一种用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构的制作方法

1.本发明涉及光谱仪器领域，特别是涉及一种用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构。


背景技术：

2.狭缝是光谱仪器中决定光谱分辨率和能量的重要单元。根据应用范围可分为固定宽度狭缝和可变宽度狭缝，固定宽度狭缝一般用于光谱分辨率或能量传输效率恒定的仪器中，当需要仪器光谱分辨率或能量传输效率变化时，可变宽度狭缝将是最佳选择。
3.大气环境下可变宽度狭缝的调节方式较成熟，传动形式有螺旋、杠杆、楔形框、斜块导轨和柔性铰链式等，现有的光学仪器主要采用斜楔式狭缝机构；而对于部分受大气选择性吸收影响的光学仪器，光学系统包括可变宽度狭缝的刀口部位均需工作在真空环境下，其调节机构一般仍需处于大气环境，这就涉及到真空/大气两种环境下的动密封技术。
4.目前已知的真空动密封狭缝机构往往采用缝片独立控制的多驱动机构，为了保证狭缝开口精度及平行度，前期的狭缝调试及控制均有严格的要求，且高精度仅能确保狭缝宽度小范围(亚毫米量级)满足，对于狭缝宽度大范围(毫米量级)调节需求，一般很难实现高精度与真空动密封同时满足。为此，提出一种用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构，旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构，包括：
7.狭缝基座，所述狭缝基座为一密封壳体，所述狭缝基座内并排设有若干滑轨；
8.并排设置的两安装板组件，任一所述安装板组件均与若干所述滑轨滑动连接；所述安装板组件上安装有狭缝片，两所述狭缝片相对设置；
9.测微装置，安装在所述狭缝基座上；所述测微装置的测量端伸入至所述狭缝基座内腔中；
10.间隙锥，安装在所述测微装置的测量端，所述间隙锥伸入至两所述安装板组件之间，并且与两所述安装板组件滑动接触；
11.密封组件，设于所述狭缝基座与所述测微装置的连接处，所述密封组件内设有若干过渡区；
12.其中，两所述安装板组件与所述狭缝基座的内壁之间固接有弹簧。
13.优选的，所述安装板组件包括：
14.狭缝安装板，所述狭缝安装板与若干所述滑轨滑动连接，所述狭缝安装板与所述狭缝基座的内壁之间固接有所述弹簧；
15.距离限位件，固接在所述狭缝安装板上，并且与所述间隙锥滑动接触；
16.正交限位件，固接在所述狭缝安装板上；所述正交限位件与若干所述滑轨滑动连接，并且所述正交限位件与若干所述滑轨垂直设置；
17.其中，两所述距离限位件相对设置，狭缝片安装在所述狭缝安装板上。
18.优选的，所述狭缝基座上开设有安装孔，所述测微装置的测量端通过所述安装孔伸入至所述狭缝基座内；所述密封组件设于所述安装孔的孔壁与所述测微装置之间。
19.优选的，所述密封组件包括若干氟橡圈，若干所述氟橡圈的内壁与所述测微装置抵接，外壁与所述安装孔的孔壁抵接；若干所述氟橡圈之间形成所述过渡区；位于顶部的所述氟橡圈、所述安装孔的顶部、所述测微装置之间固接有真空密封胶层。
20.优选的，所述测微装置包括高精度螺旋测微头，所述高精度螺旋测微头的旋扭端位于所述狭缝基座外，所述高精度螺旋测微头的螺杆端位于所述狭缝基座外，并且与所述间隙锥固接，所述高精度螺旋测微头的主体段外壁通过若干所述氟橡圈安装在所述安装孔内。
21.优选的，所述弹簧的一端与所述狭缝基座的内壁固接，另一端与所述狭缝安装板的端面中心处固接，所述弹簧处于压缩状态。
22.优选的，所述滑轨设有两组，两组所述滑轨并排平行安装在所述狭缝基座内，并且任一个所述狭缝安装板与两组所述滑轨滑动连接。
23.优选的，所述氟橡圈为o型圈，并且所述氟橡圈的数量为3个。
24.优选的，所述高精度螺旋测微头的旋扭端设有刻度。
25.本发明公开了以下技术效果：
26.本发明的狭缝基座与测微装置的连接处设置密封组件，且密封组件内设有若干过渡区，可以有效提高狭缝基座内的真空密封性；通过测微装置调节间隙锥的伸缩，进而带动两安装板组件沿滑轨滑动，实现调节两安装板组件的间距，最终实现两狭缝片的间距调节，通过弹簧带动两安装板组件始终与间隙锥滑动接触，从而实现地面真空环境下狭缝宽度的连续调节；尤其适用于地面真空测试环境下对光谱仪器光谱分辨率或能量传输效率有改变需求的情况，狭缝精度高、狭缝宽度调节范围大。
27.本发明适用于地面任意波段范围的光谱仪器，同时其也可用在大气环境；本发明的理论精度主要受制于测微装置的精度及间隙锥的顶角大小，可通过调整间隙锥的顶角大小实现调整最终狭缝的调节精度。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构的结构示意图；
30.图2为图1中a的局部放大图；
31.图3为本发明中间隙锥上下移动量转换为狭缝宽度变化量的三角关系示意图；
32.其中，1、狭缝基座；2、滑轨；3、狭缝片；4、测微装置；5、间隙锥；6、过渡区；7、弹簧；8、狭缝安装板；9、距离限位件；10、正交限位件；11、安装孔；12、氟橡圈；13、真空密封胶层。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
35.参照图1-3，本发明提供一种用于光谱仪器的真空动密封狭缝机构，包括：
36.狭缝基座1，狭缝基座1为一密封壳体，狭缝基座1内并排设有若干滑轨2；狭缝基座1的形状和尺寸可以根据具体的光谱仪器外形进行设定，狭缝基座1安装在光谱仪器本体上，本发明为限制光束口径及能量的开关，适用于地面任意波段范围的光谱仪器，同时其也可用在大气环境；
37.并排设置的两安装板组件，任一安装板组件均与若干滑轨2滑动连接；安装板组件上安装有狭缝片3，两狭缝片3相对设置；狭缝片3为精密加工的钢片，刃口平滑笔直，无毛刺，在高精度光学显微镜下进行拼接对准；
38.测微装置4，安装在狭缝基座1上；测微装置4的测量端伸入至狭缝基座1内腔中；
39.间隙锥5，安装在测微装置4的测量端，间隙锥5伸入至两安装板组件之间，并且与两安装板组件滑动接触；间隙锥5由一金属杆制成，一端与测微装置4的测量端固接，另一端加工为内锥形，锥顶角根据精度要求加工，锥腰边与两安装板组件紧密接触，锥顶角角度的大小影响间隙锥5上下移动量向安装板组件左右移动量的转换系数，从而起到放大或缩小测微装置4精度的作用；
40.密封组件，设于狭缝基座1与测微装置4的连接处，密封组件内设有若干过渡区6；若干过渡区6可以有效提高狭缝基座1内的真空密封性；
41.其中，两安装板组件与狭缝基座1的内壁之间固接有弹簧7；如此设置，通过测微装置4调节间隙锥5的伸缩，进而带动两安装板组件沿滑轨2滑动，实现调节两安装板组件的间距，最终实现两狭缝片3的间距调节，通过弹簧7带动两安装板组件始终与间隙锥5滑动接触，从而实现地面真空环境下狭缝宽度的连续调节；尤其适用于地面真空测试环境下对光谱仪器光谱分辨率或能量传输效率有改变需求的情况，狭缝精度高、狭缝宽度调节范围大。
42.进一步优化方案，安装板组件包括：
43.狭缝安装板8，狭缝安装板8与若干滑轨2滑动连接，狭缝安装板8与狭缝基座1的内壁之间固接有弹簧7；两狭缝安装板8对称设置，一方面用于安装固定狭缝片3，另一方面与若干滑轨2紧密耦合，使得两狭缝安装板8可以沿若干滑轨2左右滑动，从而带动两狭缝片3调整间距；
44.距离限位件9，固接在狭缝安装板8上，并且与间隙锥5滑动接触；距离限位件9远离狭缝安装板8的一端与间隙锥5的锥腰边紧密接触且滑动连接；距离限位件9接触间隙锥5的端面形状可以根据具体的使用环境进行设定，本实施例中不做具体限定；如此设置，两距离限位件9的间距即为两距离限位件9与间隙锥5夹紧部位的间距；
45.正交限位件10，固接在狭缝安装板8上；正交限位件10与若干滑轨2滑动连接，并且正交限位件10与若干滑轨2垂直设置；以保证两狭缝安装板8始终与若干滑轨2正交垂直，使
得两狭缝片3移动过程中相互平行，避免两狭缝片3之间的狭缝开口偏移倾斜；
46.其中，两距离限位件9相对设置，狭缝片3安装在狭缝安装板8上。
47.进一步优化方案，狭缝基座1上开设有安装孔11，测微装置4的测量端通过安装孔11伸入至狭缝基座1内；密封组件设于安装孔11的孔壁与测微装置4之间。
48.进一步优化方案，密封组件包括若干氟橡圈12，若干氟橡圈12的内壁与测微装置4抵接，外壁与安装孔11的孔壁抵接；若干氟橡圈12之间形成过渡区6；位于顶部的氟橡圈12、安装孔11的顶部、测微装置4之间固接有真空密封胶层13；氟橡圈12为o型圈，并且氟橡圈12的数量为3个；如此设置，真空密封胶层13通过在安装孔11的顶部点真空固化胶形成，实现密封处理，提高气密性；氟橡圈12、狭缝基座1、测微装置4的尺寸需满足真空密封要求，氟橡圈12设置三个可以保证大气与真空环境之间出现真空/大气的过渡区6，过渡区6的低真空环境对于狭缝基座1内部高真空度的保持具有明显的提升作用，通过三层氟橡圈12与安装孔11的间隙密封，可以实现调节过程中的高真空动密封。
49.进一步优化方案，测微装置4包括高精度螺旋测微头，高精度螺旋测微头的旋扭端位于狭缝基座1外，高精度螺旋测微头的螺杆端位于狭缝基座1外，并且与间隙锥5固接，高精度螺旋测微头的主体段外壁通过若干氟橡圈12安装在安装孔11内；高精度螺旋测微头的旋扭端和主体段均设有刻度；如此设置，通过旋转高精度螺旋测微头的旋扭端带动高精度螺旋测微头的螺杆端上下移动，进而带动间隙锥5上下移动，进而调节两距离限位件9的间距，并带动两狭缝安装板8沿滑轨2滑动，带动两狭缝片3调整间距；本发明可将高精度螺旋测微头的高精度、大量程旋转惯量转换为狭缝左右的高精度、大范围宽度调节，从而实现地面真空环境下狭缝宽度的连续调节。
50.进一步优化方案，弹簧7的一端与狭缝基座1的内壁固接，另一端与狭缝安装板8的端面中心处固接，弹簧7处于压缩状态；弹簧7的劲度系数根据狭缝的实际移动范围进行设定，使得弹簧7在移动范围内均匀、平稳输出；弹簧7的长度根据距离尺寸进行设定，使得两弹簧7始终处于压缩状态；通过两弹簧7相向推动两狭缝安装板8始终与间隙锥5的锥腰边紧密接触。
51.进一步优化方案，滑轨2设有两组，两组滑轨2并排平行安装在狭缝基座1内，并且任一个狭缝安装板8与两组滑轨2滑动连接，滑轨2与狭缝安装板8紧密耦合，使得狭缝安装板8沿滑轨2左右滑动；滑轨2的种类和型号可以根据具体的使用环境进行设定，本实施例中，滑轨2为滚珠式直导轨。
52.进一步优化方案，参照图3，间隙锥5的上下移动两与两狭缝片3之间的狭缝宽度变化量之间存在如下函数关系：
[0053][0054]
其中，y为间隙锥5由位置1移动至位置2的移动量，单位为um；
[0055]
x为距离限位件9由位置1移动至位置2的变化量；(即两狭缝片3之间的狭缝宽度变化量为2x)，单位为um；
[0056]
α为间隙锥5的顶角角度，单位为
°
。
[0057]
实施例1
[0058]
本实施例中，光谱仪器为真空红外单色仪(图中未示出)，工作波段800nm-3000nm，光谱分辨率要求连续可调。由于红外工作波段存在多条水汽吸收带，为了消除大气环境的影响，红外单色仪采取部分真空环境，关键的光学系统全部位于真空环境，而机械扫描单元及相关电子学驱动单元均位于大气环境，光栅轴、入缝狭缝和出射狭缝均采取真空动密封技术，电动手动调节机构均位于大气环境下。
[0059]
本实施例中，红外单色仪出入缝结构形式完全相同，高精度螺旋测微头的调节精度为10um，间隙锥5顶角设计为30
°
，根据三角形正切关系，则狭缝的调节精度约为5.4um。狭缝开口0-3mm连续可调。
[0060]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0061]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。