单色器及原子吸收光谱仪的制作方法

1.本技术涉及分析仪器技术领域，特别是涉及单色器及原子吸收光谱仪。


背景技术：

2.原子吸收光谱仪作为对环境、金属半导体、石油化学高分子材料进行分析检验的仪器，被广泛应用于医学、生物学和药学等领域中。而单色器是原子吸收光谱仪的核心部件，单色器性能的优劣直接影响原子吸收光谱仪的检测指标。
3.单色器有棱镜和光栅两种类型，主要用于将入射光分解为单色光，并取出其中某一波长光，但是传统的单色器大多采用的是单侧光学成像，或是无特定要求的双侧光学成像，成像效果较差，分辨率较低。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种单色器及原子吸收光谱仪，成像效果较好，分辨率较高。
5.第一方面，本技术提供了一种单色器，包括：
6.光栅；
7.准直物镜，位于所述光栅的一侧，用于将入射狭缝处射入的光反射至所述光栅，且入射狭缝的中心点位于所述准直物镜的子午焦点处；
8.聚光物镜，位于所述光栅的另一侧，且与所述准直物镜关于所述光栅对称，用于将所述光栅部件反射的光沿出射狭缝射出；
9.光缝片，转动安装在所述光栅的远离两所述物镜的一侧，所述光缝片的表面周向设置有多个不同宽度的狭缝，其中包括入射狭缝和出射狭缝。
10.在其中一个实施例中，还包括光栅调节部件，所述光栅调节部件包括：
11.固定座；
12.压圈，位于所述固定座的上方，并通过至少三个第一紧固件与固定座固定；
13.固定轴，安装在固定座上；
14.固定架，底端与所述压圈卡合固定，并与所述固定轴之间存在间隔，顶端穿过所述压圈，用于对光栅进行固定；
15.第一钢球，位于所述固定轴和所述固定架之间，且所述第一钢球的上下两部分分别卡接在所述固定轴的顶端和所述固定架的底端。
16.在其中一个实施例中，所述固定架卡合于所述压圈内的侧端部分与所述压圈之间形成至少两个定位槽，且所述压圈侧端相对安装的两个第二紧固件分别与两个所述定位槽相抵靠。
17.在其中一个实施例中，所述第二紧固件位于所述压圈中轴线的一侧。
18.在其中一个实施例中，还包括线性驱动部件，所述线性驱动部件包括：
19.正弦尺，一端套设在固定轴上，另一端开设有滑槽；
20.半牙螺栓，沿所述滑槽开设方向安装在所述滑槽底端；
21.滑块，活动套接在所述半牙螺栓上，并活动卡接在所述滑槽内；
22.第一弹簧，套设在所述半牙螺栓上，且两端分别与所述滑块和所述滑槽底端相抵靠；
23.滚珠丝杠，设置方向与所述正弦尺长度方向垂直；
24.第二钢球，一侧固定在所述滑块上，另一侧卡接在所述滚珠丝杠的活动座上。
25.在其中一个实施例中，还包括狭缝安装部件，所述狭缝安装部件包括：
26.安装座；
27.固定板，转动安装在所述安装座内，所述固定板的的表面周向设置有多个狭缝，所述固定板的远离所述安装座的一面用于固定所述光缝片，且所述固定板上的狭缝与所述光缝片上的狭缝相对；
28.驱动装置，用于驱动所述固定板转动。
29.在其中一个实施例中，所述狭缝安装部件还包括：
30.位置传感器，固定在所述安装座内；
31.挡片，固定在所述固定板边缘，当所述固定板旋转到某一位置时，所述挡片处于所述位置传感器的检测范围内。
32.在其中一个实施例中，还包括物镜安装架，所述物镜安装架包括：
33.安装板，用于安装准直物镜或聚光物镜；
34.支架，其上安装有至少三个第三紧固件，且所述第三紧固件的端部抵靠在所述安装板上；
35.第二弹簧，位于多个所述第三紧固件之间，且两端分别连接所述安装板和所述支架上。
36.在其中一个实施例中，所述物镜安装架还包括第四紧固件，所述第四紧固件安装在所述支架上，且所述第二弹簧的一端固定在所述第四紧固件上。
37.第二方面，本技术还提供了一种原子吸收光谱仪，包括上述单色器。
38.上述单色器及原子吸收光谱仪，通过将一系列光学器件发出的入射光通过光缝片一侧的入射狭缝射入到准直物镜上，经准直物镜将入射光反射到光栅上，光栅会对入射光进行分光，然后再反射到聚光物镜上，最后聚光物镜会将各色光反射向光缝片的出射狭缝，并使其中一种光穿过出射狭缝；由于准直物镜和聚光物镜关于光栅对称，且满足特定的成像关系，成像效果相对较好，分辨率较高；同时通过在光缝片上周向设置不同宽度的狭缝用作入射狭缝和出射狭缝的调节，能够实现不同光谱带宽的自动切换，且调节方便。
附图说明
39.图1为本技术一个实施例中的单色器结构示意图；
40.图2为本技术一个实施例中的光学成像结构示意图；
41.图3为本技术一个实施例中的光栅调节部件立体结构示意图；
42.图4为本技术一个实施例中的光栅调节部件剖面结构示意图；
43.图5为本技术一个实施例中的线性驱动部件的结构示意图；
44.图6为本技术一个实施例中的狭缝安装部件结构示意图；
45.图7为本技术一个实施例中的物镜安装架结构示意图；
46.图8为本技术一个实施例中的光栅的转动角度结构示意图；
47.图9为本技术一个实施例中的单色器的安装结构示意图。
48.图中：100、光栅；200、准直物镜；300、聚光物镜；400、光缝片；500、狭缝安装部件；510、安装座；520、固定板；530、驱动装置；540、挡片；600、光栅调节部件；610、固定座；620、压圈；630、固定轴；640、固定架；641、定位槽；650、第一钢球；660、第一紧固件；670、第二紧固件；700、线性驱动部件；710、正弦尺；711、滑槽；720、半牙螺栓；730、滑块；740、第一弹簧；750、第二钢球；800、物镜安装架；810、安装板；820、支架；830、第二弹簧；840、第四紧固件。
具体实施方式
49.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
50.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本技术的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
51.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
52.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.除非另有定义，本技术的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本技术的说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
54.如图1和图2所示，在一个实施例中，一种单色器，包括光栅100、准直物镜200、聚光物镜300和光缝片400；准直物镜200位于光栅100的一侧，用于将入射狭缝处射入的光反射至光栅100，且入射狭缝的中心点位于准直物镜200的子午焦点处；聚光物镜300位于光栅100的另一侧，且与准直物镜200关于光栅100对称，用于将光栅100部件反射的光沿出射狭缝射出；光缝片400转动安装在光栅100的远离两物镜的一侧，光缝片400的表面周向设置有多个不同宽度的狭缝，其中包括入射狭缝和出射狭缝。
55.上述单色器，通过将一系列光学器件发出的入射光通过光缝片400一侧的入射狭
缝射入到准直物镜200上，经准直物镜200将入射光反射到光栅100上，光栅100会对入射光进行分光，然后再反射到聚光物镜300上，最后聚光物镜300会将各色光反射向光缝片400的出射狭缝，并使其中一种光穿过出射狭缝；由于准直物镜200和聚光物镜300关于光栅100对称，且满足特定的光学成像关系，该单色器的成像效果相对较好，分辨率较高；同时通过在光缝片400上周向设置不同宽度的狭缝用作入射狭缝和出射狭缝的调节，该单色器能够实现不同光谱带宽的自动切换，且调节方便。
56.进一步的，准直物镜200和聚光物镜300之间存在一个3.25度的离轴角。光缝片400为一个厚度0.05毫米、直径为76毫米的薄圆片，光缝片400上具有通过金属蚀刻工艺加工而成的6组缝高度为10毫米、缝宽度分别为0.06毫米、0.103毫米、0.206毫米、0.373毫米、0.55毫米和1.08毫米的狭缝，分别对应0.1纳米、0.2纳米、0.4纳米、0.7纳米、1纳米和2纳米。该结构设置能够有效分开间隔0.1纳米的光谱，提高了单色器的分辨率。
57.如图3、图4所示，在一个实施例中，单色器还包括光栅调节部件600，光栅调节部件600包括固定座610、压圈620、固定轴630、固定架640和第一钢球650；压圈620位于固定座610的上方，并通过至少三个第一紧固件660与固定座610固定；固定轴630安装在固定座610上；固定架640底端与压圈620卡合固定，并与固定轴630之间存在间隔，顶端穿过压圈620，用于对光栅100进行固定；第一钢球650位于固定轴630和固定架640之间，且第一钢球650的上下两部分分别卡接在固定轴630的顶端和固定架640的底端。
58.具体的，将固定架640卡在压圈620内，并将压圈620与固定座610相对通过至少三个第一紧固件660固定，由于压圈620与固定座610之间通过三个第一紧固件660连接，并且固定架640与固定轴630之间设置有第一钢球650，通过该第一钢球650固定架640能够相对固定轴630转动，因此通过调节三个第一紧固件660在固定座610上的紧入程度能够对固定架640的角度进行微调，使其沿水平的某一轴线进行转动，从而改变光栅100的朝向，实现光栅100两个转动自由度的调节。
59.进一步的，该光栅100调节方式能够调节入射狭缝经过光栅100的衍射像在单色器像面上的高度，或者说是出射光在光缝片400上的高度，使出射光与出射狭缝高度对应。
60.在一个实施例中，固定架640卡合于压圈620内的侧端部分与压圈620之间形成至少两个定位槽641，且压圈620侧端相对安装的两个第二紧固件670分别与两个定位槽641相抵靠。
61.具体的，由于固定架640位于压圈620内的部分具有定位槽641，因此当压圈620侧端紧入第二紧固件670时，第二紧固件670的端部能够抵靠在定位槽641上，通过两个紧固件分别对固定架640相对两侧的两个定位槽641分别进行抵靠，使得固定架640能够在卡入压圈620时率先调整水平朝向，然后通过两个第二紧固件670进行固定，实现光栅100的第三个转动自由度的调节。
62.在一个实施例中，第二紧固件670位于压圈620中轴线的一侧。
63.如图3至图5所示，在一个实施例中，单色器还包括线性驱动部件700，线性驱动部件700包括正弦尺710、半牙螺栓720、滑块730、第一弹簧740、滚珠丝杠和第二钢球750；正弦尺710一端套设在固定轴630上，另一端开设有滑槽711；半牙螺栓720沿滑槽711开设方向安装在滑槽711底端；滑块730活动套接在半牙螺栓720上，并活动卡接在滑槽711内；第一弹簧740套设在半牙螺栓720上，且两端分别与滑块730和滑槽711底端相抵靠；滚珠丝杠设置方
向与正弦尺710长度方向垂直；第二钢球750一侧固定在滑块730上，另一侧卡接在滚珠丝杠的活动座上。
64.在使用时，将通过第二钢球750将滑块730与滚珠丝杠的活动座连接，当需要对光栅100的水平朝向进行调节时，启动滚珠丝杠，其上做线性运动的活动座通过第二钢球750带动滑块730移动，由于滚珠丝杠为线性驱动机构，因此滑块730在随活动座移动的过程中，正弦尺710发生转动，从而带动固定架640转动以实现对光栅100水平朝向的调节，从而改变入射角和衍射角以实现光谱分离，滑块730会在正弦尺710的滑槽711上进行活动，通过半牙螺栓720调节对第一弹簧740的压缩量能够实现对正弦尺710长度的调节。
65.具体的，通过对光栅100的水平朝向进行调节，能够使单色器的光学零位和机械零位重合，即正弦尺710的轴线和滚珠丝杠轴线垂直时，零级光谱刚好从出射狭缝射出，以保证单色器在整个工作波段谱线输出都具有良好的线性。其中零级光谱代表正弦尺710的轴线与滚珠丝杠轴线垂直时，出射光射出的位置，在开始进行调校时，即便是正弦尺710的轴线与滚珠丝杠轴线垂直，出射光与出射狭缝处也不是对应的，因此预先将正弦尺710的轴线与滚珠丝杠的轴线设置垂直，然后再通过第一紧固件660及第二紧固件670对光栅100的角度进行调整，最终使出射光与出射狭缝对应，此时机械零位与光学零位重合，后续便能够通过滚珠丝杠对光栅100朝向进行调节，从而使不同光沿出射狭缝射出。
66.进一步的，如图8所示，将正弦尺710轴线与滚珠丝杠轴线垂直的位置看做是光栅100转角的起始位置，则光栅100转动角度θ的正弦等于滚珠丝杠活动座的位移s和正弦尺710长度l的比值，即sinθ＝s/l，其中滚珠丝杠部件由电机通过同步带轮驱动，且电机和滚珠丝杠部件之间的传动比为9:8。
67.如图6所示，在一个实施例中，单色器还包括狭缝安装部件500，狭缝安装部件500包括安装座510、固定板520和驱动装置530；固定板520转动安装在安装座510内，固定板520的的表面周向设置有多个狭缝，固定板520的远离安装座510的一面用于固定光缝片400，且固定板520上的狭缝与光缝片400上的狭缝相对；驱动装置530用于驱动固定板520转动。
68.具体的，驱动装置530为电机通过涡轮和蜗杆对安装座510内的固定板520进行驱动。由于固定板520上具有周向设置的多个狭缝，且与光缝片400上的狭缝一一相对，并且固定板520上的狭缝均大于光缝片400上的对应狭缝大小，因此入射光和出射光能够完整通过光缝片400上的狭缝且不会被固定板520上的狭缝遮挡。
69.在一个实施例中，狭缝安装部件500还包括位置传感器和挡片540；位置传感器固定在安装座510内；挡片540固定在固定板520边缘，当固定板520旋转到某一位置时，挡片540处于位置传感器的检测范围内。
70.具体的，位置传感器为固定在图6中安装座510一侧开口处，且与固定板520上的挡片540相对。当挡片540导柱位置传感器时可以确定定为零点，随后光缝片400每个30度即可切换一组夹缝宽度。
71.如图7所示，在一个实施例中，单色器还包括物镜安装架800，物镜安装架800包括安装板810、支架820和第二弹簧830；安装板810用于安装准直物镜200或聚光物镜300；支架820其上安装有至少三个第三紧固件，且第三紧固件的端部抵靠在支架820上；第二弹簧830位于多个第三紧固件之间，且两端分别连接安装板810和支架820上。
72.具体的，三个第三紧固件可以微调安装板810的朝向及角度，从而调节准直物镜
200和聚光物镜300距离狭缝的距离和离轴角。
73.在一个实施例中，物镜安装架800还包括第四紧固件840，第四紧固件840安装在支架820上，且第二弹簧830的一端固定在第四紧固件840上。
74.具体的，通过调节第四紧固件840紧入支架820的程度从而改变第二弹簧830对安装板810和支架820的拉紧力，从而使安装板810和支架820固定更紧密。
75.上述单色器，在使用时，阴极元素灯或氘(dao)灯发出的光经单色器前级光学系统成像至入射狭缝处，透过入射狭缝的复合光以一定的孔径角射向准直物镜200，通过将入射狭缝的中心点设计位于准直物镜200的子午焦点处，且准直物镜200和聚光物镜300的离轴角均为3.25度，经过准直物镜200反射后，位于准直镜子午面内的光线会被准直成一束与准直物镜200成3.25度离轴角的平行光束，由于准直物镜200和聚光物镜300关于光栅100的旋转中心对称，则和聚光物镜300成3.25度的衍射光线会被聚光物镜300汇聚到出射狭缝处，滚珠丝杠运行带动光栅100转动，当光栅100转动时会引起入射角和衍射角的变化、当入射角和衍射角满足光栅100方程时会在出射狭缝处得到单色光谱。如图9所示，出射狭缝的光谱波长λ＝2dcos(2
×
3.25
°
)
×
sinθ，再根据光栅100转角的正弦值sinθ＝s/l，以此得到出射狭缝的光谱波长λ＝1.8
×
10-5
s(mm)。
76.在一个实施例中，一种原子吸收光谱仪，包括上述单色器。
77.上述原子吸收光谱仪，通过将一系列光学器件发出的入射光通过光缝片400一侧的入射狭缝射入到准直物镜200上，经准直物镜200将入射光反射到光栅100上，光栅100会对入射光进行分光，然后再反射到聚光物镜300上，最后聚光物镜300会将各色光反射向光缝片400的出射狭缝，并使其中一种光穿过出射狭缝；由于准直物镜200和聚光物镜300关于光栅100对称，且相对位置满足特定光学成像关系，该单色器的成像效果相对较好，分辨率较高；同时通过在光缝片400上周向设置不同宽度的狭缝用作入射狭缝和出射狭缝的调节，该原子吸收光谱仪能够实现不同光谱带宽的自动切换，且调节方便。
78.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
79.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。