光谱仪器的波长扫描机构介绍

1、绪：anping老师又提供了一种新的波长扫描机构-凸轮机构，原来的贴名-正弦机构就不合适了，所以此帖就作为波长扫描机构有关资料的整理贴，大家讨论一下。最后，感谢anping老师的帮助。关键词：波长扫描机构正弦机构余割机构凸轮机构波长扫描机构光栅方程正文波长扫描机构介绍波长扫描机构用于将分光系统分离出来的单色光依序输出并显示其波长值。对波长扫描机构的要求是：使输出光束的波长按线性变化，以获得波长坐标为均匀刻度的谱图。常用的波长扫描机构有凸轮机构、正弦机构、余割机构等。扫描机构与光栅座连接，可使光栅工作面绕其中心轴转动。.正弦机构介绍（一）正弦机构简介正弦机构是波长扫描机构的一种O正弦机构能令与单

2、色光衍射角正弦成正比的波长输出读数变成简单的线性。目前多数原子吸收光谱仪器的波长扫描使用正弦机构。正弦机构是机械系统中杠杆传动中的一种。正弦机构具有精密度和可靠性高的特点（'二）正弦机构图示正弦机构的实物图图1是上海精科的AA320的背部图13AA320 / AA320CRT主机背探图图1-a图1-banping老师提供注：图1-b并不是图1-a的内部图正弦尺的结构示意图如图2、3.光栅固定调节机构图3-a光栅座75m/1冏I5nm/1冏N30N60正弦臂杆光栅1800闪螺波长人：ZOOnm图3-banping老师提供（'三）正弦机构的工作原理如图3-a ,光栅平面转动中心与一

3、被称为正弦尺的金属杆的A端连接，杆的B端装有滚动轴承， 正弦尺的A点到B点距离，即光栅平面，设为 L。滚动轴承靠近丝母变化，最终推动正弦杆带着光栅绕其中心轴转动，从而C的端面，当精密丝杆转动时，使螺母沿丝杆移动，AB线和CA线间的夹角即光栅的衍射角3随之改变。X值（丝母沿丝杆移动的距以图1-b为例来说明：波长马达通过传动皮带驱动精密丝杆转动,丝杆带动滑块移动，由于正弦臂杆是靠在滑块上的，所以正弦臂杆也跟着,从而带动光栅转动。（四）波长的线性化图3-a的简化图如图4。为了便于说明，以下的说明基于李特洛型光栅单色器或者闪耀光栅。if装赶r-Kffiri'丝母'光栅衍射角pJ精密丝杆

4、图4光栅型单色器依据的原理是光栅方程m入=d(sina+sin。0)光栅方程m入=d(sina+sin0)m为光谱级次，入为衍射光波长，d光栅常数，a为入射角，B为衍射角。入射角a和衍射角B的正负号规定为：衍射光和入射光在法线的同一侧时，入射角和衍射角同号，否则异号。m=0为零级光，零级光两侧均有光谱，m>0的为正级光谱，m<0的为负级光谱。光栅方程m入=d(sina+sin,初以写成m入=2*d*sin(a+0%20s(-破)/2式1-1设计单色器系统以使上式简化，对于正弦机构，设计机构，使(a-0)为一常数。对于李特洛型光栅单色器或者闪耀光栅，衍射角B和入射角a相等，即a=6。

5、1、出健事将满里光瞪单色熟式1-1简化为：m入=2d(sin6)式1-2根据图4可以看出,式1-3得mU=2d(X/L)式1-4对于一定的光谱级次m和固定的正弦杆长度L；对于固定的光栅，d固定。可以看到入=KX式1-5衍射波长入和丝母沿丝杆移动的距离X成正比。这意味着波长随丝杆转动而线性变化，从而使波长读数值呈线性变化成为可能，如图1b,7.5nm/周，波长被线性化了。现代仪器一般采用精密步进电机驱动丝杆，如图1-b,步进电机转动的角度由微处理器计算，这样也就可以算出相应的波长。1 .原子吸收光谱仪2 .光学原理与应用3 .精密机械设计参考文献:章诒学何华焜陈江韩廖延彪徐峰4 .WGD-8A多

6、功能光栅光谱仪结构和原理5 .上海精科AA320使用说明书6 .光谱仪器原理后记：现在想想以前看见别的师傅在做原子吸收波长校正时，调节正弦尺，用游标卡尺量距离，我想是确定光栅的初始角度。如图1-b中的12.667,用游标卡尺就是确定这个距离。有了这个距离，仪器在初始化时，可以确定各个波长时光栅要转过的角度，如图1-b左下角表格。为了确定波长和角度的关系，必须有个参考位置，参考位置可以是零级光或者闪耀波长处，有了参考位置，由于光路、光学组件固定，光谱图中各个波长的间距是可以计算出来的。当然，前提是必须找到参考位置，仪器驱动步进电机必须在某个步数内找到零级光或者闪耀处，用游标卡尺量就是使光栅的初始

7、角度能使仪器在指定步数内找到零级光或闪耀处。另附分光光度计723的波长自动定位原理。踵赢器工作原理（波长自动定位工作原理）J，军仪器里以寻找隙光作为波长刻度起点的,为了精确定位？在单色器内设置广匚赢装断器装置.接装置由疝屯嬴再赢及定位在波氏转动隔形齿轮上的挡光片组成,光电耦合器采用GD53型光电晶合器作为光电切断器件"当仪器步进电机抉速返回波长起点时8缎光光班Lj出射狭缝园框棚切如图卜bl所示）,波长转动扁形齿轮匕的遮光片切断光电耦合器光路,光电网合器输出低电平（0.5V-IV）通过计算机8155T/OPR7输入【送8031芯片控制，步进电机由计算机控制单步正找寻找0级光信号*当在大

8、约4弧步内找到大于。级光能谑设定值时（约4V左右），计算机根据0级光光潜的对称特性进行步进数计算，确定步进电机花。级光处的起始步数，如图十七b所.示.这样以微光为超2艮步进电机也计算机输出Lj波长成H弦国数关系”脉冲步进数二年步进1步豹花工吧十算机则以而同单位世行步数记忆，彳证在RAM而1从而确定并实现了仪器哈波长的波长自功定位.,注，由于723中未采用正弦机构，所以， 723计算机输出与波长成正弦关系的脉冲步进数。备十七,0级光光品与块地相切及自动寻找。级光电信号原理nld二.凸轮机构介绍（一）凸轮机构简介作为一种机械构件，凸轮机构的特点是：只要选择合适的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件（这里可

9、以简单理解为光栅）的位移、速度、加速度严格的按照预订的规律变化，而机构却比较简单紧凑。尤其在主动件（驱动凸轮机构）作连续运动，而从动件必须做重复往复运动时，用凸轮机构实现预定的运动规律最简单。（二）凸轮机构示意图光栅 触球图8-12、凸轮机构示意E摆杆图8凸轮机构简视图凸轮PC2 H iVi-sped scan de：斤二二kr 1PCIXow-e-Deed £电白口 detection)WL motorFig. 13 Wavelength Drive (EX EM)Cam j 0.2nm/nm, 4,HOOPuls8 tOne rotation)Gear rtlQ . I 6020

10、0nnr)： 355PulseSOOBOOrW ' 35。口Puts白图9凸轮波长扫描机构未加注释anping老师提供传动齿轮1光电断箕器电断续器透光槽Grating.WL motor波长驱动马达挡光板凸轮光栅0.2ntr4,800Pufse COne rot a tier)高速检测装置346nm 处5-IGnr-n如图中的200nm900nm,3500pulse图中的4.800 pulse(one rotation)4.800p10中的光电断续器一般由发光二极管和光敏三极管组成，这样，当凸轮旋转时，挡光板不断的遮住光，微处理器就可以检测到一串脉冲串ulse是不是应该为 4800pulse就是图中所说的pulse就是输出3500个脉冲了cam : 0.2nm/nm4o级光处PC E Low-sped detect on10凸轮波长扫描机构加了注释anping老师提供“Fig 1-8 Wavelength Drive (EX低速检测装置Gear ratio :1/6就是指，大小齿轮的齿轮数比。光电断续器输出 355个脉冲。200nm 35 口900nrri ' 35G口P4占白0200nm , 355pulse ,可能是指凸轮转到200nm0.2nm/nm 不知道什么意思。是凸轮曲线每走1nm