CN85108646A - 分光光度计的波长递进机构 - Google Patents

Abstract

本发明是关于分光光度计中的波长递进机构的构造。本发明的特征在于：为了使分光元件转动，动力传递系统分别由齿式皮带轮与齿式皮带组成的传递机构(前段部分)，以及由齿轮组成的传递机构(后段部分)构成。在系统的前段部分，使用了精度比较低但伴随高速转动和发生噪音较小的机构，在系统的后段，使用了精度高而且转动速度比较低的机构。从而实现了平稳而精度良好的转动传递。

Description

本发明是关于在分光光度计中，用来使分光元件转动，进行波长扫描的波长递进机构。

以往的分光光度计中的波长递进机构分为正弦板方式和模动盘方式两种。前者正弦板方式的波长递进机构a如第4图所示，由于递进螺栓b的递进量与分光元件C产生的分光的波长成正比，所以，如果转动递进螺栓b和螺母d的加工精度，直接影响这个机构a的测量精转动递进螺栓b和螺母a直线移动，就能够进行等波长间隔的波长递进。但是，由于递进螺栓b和螺母d的加工精度，直接影响这个机构a的测量精度，它的加工比较困难，因此，把机构装配起来之后还必须实际进行精度调整，产品合格率不高，而且，递进螺栓b的动力传输效率很低，所以，如果想提高波长递进的速度，就要求驱动马达e具有大的牵引力，这就必须使用昂贵的大型驱动马达。另外，后者模动盘方式的波长递进机构必须很精密地制造模动盘，而且模动盘的造价比较高。

本发明的目的，旨在提供一种既克服以往技术存在的问题，构造又比较简单，波长递进速度快而且造价便宜的波长递进机构。

为了达到上述目的，本发明的分光光度计的波长递进机构包括：为了驱动分光元件转动装有步进电动机，在这个步进电动机上，装配着齿式小皮带轮，在固定上述分光元件的夹具上，装有大齿轮，与分光元件同轴，在这个小齿轮上，装配着齿式大皮带轮，与该小齿轮同轴，在这个齿式大皮带轮与上述齿式小皮带轮之间，装配着齿式皮带，另外，上述步进电动机还与控制电路连接，这个控制电路用来控制该步进电动机的转动动作。

下面，参照图纸详细说明本发明的实施例。第1图是分光光度计 的波长递进机构的平面图，第2图是该机构沿Ⅱ-Ⅱ线的剖面图。本实施例的分光光度计的波长递进机构1使用5相的步进电动机4驱动分光元件2（本实施例是凹面衍射光删）转动。这个步进电动机4能够以约大于1000ppS的高速进行驱动，每一步的转动角为0.72°，每500步转一周。在步进电动机4的转轴上，安装着齿式小皮带轮6，在齿式小皮带轮6与齿式大皮带轮10之间套着齿式皮带8。而且，在本实施例的情况，上述齿式小皮带轮6与齿式大皮带轮10的齿数比规定为1∶21。

齿式大皮带轮10装在枢轴12上，这个枢轴12由两个轴承14，16和套管18，支持在基座20上，且能够自由转动。并在枢轴12上，还装有与齿式大皮带轮10同轴的小齿轮22，这个小齿轮22与齿式大皮带轮10一起转动。

小齿轮22与大齿轮24啮合。这个大齿轮24是一个扇型齿轮，它的中心角大于在整个扫描波长范围（包括凹面衍射光栅2的零级光）内波长递进的转动角度，用螺钉28固定在衍射光栅夹具26上。通常，在工作中，凹面衍射光栅2操纵必须的转动角度范围，大约在20°～45°之间，所以，只要与凹面衍射光栅2同轴并一起转动的大齿轮24的中心角，大于上述转动角度范围，就可以了。因此，不一定必须是整圆形齿轮，倒是本实施例这样的扇型齿轮24对装置更有利。另外，在本实施例的情况，小齿轮22与扇形齿轮24的减速比规定为1∶12。如上所述，由于齿式小皮带轮6与齿式大皮带轮10的齿数比是1∶21，所以，步进电动机4的转动传给凹面衍射光栅2时，就减速为1/（12×21）＝1/252°因此，步进电动机4的每一步，相当于凹面衍射光栅2的转动角度为0.72°×1/252＝0.0029°。

凹面衍射光栅2通过固定部件30紧密地固定在上述衍射光栅夹具26上。另外，衍射光栅夹具26的下端，紧密地固定在轴套32上，该轴套32用螺栓34安装在支轴36上。此外，支轴36支承装在基座20上的轴承座38内。且能够自由转动，于是，衍射光栅夹具26以及安装在它上面的凹面衍射光栅2和扇型齿轮24，都以支轴为中心一起转动。因此，凹面衍射光栅2的反射角相对扇形齿轮24的中心线成指定的角度，而且，它的反射面中心与衍射光栅夹具26的转动中心和扇形齿轮24的转动中心，都处于同轴位置。

另外，实施例中规定包含零级光的整个扫描波长范围为0～1100nm，分析时常用的波长范围为200～1100nm。因此，在扫描整个波长范围的情况下，凹面衍射光栅2和扇形齿轮24的转动角度约为33°，在扫描常用的波长范围的情况下，约为27°。而且这时，由于小齿轮22与扇型齿轮24的减速比为1∶12，所以，在扫描整个波长范围的情况下，齿式大皮带轮10的转动角度就是33°×12＝396°。另外，在常用的波长范围的情况下，齿式大皮带轮10的转动角度是27°×12＝324°，小于360°。因此，在常用的波长范围200～1100nm内使用时，齿式大皮带轮10的外圆周各部分与分光波长成1∶1的对应关系。并且，如果把与上述步进电动机4的每一步相当的凹面衍射光栅2的转动角度0.0029°换算成波长，大约等于0.1nm，所以，常用的波长范围的扫描大约相当于步进电动机4的9000步，如果让步进电动机4以1000ppS转动，那么就能够在大约9秒钟的极短时间内，完成扫描该分光波长范围。此外，在本实施例中，齿式大皮带轮10沿箭头C方向与扇形齿轮24沿箭头D方向同时转动时，波长从短波长一端向长波长一端递进。

40是一个狭缝，加工在带齿的大直径滑轮10的外圆周上，42 是检测该狭缝40的光敏元件，44是固定光敏元件42的光敏元件夹具，46和48分别是检测用的上、下限限位开关，50和52分别是安装在扇型齿轮24下面的上限销钉和下限销钉。如第3图所示，光敏元件42和限位开关46、48与控制步进电动机4的转动动作的控制电路54连接。当扇型齿轮24超出整个扫描波长范围，向长波长一端或短波长一端转动时，由于上限销钉50或下限销钉52与限位开关46或48接触，这时，步进电动机4的电源被切断，电动机停止转动，从而防止了失控。另外，为了使凹面衍射光栅2等波长间隔的波长递进，上述控制电路54控制步进电动机4的转动速度按正弦规律变化。此外，当光敏元件42检测到狭缝40时，控制电路54就使步进电动机4的转动停止。

上述狭缝40是确定波长原点的，在与这个狭缝40成一定角度Q1的位置上，设置了调整光轴用的第一个标记A，在与第一个标记A成一定角度Q2的位置上，为了确定两个齿轮22与24的啮合起点，设置了第二个标记B。上述角度Q1，在凹面衍射光栅2的零级光到1100nm的整个扫描波长范围，亦即齿式大皮带轮10的转动角度内，相当于396°。另外，当凹面衍射光栅2朝向零级光的发射角度时（第2图的状态），扇型齿轮24与小齿轮22的接点到扇型齿轮24的转动中心（也是凹面衍射光栅2的转动中心）的半径与扇型齿轮24的端面的夹角为α，规定角度Q2为角度α的12倍。

因此调整这个波长递进机构1时，先使齿式大皮带轮10的第二个标记B与光敏元件42的中心重合，并且使扇型齿轮24的最左边的齿与小齿轮22啮合。其次，如果使齿式大皮带轮10朝箭头C方向转动，当扇型齿轮24与凹面衍射光栅2一起朝箭头D方向转动，并且第一个标记A与光敏元件42的中心一致时，由于扇型齿轮24只转动α角度，同时，齿式大皮带轮10只转动Q2角度，所以，凹面衍射光栅2就按 照予先规定的角度Q2的值，发射出零级光线。实际上，由于伴有来自两个齿轮22和24的啮合引起的若干误差，所以，这时要把光敏元件的夹具44左右转动，进行调整。然后，当把齿式大皮带轮10朝箭头C方向，亦即从短波长一端向长波长一端，转动角度Q1，用光敏元件42检测到狭缝40时，如果步进电动机4停止转动，那么这时，凹面衍射光栅2就发射出1100nm的光线。因此，这个狭缝40的位置就确定了波长原点。这样，由于可以以第一标记A和第二标记B为基准调整光轴，所以，调整工作非常简单。为了提高波长原点的检测精度，还可以联合使用检测光源的能量峰值等方法。

另外，通常在以高减速比传递电动机的转动机构中，越是系统的后段，对角度的传递误差影响越大，所以，越是系统的后段，要求精度越高，而且，越是系统的前段，越是以高速度转动，因此，要求系统的前段是发生噪音比较小的机构。在本实施例的波长递进机构中，前段部分要求精度比较低，使用了发生噪音比较小的齿式皮带轮与齿式皮带轮组成的传递机构，后段部分使用了精度高而且转动速度比较低的齿轮组成的传递机构，所以，能够达到平稳而精度良好的传递转动。

如上所述，根据本发明，为了使分光元件转动，把齿式皮带、齿式皮带轮与齿轮，组成波长递进机构，所以，不仅构造比较简单，而且角度的传递误差也小，另外，由于动力传递效率高，所以能够使波长递进快速地进行。而且由于构造简单，可以使用转矩小的步进电动机，因此，造价也便宜。

图纸的简单说明：

第1图到第3图是本发明的实施例，第1图是分光光度计的波长递进机构的俯视图，第2图是同一机构沿Ⅱ-Ⅱ线的剖面图，第3图是同一机构的电动机的控制电路结构图，第4图是以往的波长递进机 构的结构图。

1……波长递进机构

2……分光元件

4……步进电动机

6……齿式小皮带轮

8……齿式皮带

10……齿式大皮带轮

22……小齿轮

24……大齿轮（扇型齿轮）

26……衍射光栅夹具

54……控制电路

Claims (3)

1、分光光度计的波长递进机构的特征在于：为了驱动分光元件转动，装有步进电动机，在这个步进电动机上，装配着齿式小皮带轮，在固定上述分光元件的夹具上，装有大齿轮，与分光元件同轴，在这个大齿轮上，装配着齿式大皮带轮，与该小齿轮同轴，在这个齿式大皮带轮与上述齿式小皮带轮之间套着齿式皮带。另外，上述步进电动机还与控制电路连接，这个控制电路，用来控制该步进电动机的转动动作。

2、按权利要求1所述的分光光度计的波长递进机构的特征在于：与通常所使用的波长范围的递进相比，大齿轮与小齿轮之间的减速比是按照齿式大皮带轮能够以小于360°的角度转动来确定的。

3、按权利要求1所述的分光光度计的波长递进机构的特征在于：大齿轮是扇型齿轮，它的中心角大于在整个扫描波长范围（包括分光元件的零级光）内波长递进的转动角度。

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