型实施例的传动结构示意图；

图3为本实用新型实施例中光纤光谱仪的立体示意图；

图4为本实用新型实施例中光纤光谱仪的内部结构示意图；

图5为本实用新型实施例的传动结构状态1示意图；

图6为本实用新型实施例的传动结构状态2示意图；

图7为本实用新型实施例的传动结构状态3示意图；

图8为本实用新型实施例的传动结构状态4示意图；

图9为本实用新型实施例的传动结构状态5示意图；

图中编号对应部件如下：1.步进电机，2.弹簧，3.弹簧固定座，4.光阑转轴固定座，5.标准齿条，6.步进电机底座，7.标准渐开线齿轮，8.波珠螺丝固定座，9.波珠螺丝，10.轴承，11.光阑底座，12.光阑底座限位块，13.滤光片底座。

具体实施方式

下面将参照附图来说明本实用新型的实施例。在本实用新型的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

作为一个具体的实施例，参见图1-图4，本实用新型的一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，包括光阑组件和滤光片组件以及驱动光阑组件和滤光片组件的驱动组件，驱动组件包括步进电机1、步进电机底座6、以及光阑底座限位块12，步进电机底座6上设有支撑架61，支撑架61上设有标准齿条5，步进电机1固定在支撑架61上，步进电机1的输出轴上设有一齿轮101，齿轮101与标准齿条5相啮合；光阑底座限位块12安装在齿轮101上；滤光片组件固定在支撑架61上，光阑组件通过一光阑转轴固定座4转动连接在支撑架61上，光阑转轴固定座4与电机的输出轴连接；电机驱动齿轮101转动，从而带动标准齿条5和支撑架61水平运动以及光阑组件转动，从而实现支撑架61上的滤光片组件移动以及光阑组件的转动。

标准渐开线齿轮7和步进电机1的输出轴进行过盈配合连接，保证跳动公差尽可能小。

波珠螺丝固定座8用螺丝固定在底板上面，波珠螺丝9带螺纹，直接拧入波珠螺丝固定座8的螺丝孔内，使用螺纹紧固剂进行胶合，防止前后移动以避免定位偏差。

参见图4，轴承10和轴承底座之间使用IT7级过盈配合，轴和轴承IT8级间隙配合，并使用螺纹紧固剂进行间隙填充。轴末端使用限位环，用顶丝固定在轴上，防止轴因受力前后移动。

光阑底座11固定在标准齿条5侧面，用螺丝连接，随标准齿条的运动而运动。光阑底座限位块12与步进电机1的输出轴之间使用IT7级间隙配合，并用顶丝进行固定，两者之间无相对滑动。

支撑架61上设有铝合金导轨，铝合金导轨上设有螺丝孔位，标准齿条直接用螺丝固定在铝合金导轨上。

本实施例中，标准齿条规格如下：模数M＝1，齿顶高系数Ha*＝1，顶隙系数C*＝0.25，变位系数X＝0，齿条长度L＝70mm。

标准渐开线齿轮规格如下：模数M＝1,齿数Z＝18，齿顶高系数Ha*＝1，顶隙系数C*＝0.25，变位系数X＝0。

本实施例中，光阑组件包括光阑底座11以及弹簧固定座3，滤光片组件包括滤光片底座13，光阑底座11的第一端与光阑转轴固定座4旋转固定，光阑底座11的第二端通过弹簧2与弹簧固定座3连接；光阑底座11的第二端还设有手柄111，弹簧固定座3的侧面设有弧形孔31，手柄111限位在弧形孔31中滑动。

本实用新型在设计时，齿条转动n个齿的距离使滤光片刚好移动一个孔位131，齿轮101具有n个齿，n为自然数。本实施例中，齿轮101具有三个齿，也即齿条转动3个齿的距离使滤光片刚好移动一个孔位131。

本实施例中，参见图5，光阑底座限位块12包括连接部121以及与连接部121一体连接的延伸端122，延伸端122与连接部121的连接处构成L形限位结构。本实施例中，延伸端122为逐渐缩小的狭长细端。

此外，步进电机1还受控于嵌入式主机，步进电机1在嵌入式主机的控制下转动，转动的步进电机1的动力输出轴驱动光阑底座11转动，进而实现滤光片的移动。

本实用新型的方案对比其他传动方案，只使用了一个电动机(步进电机)，其他方案要想实现双传动，大多都使用了两个电机分别进行传动，这样，本申请的方案就减少了一个电机。本方案采用齿轮齿条配合光阑底座和光阑底座限位块进行双传动的设计，在节省成本的同时，更使得仪器不会因发热，振动而产生影响。

本实用新型的传动原理如下：

参见图5，该状态为初始位置，光阑底座限位块因步进电机的带动，向顺时针方向转动，标准齿条对应向右移动，滤光片底座对应向右移动。

参见图6，该状态下，光阑底座限位块转动到与光阑底座接触，标准齿条刚好转动三个齿的距离，因为齿轮只有三个齿，齿轮继续转动而标准齿条不动。滤光片向右移动，刚好移动一个孔位。

参见图7，该状态下，光阑底座限位块转动到此位置，光阑底座刚好覆盖转过光阑6个孔的位置，要想实现依次定位，可通过嵌入式主机对步进电机发出N个脉冲，实现在N个孔位处的定位即可。

参见图8，该状态下，光阑底座限位块和齿轮转到此位置时，光阑底座因为弹簧的拉力，回到初始位置。当齿轮和光阑底座限位块继续转动，则进行重复运动，直到滤光片的孔位都过一轮。

参见图9，该状态下，当标准齿条转动到极限，想要回到初始位置时，将步进电机反转即可，因为光阑底座限位块的结构设计，反转的时候，光阑底座的转动幅度非常小，轻微压缩弹簧后，马上就可以弹回，所以只需要一直反转电机，直到标准齿条回到原点即可。

本实用新型使用齿轮齿条以及机械传动原理，实现单电机双控制的目的，通过上述方案实现一种单电机驱动滤光片和光阑变更的结构，使得仪器的发热量减小，让铝合金底座及外壳更加稳定，传感器以及编码器更加稳定。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

尽管上面已经通过对本实用新型的具体实施例的描述对本实用新型进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本实用新型的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：包括光阑组件和滤光片组件以及驱动光阑组件和滤光片组件的驱动组件；

所述驱动组件包括电机底座、电机以及光阑底座限位块，所述电机底座上设有支撑架，支撑架上设有齿条，所述电机固定在所述支撑架上，所述电机的输出轴上设有一齿轮，齿轮与齿条相啮合；所述光阑底座限位块安装在所述齿轮上；所述滤光片组件固定在所述支撑架上，所述光阑组件通过一光阑转轴固定座转动连接在所述支撑架上，所述光阑转轴固定座与所述电机的输出轴连接；

所述电机驱动齿轮转动，从而带动齿条和支撑架水平运动以及光阑组件转动。

2.根据权利要求1所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述光阑组件包括光阑底座以及弹簧固定座，所述滤光片组件包括滤光片底座，所述光阑底座的第一端与所述光阑转轴固定座旋转固定，所述光阑底座的第二端通过弹簧与弹簧固定座连接；所述光阑底座的第二端还设有手柄，所述弹簧固定座的侧面设有弧形孔，所述手柄限位在所述弧形孔中滑动。

3.根据权利要求1或2所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述齿条转动n个齿的距离使所述滤光片组件上的滤光片刚好移动一个孔位，所述齿轮具有n个齿，n为自然数。

4.根据权利要求3所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述齿轮具有三个齿，也即齿条转动3个齿的距离使滤光片刚好移动一个孔位。

5.根据权利要求1所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述光阑底座限位块包括连接部、以及与所述连接部一体连接的延伸端，所述延伸端与连接部的连接处构成L形限位结构。

6.根据权利要求5所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述延伸端为逐渐缩小的狭长细端。

7.根据权利要求1所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述电机为步进电机。

8.根据权利要求7所述的单电机驱动光阑及滤光片变换的光纤光谱仪，其特征在于：所述步进电机受控于嵌入式主机，步进电机在嵌入式主机的控制下转动，转动的步进电机的动力输出轴驱动光阑底座转动，进而实现滤光片的移动。