CN113156603A - 用于光学显微镜的物镜驱动*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于光学显微镜的物镜驱动***，包括机壳，所述机壳的内部设置有光通道，所述光通道的内部滑动设置有导光筒，所述导光筒的底端设置有连接套筒，所述连接套筒的底部设置有物镜本体，所述导光筒的顶部一侧固定设置有滑块，所述机壳内部转动设置有丝杆，所述滑块与所述丝杆螺纹连接，所述光通道的一侧位于所述机壳内开设有容纳槽，所述容纳槽的内部安装有伺服电机。本发明通过伺服电机带动第一锥形齿轮转动，第一锥形齿轮通过传动机构带动第二锥形齿轮转动，第二锥形齿轮带动丝杆转动，使滑块在丝杆上滑动，从而方便改变导光筒在光通道内部的位置，从而方便对物镜本体的位置进行调节，便于对物体进行观察。

Description

用于光学显微镜的物镜驱动***

技术领域

本发明涉及光学显微镜技术领域，具体为用于光学显微镜的物镜驱动***。

背景技术

光学显微镜是利用光学原理，把人眼所不能分辨的微小物体放大成像，以供人们提取微细结构信息的光学仪器。显微镜是一种精密的光学仪器，已有300多年的发展史。自从有了显微镜，人们看到了过去看不到的许多微小生物和构成生物的基本单元——细胞。不仅有能放大千余倍的光学显微镜，而且有放大几十万倍的电子显微镜，使我们对生物体的生命活动规律有了更进一步的认识。在普通中学生物教学大纲中规定的实验中，大部分要通过显微镜来完成，因此，显微镜性能的好坏是做好观察实验的关键。

目前现有的用于光学显微镜的物镜驱动***还存在一些问题：不方便对物镜的位置进行调节，导致不方便对物体进行观察，降低了观察的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供用于光学显微镜的物镜驱动***，通过伺服电机带动第一锥形齿轮转动，第一锥形齿轮通过传动机构带动第二锥形齿轮转动，第二锥形齿轮带动丝杆转动，使滑块在丝杆上滑动，从而方便改变导光筒在光通道内部的位置，从而方便对物镜的位置进行调节，便于对物体进行观察，提高了观察的准确性，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于光学显微镜的物镜驱动***，包括机壳，所述机壳的内部设置有光通道，所述光通道的内部滑动设置有导光筒，所述导光筒的底端设置有连接套筒，所述连接套筒的底部设置有物镜本体，所述导光筒的顶部一侧固定设置有滑块，所述机壳内部转动设置有丝杆，所述滑块与所述丝杆螺纹连接，所述光通道的一侧位于所述机壳内开设有容纳槽，所述容纳槽的内部安装有伺服电机，所述伺服电机的一侧设置有控制器，所述控制器与所述伺服电机电性连接，所述伺服电机的输出端通过联轴器传动连接有转轴，所述转轴的顶部键连接有第一锥形齿轮，所述第一锥形齿轮上传动连接有传动机构，所述传动机构的另一端传动连接有第二锥形齿轮，所述第二锥形齿轮键连接在所述丝杆的顶端。

优选的，所述导光筒的顶部另一侧固定设置有导向块，所述光通道的一侧开设有导向槽，所述导向块滑动设置在所述导向槽内。

优选的，所述传动机构包括转杆、第三锥形齿轮、第四锥形齿轮和连接块，所述连接块固定设置在所述容纳槽的顶部，所述转杆贯穿所述连接块且与所述连接块转动连接，所述第三锥形齿轮键连接在所述转杆的一端且与所述第一锥形齿轮啮合，所述第四锥形齿轮键连接在所述转杆的另一端且与所述第二锥形齿轮啮合。

优选的，所述连接套筒的顶部与所述导光筒的底部螺纹连接。

优选的，所述控制器包括控制模块、数字信号处理模块、信号放大模块、检测模块、连续分量计算模块。

优选的，所述控制模块用于对各各模块和伺服电机进行控制，所述数字信号处理模块用于对信号数据进行处理和传输，所述信号放大模块用于对信号进行放大，所述检测模块用于对伺服电机的转速进行检测，所述连续分量计算模块用于根据预设的公式计算获得转速控制器的连续分量。

优选的，所述数字信号处理模块还用于将电压U和电压差△U转化为表示温度的数字信号，所述电压U和电压差△U转化为温度数字信号的公式为：

其中：T为制动电阻温度值，R_l为制动电阻R_l在常温时的电阻值，R_h为制动电阻R_h在常温时的电阻值，α_h为制动电阻R_h材质的温度，α_l为制动电阻R_l材质的温度系数，Δα＝α_h-α_l，K＝R_hα_h-R_lα_l，R＝R_l+R_h。

优选的，所述信号放大模块在连续LD泵浦下，采用平均功率放大模型进行设计，光纤芯层的小信号增益系数g₀为：

其中P_p为LD泵浦功率，V为增益介质体积，Is为增益介质的饱和光强，η_Q为量子效率，η_s为斯托克斯效率，η_α为吸收效率；设放大光纤的长度为l，芯径为w，在信号光为Pin时的放大功率表达式为：

P＝Pinexp(gL)，

其中g为考虑进增益饱和后的信号增益系数：

对于脉冲氙灯或LD泵浦下的信号放大模块，采用Frantz–Nodvik公式进行设计，信号放大模块的总体激光能量Eout的表达式如下：

其中A为种子光斑面积，Ein为入射种子光能量，Esat和Estored为增益介质的饱和能流和储能，l为增益长度，α为增益介质对信号光的吸收系数。

优选的，所述连续分量计算模块中的连续分量Teeq计算公式为：

其中，B_rN为粘滞系数额定值；J_N为机械惯量额定值；T_lN为负载转矩额定值；c₁为预设的*常数；ω^*为目标转速；x_ω为当前转速与目标转速之间的误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过伺服电机带动第一锥形齿轮转动，第一锥形齿轮通过传动机构带动第二锥形齿轮转动，第二锥形齿轮带动丝杆转动，使滑块在丝杆上滑动，从而方便改变导光筒在光通道内部的位置，从而方便对物镜本体的位置进行调节，便于对物体进行观察，提高了观察的准确性。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明图2中A处放大图。

图中：1、机壳；2、光通道；3、导光筒；4、连接套筒；5、物镜本体；6、滑块；7、丝杆；8、容纳槽；9、伺服电机；10、控制器；11、传动机构；1101、转杆；1102、第三锥形齿轮；1103、第四锥形齿轮；1104、连接块；12、第二锥形齿轮；13、导向块；14、导向槽；15、转轴；16、第一锥形齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：用于光学显微镜的物镜驱动***，包括机壳1，所述机壳1的内部设置有光通道2，所述光通道2的内部滑动设置有导光筒3，所述导光筒3的底端设置有连接套筒4，所述连接套筒4的底部设置有物镜本体5，所述导光筒3的顶部一侧固定设置有滑块6，所述机壳1内部转动设置有丝杆7，所述滑块6与所述丝杆7螺纹连接，所述光通道2的一侧位于所述机壳1内开设有容纳槽8，所述容纳槽8的内部安装有伺服电机9，所述伺服电机9的一侧设置有控制器10，所述控制器10与所述伺服电机9电性连接，所述伺服电机9的输出端通过联轴器传动连接有转轴15，所述转轴15的顶部键连接有第一锥形齿轮16，所述第一锥形齿轮16上传动连接有传动机构11，所述传动机构11的另一端传动连接有第二锥形齿轮12，所述第二锥形齿轮12键连接在所述丝杆7的顶端。

为了增加导光筒3滑动的稳定性，所述导光筒3的顶部另一侧固定设置有导向块13，所述光通道2的一侧开设有导向槽14，所述导向块13滑动设置在所述导向槽14内。

为了方便进行传动，所述传动机构11包括转杆1101、第三锥形齿轮1102、第四锥形齿轮1103和连接块1104，所述连接块1104固定设置在所述容纳槽8的顶部，所述转杆1101贯穿所述连接块1104且与所述连接块1104转动连接，所述第三锥形齿轮1102键连接在所述转杆1101的一端且与所述第一锥形齿轮16啮合，所述第四锥形齿轮1103键连接在所述转杆1101的另一端且与所述第二锥形齿轮12啮合。

为了方便对物镜本体5的位置进行微小调节，且方便将连接套筒4与导光筒3进行拆卸，所述连接套筒4的顶部与所述导光筒3的底部螺纹连接。

所述控制器10包括控制模块、数字信号处理模块、信号放大模块、检测模块、连续分量计算模块。

所述控制模块用于对各各模块和伺服电机9进行控制，所述数字信号处理模块用于对信号数据进行处理和传输，所述信号放大模块用于对信号进行放大，所述检测模块用于对伺服电机9的转速进行检测，所述连续分量计算模块用于根据预设的公式计算获得转速控制器的连续分量。

所述数字信号处理模块还用于将电压U和电压差△U转化为表示温度的数字信号，所述电压U和电压差△U转化为温度数字信号的公式为：

其中：T为制动电阻温度值，R_l为制动电阻R_l在常温时的电阻值，R_h为制动电阻R_h在常温时的电阻值，α_h为制动电阻R_h材质的温度，α_l为制动电阻R_l材质的温度系数，Δα＝α_h-α_l，K＝R_hαh-R_lα_l，R＝R_l+R_h。

所述信号放大模块在连续LD泵浦下，采用平均功率放大模型进行设计，光纤芯层的小信号增益系数g₀为：

其中P_p为LD泵浦功率，V为增益介质体积，Is为增益介质的饱和光强，η_Q为量子效率，η_s为斯托克斯效率，ηα为吸收效率；设放大光纤的长度为l，芯径为w，在信号光为Pin时的放大功率表达式为：

P＝Pinexp(gL)，

其中g为考虑进增益饱和后的信号增益系数：

对于脉冲氙灯或LD泵浦下的信号放大模块，采用Frantz–Nodvik公式进行设计，信号放大模块的总体激光能量Eout的表达式如下：

其中A为种子光斑面积，Ein为入射种子光能量，Esat和Estored为增益介质的饱和能流和储能，l为增益长度，α为增益介质对信号光的吸收系数。

所述连续分量计算模块中的连续分量Teeq计算公式为：

其中，B_rN为粘滞系数额定值；J_N为机械惯量额定值；T_lN为负载转矩额定值；c₁为预设的*常数；ω^*为目标转速；x_ω为当前转速与目标转速之间的误差。

实施例2

与实施例1的不同之处在于：所述控制器还包括电源模块、光电隔离模块、两相三桥臂逆变器模块、整流降压电路、控制电路、斯密特触发器、调节电路，所述电源模与所述整流降压电路的输入端连接，所述整流降压电路的输出端与所述调节电路的电源输入端连接，所述调节电路的电源输出端与所述斯密特触发器的电源输入端连接，所述斯密特触发器的电源输出端与所述控制电路的控制信号输入端连接，所述控制电路的控制端与所述伺服电机电性连接；

所述电源模块用于为控制模块及两相三桥臂逆变器模块供电；

所述光电隔离模块用于将控制器传来的脉冲信号、方向信号及使能信号进行隔离后送至控制模块；

所述控制模块还用于根据从所述光电隔离模块接收到的所述脉冲信号、方向信号、使能信号的指令进行V/F变频控制，输出6路空间矢量脉宽调制信号至两相三桥臂逆变器模块；

所述电源模块连接控制模块，控制模块连接两相三桥臂逆变器模块，两相三桥臂逆变器模块输出三相供电连接至外部伺服电机；所述控制模块还连接光电隔离模块，光电隔离模块设有脉冲信号、方向信号、使能信号输入端。

结构原理：本发明通过伺服电机9带动第一锥形齿轮16转动，第一锥形齿轮16通过传动机构11带动第二锥形齿轮12转动，第二锥形齿轮12带动丝杆7转动，使滑块6在丝杆7上滑动，从而方便改变导光筒3在光通道2内部的位置，从而方便对物镜本体5的位置进行调节，便于对物体进行观察，提高了观察的准确性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.用于光学显微镜的物镜驱动***，包括机壳(1)，其特征在于：所述机壳(1)的内部设置有光通道(2)，所述光通道(2)的内部滑动设置有导光筒(3)，所述导光筒(3)的底端设置有连接套筒(4)，所述连接套筒(4)的底部设置有物镜本体(5)，所述导光筒(3)的顶部一侧固定设置有滑块(6)，所述机壳(1)内部转动设置有丝杆(7)，所述滑块(6)与所述丝杆(7)螺纹连接，所述光通道(2)的一侧位于所述机壳(1)内开设有容纳槽(8)，所述容纳槽(8)的内部安装有伺服电机(9)，所述伺服电机(9)的一侧设置有控制器(10)，所述控制器(10)与所述伺服电机(9)电性连接，所述伺服电机(9)的输出端通过联轴器传动连接有转轴(15)，所述转轴(15)的顶部键连接有第一锥形齿轮(16)，所述第一锥形齿轮(16)上传动连接有传动机构(11)，所述传动机构(11)的另一端传动连接有第二锥形齿轮(12)，所述第二锥形齿轮(12)键连接在所述丝杆(7)的顶端。

2.根据权利要求1所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述导光筒(3)的顶部另一侧固定设置有导向块(13)，所述光通道(2)的一侧开设有导向槽(14)，所述导向块(13)滑动设置在所述导向槽(14)内。

3.根据权利要求1所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述传动机构(11)包括转杆(1101)、第三锥形齿轮(1102)、第四锥形齿轮(1103)和连接块(1104)，所述连接块(1104)固定设置在所述容纳槽(8)的顶部，所述转杆(1101)贯穿所述连接块(1104)且与所述连接块(1104)转动连接，所述第三锥形齿轮(1102)键连接在所述转杆(1101)的一端且与所述第一锥形齿轮(16)啮合，所述第四锥形齿轮(1103)键连接在所述转杆(1101)的另一端且与所述第二锥形齿轮(12)啮合。

4.根据权利要求1所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述连接套筒(4)的顶部与所述导光筒(3)的底部螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述控制器(10)包括控制模块、数字信号处理模块、信号放大模块、检测模块、连续分量计算模块。

6.根据权利要求5所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述控制模块用于对各各模块和伺服电机(9)进行控制，所述数字信号处理模块用于对信号数据进行处理和传输，所述信号放大模块用于对信号进行放大，所述检测模块用于对伺服电机(9)的转速进行检测，所述连续分量计算模块用于根据预设的公式计算获得转速控制器的连续分量。

7.根据权利要求5所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述数字信号处理模块还用于将电压U和电压差△U转化为表示温度的数字信号，所述电压U和电压差△U转化为温度数字信号的公式为：

其中：T为制动电阻温度值，R_l为制动电阻R_l在常温时的电阻值，R_h为制动电阻R_h在常温时的电阻值，α_h为制动电阻R_h材质的温度，α_l为制动电阻R_l材质的温度系数，Δα＝α_h-α_l，K＝R_hα_h-R_lα_l，R＝R_l+R_h。

8.根据权利要求5所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述信号放大模块在连续LD泵浦下，采用平均功率放大模型进行设计，光纤芯层的小信号增益系数g₀为：

其中P_p为LD泵浦功率，V为增益介质体积，Is为增益介质的饱和光强，η_Q为量子效率，η_s为斯托克斯效率，ηα为吸收效率；设放大光纤的长度为l，芯径为w，在信号光为Pin时的放大功率表达式为：

P＝Pinexp(gL)，

其中g为考虑进增益饱和后的信号增益系数：

对于脉冲氙灯或LD泵浦下的信号放大模块，采用Frantz–Nodvik公式进行设计，信号放大模块的总体激光能量Eout的表达式如下：

其中A为种子光斑面积，Ein为入射种子光能量，Esat和Estored为增益介质的饱和能流和储能，l为增益长度，α为增益介质对信号光的吸收系数。

9.根据权利要求5所述的用于光学显微镜的物镜驱动***，其特征在于：所述连续分量计算模块中的连续分量Teeq计算公式为：

其中，B_rN为粘滞系数额定值；J_N为机械惯量额定值；T_lN为负载转矩额定值；c₁为预设的*常数；ω^*为目标转速；x_ω为当前转速与目标转速之间的误差。

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