(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210738145.6 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 山东非金属材 料研究所 地址 250031 山东省济南市天桥区田家庄 东路3号 (72)发明人 潘忠泉　赵华　杨欣欣　李昕　 孙文慧　陶威　 (74)专利代理 机构 山东祺智知识产权代理有限 公司 373 61 专利代理师 孟繁修 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01J 3/18(2006.01) (54)发明名称 一种水红外分析仪光 栅单色器 (57)摘要 本发明公开了一种用于水红外分析仪的光 栅单色器， 光栅单色器基于Cz erny‑Turner结构， 衍射光栅固定安装在驱动装置上， 驱动装置由底 板、 步进电机、 步进电机支架、 联轴器、 丝杠、 第一 丝杠座、 第二丝杠座、 丝杠螺母、 正弦臂、 双轴承 座、 光电开关支架、 第一光电开关、 第二光电开 关、 第三光电开 关、 定位板、 直线导轨、 导轨滑块、 滚珠轴承和光轴构成， 以光栅的闪耀波长为基准 进行波长定位， 以高压汞灯辐射波长为标准， 校 准步进电机的脉冲当量及单色器的波长偏移量。 本发明的光栅单色器的丝杠的螺纹长度、 最大平 移距离、 波长累计误差分别为通用的光栅单色器 的54.5％、 2 0％、 22％， 节约了制造成本及测量成 本。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115144333 A 2022.10.04 CN 115144333 A 1.一种水红外分析仪光栅单色器， 基于Czerny ‑Turner结构， 包括位于同一水平面的入 射狭缝(20)、 准直物镜(21)、 衍射光栅(22)、 聚焦反射镜(23)、 平面反射镜(24)及出射狭缝 (25)， 其特征在于， 衍射光栅(22)安装在驱动装置上， 驱动装置由步进电机(2)、 步进电机支 架(3)、 联轴器(4)、 丝杠(5)、 第一丝杠座(6)、 第二丝杠座(7)、 丝杠螺母(8)、 正弦臂(9)、 双 轴承座(10)、 光电开关支架(11)、 第一光电开关(12)、 第二光电开关(13)、 第三光电开关 (14)、 定位板(15)、 直线导轨(16)、 导轨滑块(17)、 滚珠轴 承(18)和光轴(19)构 成， 底板(1) 为方形平板结构， 底板(1)的上表面固定安装双轴承座(10)， 光轴(19)嵌入双轴承座(10)、 并保持自由旋转， 衍射光栅(22)固定安装在光轴(19)的上端部， 光轴(19)的下端部穿过底 板(1)， 底板(1)的下表面一侧边沿位置固定安装步进电机支架(3)， 步进电机(2)安装在步 进电机支架(3)上， 第一丝杠座(6)和第二丝杠座(7)对称设置， 电机支架(3)与第一丝杠座 (6)和第二丝杠座(7)位于同一水平线上， 丝杠(5)的两端固定安装在第一丝杠座(6)和第二 丝杠座(7)上， 步进电机(2)的输出轴通过联轴器(4)与丝杠(5)靠近第一丝杠座(6)的一端 转动连接， 丝杠螺母(8)螺旋转动套装在丝杠(5)的外周， 光轴(19)的下端部和光电开关支 架(11)分别 位于丝杠(5)的两侧， 光电开关支架(11)位于第一丝杠座(6)和第二丝杠座(7) 之间， 直线导轨(16)固定安装在丝杠(5)和光电开关支架(11)之间的底板(1)上， 直线导轨 (16)和丝杠(5)平行设置， 导轨滑块(17)滑动连接安装在直线导轨(16)上， 定位板(15)固定 安装在导轨滑块(17)上， 正弦臂(9)远离丝杠(5)的一端转动连接光轴(19)的下端部， 正弦 臂(9)的另一端安装滚 珠轴承(18)， 滚珠轴承(18)通过拉紧弹簧与丝杠 螺母(8)的端面保持 3mm的固定距离， 光电开关支架(11)上依次固定安装第一光电开关(12)、 第二光电开关(13) 和第三光电开关(14)， 高压汞灯置于入射狭缝(20)前， 以衍射光栅(22)的闪耀波长为基准 点进行波长定位、 以高压汞灯特征辐射波长为标准、 校准步进电机(2)的脉冲当量及光栅单 色器的波长偏移量。 2.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 衍射光栅(22)的 入射光与出射 光夹角按照公式(1)设计安装： 式中： δ‑衍射光栅入射光与出射 光的夹角， 单位： °； λ0‑衍射光栅的闪耀波长， 单位： nm； d‑光栅常数， 单位： nm。 3.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 按照公式(2)确 定丝杠(5)的测量区间有效长度： 式中： X‑丝杠(5)的测量区间有效长度， 单位： m m； Δ λ‑上、 下限波长 差， 单位： nm； L‑正弦臂(9)的有效长度， 单位： m m。 4.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 按照公式(3)确 定步进电机(2)的理论脉冲当量S0：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115144333 A 2式中： S0‑理论脉冲当量， 单位： 脉冲/nm； θ‑步进电机步距角， 单位： °； N‑步进电机细分数， N ＝8； x‑丝杠导程， 单位： m m。 5.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 按照公式(5)确 定第一光电开关(12)与第二光电开关(13)的间距、 按照公式(6)确定第三光电开关(14)与 第二光电开关(13)的间距： 式中： Δ λ1‑单色器波长下限与衍 射光栅闪耀波长 差， 单位： nm； Δ λ2‑单色器波长上限与衍 射光栅闪耀波长 差， 单位： nm； X5‑波长偏移量对应丝杠螺母(8)的平 移长度， 单位： m m； X3‑定位板(15)的遮光部分的宽度。 6.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 保持第 一光电开 关(12)与第三 光电开关(14)外侧的丝杠(5)的长度相同。 7.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 旋转丝杠(5)， 带 动定位板(15)对第二光电开关(13)遮光时， 转动光轴(19)， 使衍射光栅(22)平面的法线与 准直物镜(21)的反射主光线重合， 通过正弦臂(9)的圆弧槽口固定光轴(19)。 8.根据权利要求1所述的一种水红外分析仪光栅单色器， 其特征在于， 以高压汞灯辐射 波长为标准， 按照公式(7)校准 步进电机(2)的脉冲当量及单色器波长偏移量： ( λ1‑λ0)S0＝( λhg‑λ0‑λc)Sm         (7) 式中： λhg‑单色器波长范围内， 高压汞灯的辐射波长， 单位： nm； λ1‑高压汞灯辐射波长 λhg的示值， 单位： nm； Sm‑实际脉冲当量， 单位： 脉冲/nm； λ0‑衍射光栅的闪耀波长， 单位： nm； λc‑单色器波长偏移量， 单位： nm。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115144333 A 3