多维调节装置的制作方法

技术领域：

本新型属于自由光路调节领域，具体涉及一种太赫兹时域光谱系统自动光路调节装置。

背景技术：
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无论是光学实验还是光学设备搭建，都涉及到自由光路调节，这对光路中各光学元件的位置、高度、角度等多个维度上都有很高的精度要求。目前，常用的自由光路调节方法主要为手动调节，结合一些辅助型工具(高同心度的点状激光、高度尺、探片、可变光阑等)让各光学元件的主光轴处于同一直线上，要获得一个良好的光路要不断的重复调节各光学元件位置、高度、角度等多个维度。这样的调节方法对经验的依赖性较强，且难以保证精准性和稳定性，操作繁琐，效率很低。

在基于光电导天线的太赫兹时域光谱系统搭建时，其太赫兹自由光路是由4个平凸透镜和一对儿光电导天线组成，且遵循“8f光路规则”，f为所用透镜的焦距。也就是说，各光学元件(光电导发射天线、4个平凸透镜、光电导探测天线)在轴向距离上要符合8f光路规则，同时要保持高的同心度。

目前，太赫兹自由光路调试方式主要为手动调节：在光学平台上固定好导轨，各光学元件连接固定伸缩杆固定在导轨上，并按照“8f光路规则”大致确定好各光学元件的轴向距离，用高度尺来大致确定各元件的主光轴处于同一直线，之后手动调节光路中各光学元件的多个维度(轴向、高度、角度等)以使得其具有高的同心度。在调节光路多个维度的过程中，需将光路接入太赫兹时域光谱仪，通过上位机软件采集的太赫兹时域信号强度来判断光路的质量。现有调节方法在调节每个维度时需要不断重复采集太赫兹时域信号来判断光路质量，操作繁琐且耗时，并且由于人为操作较多致使精度不高。

技术实现要素：
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本发明目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计一种多维调节装置、太赫兹时域光谱系统自动光路调节装置。

为了实现上述目的，本发明涉及的多维调节装置，包括固定伸缩杆、固定架、电动调节台，待调节部件固定在固定伸缩杆顶部，所述电动调节台包括涡杆、轴向调节电机、高度调节电机、角度调节电机和平移台，轴向调节电机与平移台连接，带动平移台在轴向上移动，高度调节电机与平移台连接，带动平移台上下移动，涡杆一端与角度调节电机连接，同时通过贯穿平移台的通孔与平移台转动连接，所述固定架包括固定架本体和涡轮，涡轮嵌入固定在固定架本体内，在固定架本体上形成与涡轮同轴心的上下贯通的第一通孔，固定伸缩杆上部的伸缩杆紧固在所述第一通孔中，涡杆另一端与固定架本体转动连接且伸入固定架本体内与涡轮啮合。

进一步地，所述固定架本体分为左固定架和右固定架，涡轮分为左半涡轮和右半涡轮，左半涡轮固定嵌入左固定架中，右半涡轮嵌入右固定架中，伸缩杆置于左固定架和右固定架中部形成的第一通孔中，通过左固定架和右固定架两侧的锁紧架固定锁紧。

进一步地，所述固定架还包括涡杆固定架，涡杆固定架转动连接在右固定架侧面贯通的通孔上，涡杆另一端与涡杆固定架连接，带动涡杆固定架转动，涡杆固定架外侧均布的啮齿与涡轮外齿啮合。

所述待调节部件为光学元件，所述多维调节装置为自动光路调节装置。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：(1)通过多维调节装置实现了部件在轴向，高度以及角度多个维度上的调节；(2)首次将电动调节引入到自由光路调节中来，阐述了自动光路调节的方法及装置，通过该装置中的电机运动带动光学元件轴向、高度、角度三个维度的移动来调节光路，实现了自动光路调节，并且该装置方便安装与拆卸；此外，以太赫兹时域光谱系统中太赫兹自由光路的调节为例，给出了完整的调节装置图；(3)自动光路调节，不再单单是模仿人为的单元件逐一调节，而是加入实时反馈的协同调节，即可同时对多个甚至全部元件进行多个维度的同步调节，通过算法的开发和算法的学习优化，可实现高速闭环调节控制，使光路调节更加高效，在节省人力的同时，缩短了所需时间，并提高了所调光路的质量。

附图说明：

图1为本发明涉及的多维调节装置结构示意图。

图2为本发明涉及的固定架立体结构图。

图3为本发明涉及的固定架内部结构原理示意图。

图4为本发明涉及的太赫兹时域光谱光路调节系统结构示意图。

图5为本发明涉及的太赫兹时域光谱光路调节方法控制流程图。

具体实施方式：

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种多维调节装置，包括固定伸缩杆3、固定架4、电动调节台5，待调节部件固定在固定伸缩杆3顶部，所述电动调节台5包括涡杆51、轴向调节电机52、高度调节电机53、角度调节电机54和平移台55，轴向调节电机52与平移台55连接，带动平移台55在轴向上移动(即图4中的前后移动)，高度调节电机53与平移台55连接，带动平移台上下移动，涡杆51一端与角度调节电机54连接，同时通过贯穿平移台55的通孔与平移台55转动连接，所述固定架4包括固定架本体和涡轮43，涡轮43嵌入固定在固定架本体内，在固定架本体上形成与涡轮43同轴心的上下贯通的第一通孔44，固定伸缩杆3上部的伸缩杆紧固在所述第一通孔44中，涡杆51另一端与固定架本体转动连接且伸入固定架本体内与涡轮43啮合，角度调节电机54带动涡杆51转动,进而带动涡轮43转动,即，实现固定架4转动，通过固定架4带动伸缩杆转动，进而调节待调节部件的角度。随着轴向调节电机52或高度调节电机53的转动，依次带动平移台55、涡杆51、固定架4和伸缩杆在轴向或高度方向上移动，进而实现待调节部件轴向和高度的调整。随着角度调节电机54的转动，依次带动涡杆51、涡轮43、固定架4和伸缩杆转动，进而实现待调节部件角度的调节。该多维调节装置实现待调节部件高度、前后和角度多个维度的自动调节。

如图2和3所示，具体地，为了更方便地将伸缩杆紧固在第一通孔44中，所述固定架本体分为左固定架和右固定架，涡轮分为左半涡轮和右半涡轮，左半涡轮固定嵌入左固定架中，右半涡轮嵌入右固定架中，伸缩杆置于左固定架和右固定架中部形成的第一通孔44中，通过左固定架和右固定架两侧的锁紧架41固定锁紧。所述固定架4还包括涡杆固定架42，涡杆固定架42转动连接在右固定架侧面贯通的通孔上，涡杆51另一端与涡杆固定架42连接，带动涡杆固定架42转动，涡杆固定架42外侧均布的啮齿与涡轮43外齿啮合。

具体地，所述固定伸缩杆3为现有的固定伸缩杆结构，一般包括固定底座、伸缩杆和固定螺母，伸缩杆与固定底座套接，从固定底座中拉出伸缩杆并通过固定螺母紧固。在本实施例中通过高度调节电机53带动伸缩杆上下移动，达到设定的位置后，通过固定螺母将伸缩杆固定。

具体地，轴向调节电机52和高度调节电机53的输出端均采用传统的丝杆螺母结构与平移台连接，将电机的转动转换为轴向和高度上的直线运动。电动调节台5还包括底板56，平移台55与底板56滑动连接。在轴向调节电机52的带动下，平移台55沿底板前后移动，在高度调节电机53的带动下，平移台55相对底板上下移动。

进一步地，所述待调节部件为光学元件，所述多维调节装置为自动光路调节装置，应用于太赫兹光谱光路调节系统。

具体地，一种太赫兹时域光谱系统自动光路调节装置，包括所述自动光路调节装置、导轨1、电机控制器6、上位机7和光路调节控制单元和电机控制单元，对于太赫兹时域光谱系统，光学元件包括光电导发射天线、四个平凸透镜、光电导探测天线，按照对应的顺序，将光学元件通过对应的固定伸缩杆3滑动连接在导轨1上，形成太赫兹光谱自由光路，在导轨1引导下各光学元件2实现轴向直线运动，电机控制器6分别与轴向调节电机52、高度调节电机53和角度调节电机54连接，提供电能和发送控制信号，上位机7与电机控制器6连接，光路调节控制单元为安装在上位机内的太赫兹时域光谱系统控制软件，用于控制太赫兹时域光谱仪的开关并实时显示太赫兹信号，得出太赫兹时域脉冲信号变化情况(信号变好、信号变优、信号最优)，电机控制单元为上位机中安装的自动光路调节装置中电机的控制软件，基于接收的太赫兹时域脉冲信号变化情况给电机控制器6发送电机运动指令，也即光路调节控制单元通过电机控制单元与电机控制器6连接。

本实施例涉及的一种太赫兹时域光谱系统自动光路调节装置调节方法，具体包括以下步骤：

(1)按照固定结构，将太赫兹自由光路中的各光学元件2与固定伸缩杆3及固定架4组合，并将其放在导轨1上，构建太赫兹自由光路，固定架4通过涡杆51与电动调节台5连接，电机控制器6与电动调节台5连接，并连接至上位机7。

(2)将太赫兹自由光路接入太赫兹时域光谱仪，并通过光路调节控制单元开启仪器，上位机7实时检测并显示太赫兹信号，此时在光路调节控制单元中设置好各光学元件2对应的各电动调节台5的运动顺序，以及各电动调节台5中各调节电机的运动顺序、转动速度、转动精度、转动方向、转动角度的阈值等，发送运动指令给电机控制器，各调节电机将依次运动，调节过程中，光路调节控制单元实时显示调节信号，通过算法的开发和算法的学习优化，将实时的调节信号作比较后将结果反馈给电机控制单元，若是信号变优(一般判断依据为峰峰值最大)则发送相应指令给自动光路调节装置，让其继续在阈值范围内按预定方向及设置参数运动(反之则反向调节)，接入对应系统的待调光路中的各光学元件随之运动，并反馈实时信号至光路调节控制单元，经比对后将结果反馈给电机控制单元，如此循环直至信号最优则停止运动。将调好的太赫兹自由光路中各光学元件固定好后，拆除自动光路调节装置。

例如，各光学元件2的调节顺序为光电导发射天线、4个平凸透镜、光电导探测天线，每个光学元件对应调节电机的运动顺序依次为轴向调节电机52(转动速度a1、转动精度b1、先顺时针再逆时针、转动角度的阈值c1)、高度调节电机53(转动速度a2、转动精度b2、先顺时针再逆时针、转动角度的阈值c2)、角度调节电机54(转动速度a3、转动精度b3、先顺时针再逆时针、转动角度的阈值c3)，则轴向调节电机52按照预先设定的参数先顺时针转动，若太赫兹时域信号质量变优(一般判断依据为峰峰值最大)则继续顺时针旋转，反之逆时针旋转，直至在转动角度的阈值内太赫兹时域脉冲信号峰峰值达到最大则停止；接着是各光学元件2对应的高度调节电机53按照预先设定的参数运动，信号达到最优时停止；然后是各光学元件2对应的角度调节电机54按照预先设定的参数运动，信号达到最优时停止。

为了提高其准确度，可改变各光学元件2的调节顺序及各电动调节台4中各电机的运动顺序，如此重复多次调节，得到太赫兹时域脉冲信号较优的太赫兹自由光路。