机械设计说明书

1、棱镜分光多波长高温计目录1. 课题应用背景2. 仪器工作原理3. 仪器光学系统错误！未定义书签334. 关键部分结构设计44.1物镜44.2目镜54.3场栏反射镜64.4组合棱镜64.4反射镜75. 改进意见76. 心得体会77. 参考文献91. 课题应用背景棱镜分光多波长高温计是一种新型的辐射测温仪器，可广泛应用于航 天，航空，核能，兵器，冶金材料，能源等领域，作为非黑体的真温 测量，热物性动态测试及温度传递等。它具有测温范围宽(-503000°C),反应速度快(亚毫秒级)，长期稳定性好，使用寿命 长等优点。它适用于远距离目标、运动物体、带电物体及不可接触的 目标温度的测量。棱镜分

2、光高温计属于光电高温计。光学高温计是 发展最早、应用最广的非接触式温度计之一。它结构简单，使用方便，测温范围广（7003200C）, 般可满足工业测温的准确度要求。目 前广泛用于高温熔体、炉窑的温度测量，是冶金、陶瓷等工业部门十 分重要的高温仪表。光学高温计的缺点是以人眼观察，并需用手动平 衡，因此不能实现快速测量和自动记录，且测量结果带有主观性。最 近，由于光电探测器、干涉滤光片及单色器的发展，使光学高温计在 工业测量中的地位逐渐下降，正在被较灵敏、准确的光电高温计所代 替。在光学咼温计基础上发展起来的光电咼温计用光敏兀件代替人 眼，实现了光电自动测量。特点：灵敏度和准确度高；波长范围不受

3、限制，可见光与红外范围均可，测温下限可向低温扩展；响应时间短； 便于自动测量和控制，能自动记录和远距离传送。哈尔滨工业大学戴景民教授与意大利罗马大学的 Rufino教授合作于1991年研制成 功了棱镜分光式35波长硅光电高温计，用于表面真温和材料发射率 的同时测量。它应用组合棱镜分光技术并以硅光电二极管阵列为探测 器,具有以下特点:取消了干涉滤光片，从而消除了因滤光片透过率漂 移而造成的不稳定；因为无干涉滤光片，使整个光路光能损失减少，提 高了仪器的信噪比；波长选择灵活，适用性强,且光谱透过率波形接近 理想的矩形。戴景民教授在此多波长高温计的基础上，现又研制出棱镜分光式精密（标准）光电高温计，

4、一般具有01656卩m和019卩m两 个工作波长，并可按用户要求增加其它波长。该仪器除保持了无滤光 片这一特点外,与其它的精密（标准）光电高温计相比,还具有以下优 点:一机多个工作波长；成本低廉,与单波长高温计相当；可进行不同 波长上的亮温传递；仪器小巧及使用方便。总的来说，目前光电高温计的发展前景还是很乐观的，已经有许多一起被批量生产广泛应用于 各个领域。2. 仪器工作原理多波长辐射测温仪是通过测量目标在多个波长下的辐射能量来同事 获得目标的真实温度和光谱发射率的辐射式测温仪器。多波长辐射测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮 度测量信息，经过数据处理得到物体的温度和

5、材料的光谱发射率。这 种方法不需要辅助设备和附加信息，对被测对象也没有特殊要求，因 而特别适合于高温、甚高温目标的真温及材料发射率的同时测量，在目前已有的应用中表现了极好的发展前景。多光谱辐射测温法的数学模型有基于检定常数的数学模型、基于亮度温度的数学模型和基于 参考温度的数学模型。整个仪器设备在较为精确地测量目标真温和发 射率的同时，也具备了体积小、操作方便灵活、可靠性高等优点。这 相对于以往的多波长高温计来说，是很大的突破。这些方面的改善， 也将使得高温计能够在更为复杂的环境下发挥其实用价值，具有很好 的应用前景。而且，仪器分光多波长高温计采用棱镜分光获得工作 波长，它最多可有35个波长，

6、选择灵活。它克服了传统的干涉滤光 片分光限定工作波长的不足，从而提高了仪器的精密和长期稳定性。3. 仪器光学系统仪器的光学系统及光学零件主要尺寸仪器的光路提供了辐射能量传播的通道， 如图1和表1所示。目标辐 射的能量经主物镜1、2、3成像于场栏反射镜5, 方面经分划板7、 场镜8和目镜9、10在孔径光栏11处成像用于瞄准，另一方面成像于视场光栏的能量经分划场镜 6入射到准直物镜12、13准直为平行光，再投射到组合棱镜14上，组合棱镜将复试光展成光谱，经暗箱 物镜15、16聚焦于反射镜17,反射至探测器线列，经转换及电路处 理课直接显示被测目标的真实温度图1序号名称外形尺寸镜框尺寸中心厚度1主物

7、镜26243.52262423262434孔径光栏 22.85场栏反射镜25*25*1 （金属）6分划场镜323057分划板32308场镜32305.59目镜负片20181.510目镜正片2018411孔径光栏12准直物镜32302133230614组合棱镜92*46*3515暗箱物镜403851640382.517反射镜60*45*518光谱镜面表14. 关键部分结构设计4.1物镜棱镜的物镜由四部分组成，三个主物镜和一个孔径光栏，如图2所示， 三个主物镜胶接，物镜的设计要求是主物镜与孔径光栏的可调范围为 147160mm,且在设计过程中物镜不能转动只能移动。而棱镜物镜属 于精密仪器，而达到这

8、种移动效果，我们首先想到的就是螺旋结构， 通过螺纹来实现物镜的移动。我们采用类似于螺母转螺杆移的结构， 采用压圈法把镜框固定在一个压圈内把物镜固定在一个带有外螺纹 的镜框中，在镜框的外面用一个带有内螺纹的手轮与之配合。通过一个螺钉使套筒与手轮保持横向固定，当转动手轮时，镜框及物镜便会 横向移动。设计中还有一个要求是使物镜保持平动而不转动，所以我们在套筒与镜框意见加了一个防转螺钉来防止物镜的转动。这样就可 以实现物镜的平动了。套筒通过三个螺钉与箱体相连接，并用一个销 钉定位，可以使物镜整体保持与箱体稳定可靠的连接。图24.2目镜目镜的设计要求基本与物镜相同，如图3所示，唯一的区别就在于目 镜的镜

9、片和孔径光栏之间有一定距离， 没有胶接在一起。同样采用压 圈法来固定镜片，由于孔径光栏与镜片之间有较长距离，所以这次我 们采用了较长的压圈，与设计目镜压圈的方法相似，我们用一个压圈 与带有外螺纹的镜框配合，然后在镜框的外面用一个带有内螺纹的手 轮与之配合。手轮与套筒通过螺钉连接，套筒与箱体连接。当转动手 轮时手轮实现空转而镜框与镜片一起移动，并在套筒的表面开一个 槽，加上一个防转螺钉，来达到使目镜只平动而不转动的目的。图34.3场栏反射镜场栏反射镜要求被固定在一个 45度倾斜的镜框中，要求此镜片可以 在光路中进行平移，和前面类似，我们还是采用螺旋传动机构来实现 镜框及镜片的移动，这次我们采用螺

10、杆转螺母移动的结构， 让镜框被 固定在一个螺母上，通过转动螺杆从而达到使镜框在导轨上移动的效 果，原理图如图4所示。两根导轨分别用两个螺钉和销钉被固定在箱 底上。螺杆的两侧分别与在箱体内的支架和箱体连接，箱体内的支架通过两个螺钉与箱体相连。我们用螺杆各部分的粗细程度不同来控制 螺杆的纵向移动。在螺杆位于箱体外的那一侧加一个手轮， 使螺杆能 够更加轻松的转动。图44.4组合棱镜组合棱镜如图5所示，它的固定主要采用了压板法，由于组合棱镜的 底部与箱底还有较长的距离，如果直接用螺钉连接的话可能比较困 难，所以在组合棱镜的外面套了一个箱子，把棱镜放置在箱子上，通 过固定箱子来使组合棱镜固定，最后再在棱

11、镜上压上两块压板使棱被固定4.5反射镜反射镜，如图6所示，所在光路与主光路有一个 20.7度的角度，它 被固定在一个带有60*45*1.5大小的槽的镜框中，用四个螺钉把反射 镜固定在在槽中。我们把反射镜的底座设计成一个圆盘， 圆盘上开有 三个通透的槽，三个槽中分别有一个螺钉与箱底固定。 当把螺钉拧紧 时，圆盘保持不动，反射镜也不动，当松动三个螺钉后，圆盘变可以 实现转动，从而使反射镜也相应转动。图65. 改进意见在反射镜的设计过程中，我们采用了直接转动圆盘来调整反射镜角度 的方法，所要求的角度可能比较难以精确达到，对于棱镜高温计这样 的光学精密仪器来说，此种方法可能在精度上有很大的值得改进的空

12、 间。我们可以考虑继续用类似螺旋传动机构的机构来控制反射镜的角 度，从而提高精度。由于在物镜设计的过程中没有考虑到目镜，导致 物镜设计距离过长，使目镜接近箱体边缘，从而不得不把元件箱盖加 长一定的距离以满足目镜的固定要求。6. 心得体会为期三周的课程设计貌似一眨眼就结束了。 通过为期三周的机械课程 设计，我深深体会到“千里之行始于足下”这句千古名言的含义。现 在认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，在将来就能稳健 地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，课程设计真的有点累.然而，当我一着手清理自己的设计 成果，漫漫回味这3周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意 顿消.虽然这是我刚学

13、会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利， 然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致.课 程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有2次因 为不小心我没有仔细估算图纸比例，导致场栏反射镜与物镜之间距离 太小，随意只能非常无奈地重画.但一想到今后自己应当承担的社会 责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事 故，我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良 好习惯.这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短三周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺 乏，

14、自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足， 几年来的学习 了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。由于这次课程设计我们 采用了分组讨论的形式，所以在这个过程中我学到了一些除技能以外 的其他东西，领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质 ， 更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。 在社会这样一个大群体 里面,沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此的关系值得我们去深 思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有些人很有 责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出了很大的 努力，不断的思考自己所遇到的问题而有些人则不以为然。其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的时候所采取的具 体行动也是不同的，这当然也会影响我们的结果很多时候问题的出现 所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底 有多强，那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己身置于具 体的问题之中，我们才能更好的解决问题。在这种相互协调合作的过 程中,口角的斗争在所难免，关键是我们如何的处理遇到的分歧 ，而不 是一味的计较和埋怨这不仅仅是在类似于这样的协调当中，