CN109060131B - 一种红外光谱仪动镜的支撑装置及动镜扫描结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种红外光谱仪动镜的支撑装置及动镜扫描结构。动镜的支撑装置包括固定板、第一摆动板、第二摆动板、第三摆动板、第一弹片组和第二弹片组，第一摆动板与固定板相对设置，第一弹片组的一端连接固定板，另一端连接第一摆动板；第二摆动板和第三摆动板分别位于固定板的左右两侧，第二弹片组的一端连接第二摆动板，另一端连接第三摆动板。本发明的红外光谱仪动镜的支撑装置，利用多组弹片交叉形成摆动机构，具有无摩擦、稳定性好、精度高、抗震性好的特点。

Description

一种红外光谱仪动镜的支撑装置及动镜扫描结构

技术领域

本发明属于精密检测设备领域，尤其涉及一种新型的红外光谱仪动镜的支撑装置及动镜扫描结构。

背景技术

傅立叶红外光谱仪是利用干涉仪中动镜***不断往复扫描来获取光谱图的，其动镜扫描***的行程、稳定性等会直接决定光谱图的分辨率、信噪比、重复性等参数。

经典的干涉仪***采用了气垫导轨的方式来实现动镜机构的驱动。最早的民用型傅立叶变换红外光谱仪FTS-14，采用高精度气垫导轨的动镜扫描机构，动镜的运动几乎是无摩擦的，能够保证仪器具有极高的稳定性，但气垫导轨的价格昂贵，而且使用不便，易于出现故障，并使仪器复杂化。

已有的动镜机构，采用滚珠/滚柱直线导轨或采用玻璃套筒与石墨构成的导轨，配合音圈电机，来产生动镜的直线扫描。尤其是玻璃套筒加石墨构成的导轨，由于具有非常好的自润滑特性，有着广泛的应用。但采用导轨式的动镜机构，会存在摩擦分布不均匀，抗震性差等缺点。

现在越来越多的动镜机构采用由弹簧片构成的机构，这种机构虽然行程会受到弹簧片的限制，使光谱仪的分辨率较低，但由于弹簧片构成的动镜机构不会有摩擦，而且在运动过程中始终有弹簧力的限制，使动镜机构更加稳定，不容易受到震动的影响。在小型的傅里叶红外光谱仪中，本身对光谱分辨率的要求较低，较短的行程也能满足需求。

如图1为现有的动镜扫描装置的等效结构图。平行四边形的四个边为刚性连接杆，四个顶点A、B、C、D为柔性节。受到一定作用力F时，柔性节发生形变使整个机构产生一个角位移，使四边形在两个方向产生导向位移S与耦合位移d。

现有的动镜扫描装置类似臂梁的结构，产生的弹力都是一维的，所以在抗震性、稳定性方面会存在缺陷。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种新型的红外光谱仪动镜的支撑装置及动镜扫描结构。利用多组弹片，组成交叉的摆动结构，稳定性好、精度高、抗震性好。

本发明的目的之一是提供一种红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，包括固定板、第一摆动板、第二摆动板、第三摆动板、第一弹片组和第二弹片组，

所述第一摆动板与所述固定板相对设置，所述第一弹片组的一端连接所述固定板，另一端连接所述第一摆动板；

所述第二摆动板和第三摆动板分别位于所述固定板的左右两侧，所述第二弹片组的一端连接所述第二摆动板，另一端连接所述第三摆动板；

所述第一弹片组包括左弹片和右弹片，所述左弹片的中部固定连接所述第二摆动板，所述右弹片的中部固定连接所述第三摆动板；

所述第二弹片组包括前弹片和后弹片，所述前弹片的中部固定连接所述第一摆动板，所述后弹片的中部固定连接所述固定板。

作为本发明可选的方案，所述固定板和第一摆动板的侧壁分别通过多个第一压板固定连接所述第一弹片组。

作为本发明可选的方案，所述第二摆动板和第三摆动板的侧壁分别通过多个第二压板固定连接所述第二弹片组。

作为本发明可选的方案，所述固定板的上端和下端分别设有第一连接部，上端和下端的第一连接部分别固定连接一个所述后弹片，所述后弹片的中部通过第三压板固定连接所述第一连接部。

作为本发明可选的方案，所述第一摆动板的上端和下端分别设有第二连接部，上端和下端的第二连接部分别固定连接一个前弹片，所述前弹片的中部通过第四压板固定连接所述第二连接部。

作为本发明可选的方案，所述第二摆动板的中部设有第三连接部，所述第三连接部通过第五压板固定连接两个所述左弹片的中部。

作为本发明可选的方案，所述第三摆动板的中部设有第四连接部，所述第四连接部通过第六压板固定连接两个所述右弹片的中部。

作为本发明可选的方案，所述第一弹片组和第二弹片组互相垂直。

上述红外光谱仪动镜的支撑装置，还包括音圈电机，所述音圈电机的定子固定连接所述固定板，所述音圈电机的动子固定连接所述第一摆动板；

或，所述音圈电机的动子固定连接所述第二摆动板；

或，所述音圈电机的动子固定连接所述第三摆动板。

本发明的另一目的是提供一种红外光谱仪的动镜扫描结构，包括空心角镜和动镜的支撑装置，所述动镜的支撑装置为上述的红外光谱仪动镜的支撑装置，所述空心角镜安装在所述第一摆动板上；

或，所述空心角镜安装在所述第二摆动板上；

或，所述空心角镜安装在所述第三摆动板上。

本发明的动镜的支撑装置及动镜扫描结构，通过多组弹片的交叉设置，对动镜的支撑装置的自由度进行全方位的限制，每一个方向都有力的限制，使支撑装置更稳定；固定板、三个摆动板与弹片形成交叉式柔性弹片枢轴，各个部件被有机的、同步的联合在一起，转动是相互限制、相互配合的，而不是简单的串联在一起，使支撑装置精度更高；能够用在有振动的环境中，实现稳定、抗干扰的扫描，具有无摩擦、稳定性好、精度高、抗震性好、成本低等优点。

附图说明

图1是本发明现有技术的动镜扫描装置的等效结构图。

图2是本发明实施例的动镜的支撑装置的立体图。

图3是本发明实施例的动镜的支撑装置的内部结构图。

图4是本发明实施例的动镜的支撑装置的原理图一。

图5是本发明实施例的动镜的支撑装置的原理图二。

图6是本发明实施例的固定板与弹片的连接示意图。

图7是本发明实施例的第二摆动板与弹片的连接示意图。

图8是本发明实施例的第三摆动板、第四摆动板与弹片连接的示意图。

图9是本发明实施例的音圈电机示意图。

图10是本发明实施例的动镜扫描结构的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明中所述的“连接”，除非另有明确的规定或限定，应作广义理解，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连。在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶端”、“底端”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和简化描述，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。

如图2和3所示，本实施例提供一种红外光谱仪动镜的支撑装置，支撑装置包括固定板1、第一摆动板2、第二摆动板3、第三摆动板4、第一弹片组5和第二弹片组6。固定板1、第一摆动板2、第二摆动板3、第三摆动板4通过多个弹片连接，形成一个稳定的支撑装置，精度高、抗震性能好。

其中，固定板1上设有通孔12，螺钉可穿过通孔12，将固定板1固定在红外光谱仪所需的位置。第一摆动板2与固定板1相对设置，如图2所示，第一摆动板2位于固定板1的前方。第一弹片组5的一端连接固定板1，另一端连接第一摆动板2。第一弹片组5包括多个弹片，第一弹片组5的多个弹片互相平行。

第二摆动板3位于固定板1的左侧，第三摆动板4位于固定板1的右侧。第二弹片组6的一端连接第二摆动板3，另一端连接第三摆动板4。第二弹片组6包括多个弹片，第二弹片组6的多个弹片互相平行。第一弹片组5的弹片与第二弹片组6的弹片交叉设置。第一摆动板2、第二摆动板3、第三摆动板4与固定板1的高度相等，四块板围成一个不封闭的空腔，第一弹片组5和第二弹片组6均位于此空腔中。

第一弹片组5包括左弹片51和右弹片52，本实施例中，左弹片51包括两个弹片，右弹片52包括两个弹片。左弹片51位于固定板1的左侧，左弹片51的中部固定连接第二摆动板3。右弹片52位于固定板1的右侧，右弹片52的中部固定连接第三摆动板4。

第二弹片组6包括前弹片61和后弹片62，本实施例中，前弹片61包括两个弹片，后弹片62包括两个弹片。前弹片61的中部固定连接第一摆动板2，后弹片62的中部固定连接固定板1。

本实施例的红外光谱仪动镜的支撑装置，利用多组弹簧片组交叉设置，形成摆动机构，具有无摩擦、稳定性好、精度高、抗震性好、成本低等优点。利用该动镜的支撑装置搭建的干涉仪和傅里叶红外光谱仪，能够实现稳定、抗干扰的扫描，在有振动的环境中也可实现稳定的扫描。

图4是本发明实施例的动镜的支撑装置的原理图一。两个交叉的弹片构成交叉柔性弹片枢轴，与平行两杆机构的平行分布不同，在交叉柔性弹片枢轴中，两个柔性弹片是相互交叉的，弹力作用在两个维度，而不是像平行两杆机构中，弹力只存在单个方向上。同时，相对固定块与相对摆动块也成对角线分布，而不是相互平行的。这样的设计，使机构更加稳定。当固定交叉柔性弹片枢轴的一个摆动块，并将作用力F施加在另外一个摆动块上时，枢轴绕其中心进行摆动，摆动的角度与所受力成近似正比关系。

图5是本发明实施例的动镜的支撑装置的原理图二。图中，两组弹片交叉设置，构成了图中所示的四个交叉柔性弹片枢轴。而这四个交叉柔性弹片枢轴，是一个统一的整体，其力学特性是同步的，并不是多个枢轴的简单叠加。本实施例中，转动轴是G、H、I、J四个点，四个点完全的构成了一个平面，而使转动更加稳定和同步。四个枢轴被有机的、同步的联合在一起，转动是相互限制、相互配合的，而不是简单的串联在一起，使装置精度更高。

本实施例中，固定板1、第一摆动板2、第二摆动板3、第三摆动板4、均为具有一定刚性的材料。所有的弹片均为具有良好弹性的材料，如铍青铜，弹簧钢，高弹性不锈钢等材料。

可选的，如图6和7所示，固定板1和第一摆动板2的侧壁分别通过多个第一压板71固定连接第一弹片组5。本实施例中，固定板1的左右两侧通过两个第一压板71固定第一弹片组5的一端。第一摆动板2的左右两侧通过两个第一压板71固定第一弹片组5的另一端。

如图6所示，固定板1的上端和下端分别设有第一连接部11，上端和下端的第一连接部11分别固定连接一个后弹片62，后弹片62的中部通过第三压板73固定连接第一连接部11。

如图7所示，第一摆动板2的上端和下端分别设有第二连接部21，上端和下端的第二连接部21分别固定连接一个前弹片61，前弹片61的中部通过第四压板74固定连接第二连接部21。

如图8所示，第二摆动板3和第三摆动板4的侧壁分别通过多个第二压板72固定连接第二弹片组6。本实施例中，第二摆动板3的左右两侧通过两个第二压板72固定第二弹片组6的一端。第三摆动板4的左右两侧通过两个第二压板72固定第二弹片组6的另一端。

第二摆动板3的中部设有第三连接部31，第三连接部31通过第五压板75固定连接两个左弹片51的中部。第三摆动板4的中部设有第四连接部41，第四连接部41通过第六压板76固定连接两个右弹片52的中部。

本实施例的左弹片51串联固定板1、第二摆动板3和第一摆动板2；右弹片52串联固定板1、第三摆动板4和第一摆动板2；前弹片61串联第二摆动板3、第一摆动板2和第三摆动板4；后弹片62串联第二摆动板3、固定板1和第三摆动板4。通过弹片和压板的配合，将各个部件连接为一个稳定的整体，提高其抗震性能和精度。本实施例中，弹片与其他部件可通过螺钉固定。

可选的，第一弹片组5和第二弹片组6互相垂直设置。第一弹片组5和第二弹片组6互相垂直，更有利于提高动镜的支撑装置承受各个方向受力的能力，稳定性更好。

如图9所示，本实施例的红外光谱仪动镜的支撑装置还包括音圈电机200，音圈电机200包括定子201和动子202。音圈电机的定子20通过底座203固定连接固定板1。音圈电机的动子202通过支架204固定连接第三摆动板4。当在音圈电机200的线圈上施加一定的电压时，动子202会受到电磁力的作用，而推动第三摆动板4进行运动。当第三摆动板4受到力的作用时，会产生位移；当作用力移除时，动镜的支撑装置能够在自身弹力的作用下，返回原点位置。

作为本发明的其他方案，音圈电机的动子202还可固定连接第二摆动板3，或音圈电机的动子202固定连接第一摆动板2。音圈电机的动子202固定连接的摆动板在受力时，会产生相应的位移。

如图10所示，本实施例还提供一种红外光谱仪的动镜扫描结构，包括空心角镜300和动镜的支撑装置100。动镜的支撑装置为上述的红外光谱仪动镜的支撑装置，两个空心角镜300分别安装在第二摆动板3和第三摆动板4上。空心角镜300与动镜的支撑装置100配合，可以实现一个或多个反射镜的扫描，为傅里叶红外光谱仪提供扫描装置。通过控制在音圈电机200的线圈两端的电压，就可以改变动镜扫描结构的扫描速度和行程。

若红外光谱仪只包括一个空心角镜，空心角镜可安装在第一摆动板2上。可选的，空心角镜还可安装在第二摆动板3上，或空心角镜安装在第三摆动板4上。

本实施例的动镜的支撑装置，在不提升加工与装配难度的情况下，使动镜扫描结构具有更高的刚度、稳定性和精度。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，包括固定板(1)、第一摆动板(2)、第二摆动板(3)、第三摆动板(4)、第一弹片组(5)和第二弹片组(6)，

所述第一摆动板(2)与所述固定板(1)相对设置，所述第一弹片组(5)的一端连接所述固定板(1)，另一端连接所述第一摆动板(2)；

所述第二摆动板(3)和第三摆动板(4)分别位于所述固定板(1)的左右两侧，所述第二弹片组(6)的一端连接所述第二摆动板(3)，另一端连接所述第三摆动板(4)；

所述第一弹片组(5)包括左弹片(51)和右弹片(52)，所述左弹片(51)的中部固定连接所述第二摆动板(3)，所述右弹片(52)的中部固定连接所述第三摆动板(4)；

所述第二弹片组(6)包括前弹片(61)和后弹片(62)，所述前弹片(61)的中部固定连接所述第一摆动板(2)，所述后弹片(62)的中部固定连接所述固定板(1)。

2.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述固定板(1)和第一摆动板(2)的侧壁分别通过多个第一压板(71)固定连接所述第一弹片组(5)。

3.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述第二摆动板(3)和第三摆动板(4)的侧壁分别通过多个第二压板(72)固定连接所述第二弹片组(6)。

4.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述固定板(1)的上端和下端分别设有第一连接部(11)，上端和下端的第一连接部(11)分别固定连接一个所述后弹片(62)，所述后弹片(62)的中部通过第三压板(73)固定连接所述第一连接部(11)。

5.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述第一摆动板(2)的上端和下端分别设有第二连接部(21)，上端和下端的第二连接部(21)分别固定连接一个前弹片(61)，所述前弹片(61)的中部通过第四压板(74)固定连接所述第二连接部(21)。

6.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述第二摆动板(3)的中部设有第三连接部(31)，所述第三连接部(31)通过第五压板(75)固定连接两个所述左弹片(51)的中部。

7.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述第三摆动板(4)的中部设有第四连接部(41)，所述第四连接部(41)通过第六压板(76)固定连接两个所述右弹片(52)的中部。

8.根据权利要求1所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，所述第一弹片组(5)和第二弹片组(6)互相垂直。

9.根据权利要求1～8任一项所述红外光谱仪动镜的支撑装置，其特征在于，包括音圈电机(200)，所述音圈电机的定子(201)固定连接所述固定板(1)，所述音圈电机的动子(202)固定连接所述第一摆动板(2)；

或，所述音圈电机的动子(202)固定连接所述第二摆动板(3)；

或，所述音圈电机的动子(202)固定连接所述第三摆动板(4)。

10.一种红外光谱仪的动镜扫描结构，包括空心角镜和动镜的支撑装置，其特征在于，所述动镜的支撑装置为权利要求9所述的红外光谱仪动镜的支撑装置，所述空心角镜安装在所述第一摆动板(2)上；

或，所述空心角镜安装在所述第二摆动板(3)上；

或，所述空心角镜安装在所述第三摆动板(4)上。

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