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基本信息
- 項目名稱：
- 旋轉(zhuǎn)狹縫波長掃描凹面光柵機構(gòu)研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項研究研制了波長掃描凹面光柵機構(gòu)，用于制造各種光學(xué)分析儀器。確定了直線位移與波長之間的關(guān)系。倒線色散率<10nm/mm。初始S=0， 角度45 o。 直線位移S與波長λ之間的關(guān)系[X= 1-（dλ）2]： S= WF=[140×Sqr（2）×dλ×Sqr(X)-10×Sqr（2）] / [1-2dλ2＋2×dλ×Sqr(X)]
- 詳細(xì)介紹：
- 1 引言 波長掃描凹面光柵機構(gòu)用于制造各種光學(xué)分析儀器。具有很好的應(yīng)用前景。 2 實驗部分 2.1 光路系統(tǒng)組成：五元素空心陰極燈(鈣銅鎂鐵鋅，北京曙光明電子光源儀器有限公司)、光源凹面反光鏡(R=219)、火焰燃燒器、入縫凹面反光鏡(R=158)、入縫(0.2 mm)、凹面光柵(羅蘭圓直徑224 mm，1200線/mm，光柵常數(shù)0.833333 μm)、1個出縫，1支R212側(cè)窗光電倍增管、根據(jù)光柵方程Sin∠ABC=λd、凹面光柵的羅蘭圓直徑D=224.000 mm、光柵常數(shù)d=1200線數(shù)/mm、光柵與入射光垂直，入射角α=0o，銳線通過Rowland圓直徑，色散角∠AEC =2×∠ABC，規(guī)定∠AEF=64o是復(fù)位角，用于調(diào)零,規(guī)定 AEG=20o是終止角，用于旋轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)終止保護，旋轉(zhuǎn)架的圓心與Rowland圓心一致，并以E為圓心，以EC長度112mm為半徑旋轉(zhuǎn)。R212光電倍增管D安裝在旋轉(zhuǎn)架上，出縫刻在R212保護套的柱面的C點。相對色散角是以EF為參照邊的∠FEC, 相對旋轉(zhuǎn)角是以EF為參照邊角的∠FEC，∠FEC=64-2×∠ABC。狹縫推桿運動推動旋轉(zhuǎn)狹縫架旋轉(zhuǎn)，桿前端是滾動軸承，軸承外徑20mm。 2.1.1 旋轉(zhuǎn)狹縫設(shè)計：波長λ已知，色散角θ=∠ABC，令k=Sinθ，用光柵方程（1）表達(dá) (1)k=dλ (2)d=1200/1000000,∠AEC=2θ，∵∠MQW=∠CEF=2θ, ∠WMQ=∠TPE=90o，∴△WMQ∽△TPE; ∵TE∥WN,MW∥EN, ∴EN=WQ; 在△WMQ 中，QW/Sin90o=MW/ Sin2θ, ∴WQ=10/ Sin2θ。 在△WNF中，∠WNF=2∠ABC=2θ,NF=70, ∠WFN=45o， WF/ Sin2θ=NF/ Sin(180o- 45o- 2θ) 即WF =（70 -10/ Sin2θ）/ Sin(180o- 45o- 2θ) k1=Cosθ = Sqr(1-k2)，k2= Sin2θ=2 k×k1， k3= Cos2θ= Sqr (1-k22) Sin(180o- 45o- 2θ)= Sin(45o+2θ)= Sin 45o Cos2θ+ Cos 45o Sin 2θ Sin(180o- 45o- 2θ)= Sqr(2)/2[1-2 Sin2θ+2 Sinθ×Sqr(1- Sin2θ)] WF=[（70 -10/ Sin2θ）× Sin2θ]/[2 Sqr(2) [1-2 Sin2θ+2 Sinθ×Sqr(1- Sin2θ)] X= 1-（dλ）2 即S= WF=[140×Sqr（2）×dλ×Sqr(X)-10×Sqr（2）] / [1-2dλ2＋2×dλ×Sqr(X)] （3） 脈沖總數(shù)P=2000×S/2 （4）脈沖總數(shù)P=1000×S 式(2)表達(dá)了狹縫推桿高S與波長λ之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。狹縫推桿基準(zhǔn)計算高度為0mm。 Tr10螺桿導(dǎo)程為2mm(2000微米), 細(xì)分?jǐn)?shù)為10，脈沖角度是1.8度，旋轉(zhuǎn)360°位移2mm, 則360°的脈沖總數(shù)P=360/（1.8/10）=2000，每個脈沖高度=2000/2000=1微米。用式(4)計算指定波長與脈沖總數(shù)P之間的關(guān)系式。 2.1.2 旋轉(zhuǎn)狹縫的精度 dP/dλ=P’， dP/dλ=2000S’, S’=dS/dλ 表1 旋轉(zhuǎn)狹縫的定位精度數(shù)據(jù) Table 1 Fixed position data of the integral combination slit 元素 Elements 銳線波長 Sharp line (nm) 線色散率 Linear dispersion (mm/nm) 色散角∠ABC Dispersion angle 相對旋轉(zhuǎn)角 鈣Ca 422.67 0.1559 30.4778 3.0444 銅Cu 324.75 0.1459 22.9358 18.1284 鎂Mg 285.21 0.1430 20.0141 23.9718 鐵Fe 252.3 0.1410 17.6235 28.7530 鋅Zn 213.86 0.1391 14.8703 34.2594 波長（nm） S(mm) 波長nm /微米 422.670 53.24840 0.01/(53.24981-53.24840)/1000=0.00709 422.680 53.24981 324.750 40.24940 0.01/(40.25069-40.24940)/1000=0.00775 324.760 40.25069 285.210 35.15385 0.01/(35.15514-35.15385)/1000=0.00775 285.220 35.15514 252.300 30.84284 0.01/(30.84417-30.84284)/1000=0.00751 252.310 30.84417 213.860 25.62876 0.01/(25.63015-25.62876)/1000=0.00719 213.870 25.63015
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目 的：研制凹面光柵的光譜掃描機械，用于制造各種光學(xué)分析儀器。 基本思路：凹面光柵作為色散元件，初始以45°角提供直線位移。導(dǎo)出波長與位移的關(guān)系式，實現(xiàn)高精度光譜掃描。 X= 1-（dλ）2 即S= WF=[140×Sqr（2）×dλ×Sqr(X)-10×Sqr（2）] / [1-2dλ2＋2×dλ×Sqr(X)] 創(chuàng) 新 點：導(dǎo)出波長與位移的關(guān)系式，實現(xiàn)高精度光譜掃描。 技術(shù)關(guān)鍵：初始以45°角提供直線位移。 主要技術(shù)指標(biāo)：光譜定位精度0.01nm，單通道； 200至700nm,60秒，光譜定位精度0.01nm。 200至700nm,10秒，光譜定位精度0.1nm。
科學(xué)性、先進性
- 先進性在于光路簡單：直線動動精度高。顯著進步是實現(xiàn)直線運動長度與光波長關(guān)系的非線性關(guān)系的實現(xiàn)方法。優(yōu)于正弦機構(gòu)。光源凹面反光鏡(R=219)、火焰燃燒器、入縫凹面反光鏡(R=158)、入縫(0.2 mm)、凹面光柵1個出縫，1支R212側(cè)窗光電倍增管、根據(jù)光柵方程Sin∠ABC=λd、凹面光柵的羅蘭圓直徑D=224.000 mm、光柵常數(shù)d=1200線數(shù)/mm、光柵與入射光垂直，入射角α=0o，銳線通過Rowland圓直徑，色散角∠AEC =2×∠ABC，規(guī)定∠AEF=64o是復(fù)位角，用于調(diào)零,規(guī)定 AEG=20o是終止角，用于旋轉(zhuǎn)架的旋轉(zhuǎn)終止保護，旋轉(zhuǎn)架的圓心與Rowland圓心一致，并以E為圓心，以EC長度112mm為半徑旋轉(zhuǎn)。R212光電倍增管D安裝在旋轉(zhuǎn)架上，出縫刻在R212保護套的柱面的C點。相對色散角是以EF為參照邊的∠FEC, 相對旋轉(zhuǎn)角是以EF為參照邊角的∠FEC，∠FEC=64-2×∠ABC。狹縫推桿運動推動旋轉(zhuǎn)狹縫架旋轉(zhuǎn)，桿前端是滾動軸承，軸承外徑20mm。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、圖紙、現(xiàn)場演示、圖片、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 技術(shù)特點： 作品的科學(xué)性先進性在于光路簡單：直線動動精度高。 突出的實質(zhì)性技術(shù)特點和顯著進步：直線運動長度與光波 長關(guān)系的非線性關(guān)系的實現(xiàn)方法。優(yōu)于正弦機構(gòu)。 適用范圍及推廣前景的技術(shù)性說明： 用于光譜分析儀制造，應(yīng)用前景廣闊。 及市場分析和經(jīng)濟效益預(yù)測：市場售價應(yīng)在30元萬以上，成批生產(chǎn)，年產(chǎn)值應(yīng)在500萬以上。
同類課題研究水平概述
- 本項研究是光譜掃描的新型機構(gòu)設(shè)計，具有國際先進水平。 旋轉(zhuǎn)狹縫設(shè)計：波長λ已知，色散角θ=∠ABC，令k=Sinθ，用光柵方程（1）表達(dá) (1)k=dλ (2) d=1200/1000000,∠AEC=2θ,∵∠MQW=∠CEF=2θ, ∠WMQ=∠TPE=90o，∴△WMQ∽△TPE; ∵TE∥WN,MW∥EN, ∴EN=WQ; 在△WMQ 中，QW/Sin90o=MW/ Sin2θ, ∴WQ=10/ Sin2θ。 在△WNF中，∠WNF=2∠ABC=2θ,NF=70, ∠WFN= 45o， WF/ Sin2θ=NF/ Sin(180o- 45o- 2θ) 即WF =（70 -10/ Sin2θ）/ Sin(180o- 45o- 2θ) k1=Cosθ = Sqr(1-k2)，k2= Sin2θ=2 k×k1， k3= Cos2θ= Sqr (1-k22) Sin(180o- 45o- 2θ)= Sin(45o+2θ)= Sin 45o Cos2θ+ Cos 45o Sin 2θ Sin(180o- 45o- 2θ)= Sqr(2)/2[1-2 Sin2θ+2 Sinθ×Sqr(1- Sin2θ)] WF=[（70 -10/ Sin2θ）× Sin2θ]/[2 Sqr(2) [1-2 Sin2θ+2 Sinθ×Sqr(1- Sin2θ)] X= 1-（dλ）2 即S= WF=[140×Sqr（2）×dλ×Sqr(X)-10×Sqr（2）] / [1-2dλ2＋2×dλ×Sqr(X)] (3)脈沖總數(shù)P=2000×S/2 （4）脈沖總數(shù)P=1000×S 式(2)表達(dá)了狹縫推桿高S與波長λ之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。狹縫推桿基準(zhǔn)計算高度為0mm。 Tr10螺桿導(dǎo)程為2mm(2000微米), 細(xì)分?jǐn)?shù)為10，脈沖角度是1.8度，旋轉(zhuǎn)360°位移2mm, 則360°的脈沖總數(shù)P=360/（1.8/10）=2000，每個脈沖高度=2000/2000=1微米。用式(4)計算指定波長與脈沖總數(shù)P之間的關(guān)系式 旋轉(zhuǎn)狹縫的精度 dP/dλ=P’， dP/dλ=2000S’, S’=dS/dλ
