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基本信息

項(xiàng)目名稱：
旋轉(zhuǎn)狹縫波長(zhǎng)掃描凹面光柵機(jī)構(gòu)研制
簡(jiǎn)介：
本項(xiàng)研究研制了波長(zhǎng)掃描凹面光柵機(jī)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)掃描凹面光柵機(jī)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(guò)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(hù)，旋轉(zhuǎn)架的圓心與Rowland圓心一致，并以E為圓心，以EC長(zhǎng)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(hù)套的柱面的C點(diǎn)。相對(duì)色散角是以EF為參照邊的∠FEC, 相對(duì)旋轉(zhuǎn)角是以EF為參照邊角的∠FEC，∠FEC=64-2×∠ABC。狹縫推桿運(yùn)動(dòng)推動(dòng)旋轉(zhuǎn)狹縫架旋轉(zhuǎn)，桿前端是滾動(dòng)軸承，軸承外徑20mm。 2.1.1 旋轉(zhuǎn)狹縫設(shè)計(jì)：波長(zhǎng)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(zhǎng)λ之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。狹縫推桿基準(zhǔn)計(jì)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(gè)脈沖高度=2000/2000=1微米。用式(4)計(jì)算指定波長(zhǎng)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(zhǎng) Sharp line (nm) 線色散率 Linear dispersion (mm/nm) 色散角∠ABC Dispersion angle 相對(duì)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(zhǎng)（nm） S(mm) 波長(zhǎng)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(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、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(jī)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(zhǎng)與位移的關(guān)系式，實(shí)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(diǎn)：導(dǎo)出波長(zhǎng)與位移的關(guān)系式，實(shí)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(jìn)性

先進(jìn)性在于光路簡(jiǎn)單：直線動(dòng)動(dòng)精度高。顯著進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度與光波長(zhǎng)關(guān)系的非線性關(guān)系的實(shí)現(xiàn)方法。優(yōu)于正弦機(jī)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(gè)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(guò)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(hù)，旋轉(zhuǎn)架的圓心與Rowland圓心一致，并以E為圓心，以EC長(zhǎng)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(hù)套的柱面的C點(diǎn)。相對(duì)色散角是以EF為參照邊的∠FEC, 相對(duì)旋轉(zhuǎn)角是以EF為參照邊角的∠FEC，∠FEC=64-2×∠ABC。狹縫推桿運(yùn)動(dòng)推動(dòng)旋轉(zhuǎn)狹縫架旋轉(zhuǎn)，桿前端是滾動(dòng)軸承，軸承外徑20mm。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段。

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物、圖紙、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片、樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn)： 作品的科學(xué)性先進(jìn)性在于光路簡(jiǎn)單：直線動(dòng)動(dòng)精度高。 突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步：直線運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度與光波 長(zhǎng)關(guān)系的非線性關(guān)系的實(shí)現(xiàn)方法。優(yōu)于正弦機(jī)構(gòu)。 適用范圍及推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明： 用于光譜分析儀制造，應(yīng)用前景廣闊。 及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：市場(chǎng)售價(jià)應(yīng)在30元萬(wàn)以上，成批生產(chǎn)，年產(chǎn)值應(yīng)在500萬(wàn)以上。

同類課題研究水平概述

本項(xiàng)研究是光譜掃描的新型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有國(guó)際先進(jìn)水平。 旋轉(zhuǎn)狹縫設(shè)計(jì)：波長(zhǎng)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(zhǎng)λ之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。狹縫推桿基準(zhǔn)計(jì)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(gè)脈沖高度=2000/2000=1微米。用式(4)計(jì)算指定波長(zhǎng)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
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