一种光度计灯源切换机构、单色器及紫外可见分光光度计的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光度计领域，尤其是一种光度计灯源切换机构、单色器及紫外可见分光光度计。
【背景技术】
[0002]传统的分光光度计的分析原理是利用物质对不同波长光的选择吸收特性而建立起来的分析方法。通常利用棱镜或光栅分光来取得单色光，使单色光连续地依次通过溶液，并测得该溶液对每一波长的吸收，最后用硅光电池接收被吸收的光信号，并用现代电子技术和计算机技术将光信号转化成量化的吸光度值τ%和图谱曲线反映在液晶屏上或PC机上。通过对吸收光谱的分析，便可判断分析对象的物质结构及化学成分。可广泛应用于化工、药品、生化、冶金、轻工业、纺织、材料、环保、医学化验、教育等行业，是分析试验行业中重要的质量控制仪器之一，是常规实验室的必备仪器。
[0003]—台紫外可见分光光度计在结构上，可由光源101，单色器102，样品室103，检测放大控制系统104和结果显示系统105等几大部分组成。其结构方框图如图1所示。
[0004]进一步地，图2(1)、图2(2)给出了应用图1中的紫外可见分光光度计应用在紫外可见分光光度计光路系统的示意图和系统组成图。
[0005]从图2(I)可看出，光源11部分由钨灯1、氘灯3、反射镜4、切换镜2及进狭缝5组成。钨灯I是可见和近红外光谱区的光源。适用的波长范围为250-2000nm。氘灯3是目前用于紫外分光光度计中最理想的紫外光源，适用的波长范围为185-400nm。氘灯3工作时，光源能量的最大值在230nm附近，并在可见区有486.0nm和656.1nm两根特征谱线，可用作对仪器波长准确度校正用。
[0006]单色器12部分包括:平面反射镜6、准直镜7、紫外光栅8、滤光片9、出狭缝10、透镜IU。紫外光栅8是色散元件，它能将复合白光色散成单色光并按波长由大到小的顺序排列，形成光谱带。由于光栅光谱中存在着级次之间的光谱重迭问题，故要采用滤光片9来消除光谱重迭问题。样品室是参比样品或被测样品安置的暗室，因此，要求其内部黑色无光，密封无尘，内部容积愈大愈好，涂层(镀层)抗腐蚀。应能放置各种类型、不同光程比色皿，吸收池和相应的池架附件，如积分球、反射部件、荧光附件、恒温附件、流动池、自动样品架等。
[0007]检测放大控制系统104包括:光电池14和运算放大器，光电池14能将光信号转化为电信号，运算放大器将信号放大后经A/D转换后送至CPU，再由CPU并送至显示器显示或打印机输出。
[0008]上述结构的光学系统，其工作流程是:如图2(1)，钨灯I发出的白光(波长为250-2000nm)通过切换镜2改变方向而打在反射镜4上，经反射镜4汇聚成像(矩形光斑)到进狭缝5上;或者是氘灯3发出的粉红色光(波长为185-400nm)，由于此时程序控制使切换镜2抬起，所以就直接打在反射镜4上，经反射镜4汇聚成像(圆形光斑)到进狭缝5上。经进狭缝5向前的光被平面反射镜6反射到准直镜7上。准直镜7又将光反射到紫外光栅8上，由于紫外光栅8有色散功能，经紫外光栅8反射出的光就是由单色光按波长大小顺序排列的单色光谱带。光谱带又照在准直镜7上，由于入射角已发生变化，照在准直镜7的部分单色光被反射到滤光片9，经滤光片9进一步滤光后由出狭缝10经透镜Ill汇聚后射向样品12溶液，光经样品12溶液吸收后，经透镜Π 13汇聚最后落在光电池14接收器上。
[0009]一台紫外可见分光光度计的光源101分为可见部分和紫外部分，波长范围在190nm-1100nm。其中190nm-339nm为紫外光，由氘灯3提供，氘灯3是目前用于紫外分光光度计中最理想的紫外光源；340nm-l 10nm为可见光，由卤妈灯I提供。卤妈灯I是常用的可见和近红外光谱区的光源。目前还没有能提供190nm-1100nm全波段的单一光源，所以常用仪器的光源是由两种光源分段提供的，在340nm是个切换点，在340nm以前是由氘灯3提供光源，在340nm及以后由钨灯I提供光源。其工作原理如下:仪器接通电源后，钨灯I和氘灯3都点亮，当仪器的波长选定在340nm-1100nm时，如图2(3)所示，步进电机15驱动切换镜座16转到水平位置，使得切换镜2置于光路中，这样钨灯I发出的可见光通过切换镜2平面反射后，打在反射镜4上，通过反射镜4的凹面汇聚，将可见光汇聚在进狭缝5的狭缝中，从而实现给单色器提供可见光源。此时的氘灯3发出的紫外光被切换镜座16遮挡，打不到反射镜4，所以就打不到进狭缝5的狭缝中。
[0010]当仪器的波长选定在190nm-339nm时，如图2(4)所示，步进电机15驱动切换镜座16转到竖直位置，使得切换镜2抬起，这样钨灯I发出的可见光正好被遮光板17遮挡，所以打不到进狭缝5上。而氘灯3发出的紫外光，直接打在反射镜4上，通过反射镜4的凹面汇聚，将紫外光汇聚在进狭缝5的狭缝中，从而实现给单色器提供紫外光源。可见光和紫外光打在进狭缝5上光斑如图3(1)?3(3)所示。
[0011]正是因为切换镜2的抬起和放下，才实现了仪器两种光源的切换，使得仪器在190nm-1100nm波长范围内产生连续光谱。因此切换镜2的抬起和放下功能对仪器来说非常重要，为了实现切换镜2的抬起和放下功能，在结构上将它模块化，做成了一个灯源切换机构如图4所示，这样便于安装调试，也便于维修服务。
[0012]图4所示的灯源切换机构装配在仪器上是通过两颗M4X10盘头螺丝25加弹、平垫将底板22固定在图2(3)所示的单色器102的安装板106上。如图4、5、6所示，此灯源切换机构主要有步进电机15、电机架组件27、镜臂组件28、微动开关24及其支架23组成。镜臂组件28是用两颗M2.5X8盘头螺丝25紧固在步进电机15轴上，所以步进电机15的电机轴转动时，镜臂组件28也同时转动。切换镜座16和轴套19是铆接为一起，切换镜2是用704胶粘在切换镜座16的凹槽中。
[0013]工作时，步进电机15电机轴顺时针转动带动镜臂组件28顺时针转动，当镜臂组件28上的切换镜座16碰到微动开关24时，步进电机15停止转动，此时镜臂组件28就被步进电机15锁定在水平状态。从水平状态步进电机15电机轴再按逆时针转动90度后停止转动，镜臂组件28就被步进电机15锁定在竖直状态。而粘在镜臂组件28上的切换镜2因此被放下和抬起，从而实现了仪器两种光源的切换。
[0014]如图4所示，这种切换镜组件还有一个功能，就是可以调节切换镜2的角度，如图5，电机架18、底板22、弹片21是通过4颗M2X10螺丝加弹垫和压板20固定为一体，由于弹片21是由0.5mm厚磷青铜板做成的，所以电机架18和底板22之间为弹性连接，当用M4盘头螺丝25穿过电机架18上的孔拧紧底板22上的M4螺纹孔时，电机架18和底板22之间的夹角小于90度，当松开M4盘头螺丝25，而将电机架18上的M4紧定螺钉26向下拧并顶向底板22时，电机架18和底板22之间的夹角大于90度。这样电机架18就有调节角度的功能，步进电机15是固定在电机架18上，镜臂组件28是固定在步进电机15轴上，所以镜臂组件28也有调节角度的功能，切换镜2是用硅胶粘牢在镜臂组件28的切换镜座16上，所以切换镜2的角度因此可以调节。切换镜2的角度可以调节的原因如下:
[0015]光路系统要求光束在同一焦平面上，光源即钨灯I和氘灯3的发光中心、切换镜2、凹面反射镜4的球面中心、进狭缝5的狭缝中心应在同一个平面上，这个平面我们称之为焦平面。实际生产中零部件加工和装配误差导致钨灯I和氘灯3的发光中心、切换镜2、凹面反射镜4的球面中心、进狭缝5的狭缝中心不可能正好在同一高度，这样光源发出的不会正好打在进狭缝5的狭缝中心，导致光学系统能量低，杂散光大，精度指标上不去。所以在光路系统中，切换镜2、反射镜4、准直镜7等角度都要可调。
[0016]光路系统在调校时，先调校氘灯3的光源，因为氘灯(3)精密且重要一点，通过调整反射镜4的角度，使氘灯3光打在进狭缝5的狭缝中心;接着调校钨灯I的光源，因此时反射镜4角度已调好不能动，那钨灯(I)的光源只能调整切换镜2的角度使钨灯I的光打在进狭缝5的狭缝中心。由此可知切换镜2是钨灯I光源专用的。在仪器实际运输过程中，发现钨灯(I)的光源打在进狭缝5上的矩形光斑(如图3(3)不在中心，上下方向易偏，而氘灯3光源打在进狭缝5上的圆形光斑(如图3(2)位置不变，因此可初步判断是钨灯I位置或切换镜2的角度变了，进一步研究和验证发现是固定切换镜2的灯源切换机构(如图4)出问题了。
[0017]如图4，这种灯源切换机构，为了调节切换镜2的角度，费了一番周折，如图5，先是通过一颗M4盘头螺钉25的拉力和一颗M4紧定螺钉26的推力相互退进作用在底板22上而改变改变电机架18的角度，由此改变了固定其上的步进电机15角度，进而改变固定在步进电机15轴上的镜臂组件28的角度，由此而改变了切换镜2的角度。同时这种固定步进电机15的电机架组件27结构受力偏载，在运输过程中的振动极易导致盘头螺钉25和紧定螺钉26的松动，从而使切换镜2的角度发生变化，导致光路偏了。
[0018]综上所述，如图4、图5中的灯源切换机构的缺点是:切换镜2的角度调节能力，间接地产生于远离它的机构上，且这种调节结构还承受着步进电机15和结构本身的偏载力，角度的调节和保持仅靠一个M4盘头螺钉25和一个M4紧定螺钉26的互为进退的“矛盾作用”而产生锁紧力，不好操作。特别在运输过程中，容易松动，光路位置会发生变化，这对光学仪器是很大的隐患。
【实用新型内容】
[0019]应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。
[0020]针对上述现有紫外可见分光光度计系统在灯源切换上存在的问题，本实用新型提出一种改进的可直接调整切换镜角度且有灯切换功能的灯切换机构，通过步进电机刚性固定，受力均衡，且于切换镜角度无关;切换镜角度容易调节和长久保持。
[0021]为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种光度计灯源切换机构，其特征在于，包括:<