一种具有摇摆式动镜系统的傅里叶变换红外光谱仪的制作方法

1.本发明属于分析测试技术领域，具体涉及一种具有摇摆式动镜结构的傅里叶变换红外光谱仪。
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背景技术：

3.傅里叶变换红外光谱仪是一种常用的化学分析仪器，可用于化学品的定性和定量分析；其工作原理为宽带红外入射光先穿过迈克尔逊干涉仪并被调制，再穿过样品最后为探测器接收；或者宽带红外入射光先穿过样品再穿过迈克尔逊干涉仪并被调制，最后为探测器接收，并经信号处理获得样品的红外吸收光谱数据。
4.动镜系统是傅里叶变换红外光谱仪的核心器件，要求运动平稳，偏摆小，开发难度较大。目前存在多种动镜系统，如气浮直线轴承，或者基于角镜的扭摆系统。采用气浮轴承的动镜系统将动镜放置在气浮导轨上，需要额外的气源或者需要动态调整，体积大成本昂贵。基于角镜的扭摆系统通过角镜让光线入射后能原路返回以降低光路偏摆度，同时通过扭摆系统的柔性铰链保证运动的平稳性。但角镜采用了三块平面镜进行拼接组合而成，三块平面镜互成90度角拼接，形成具有一个三面夹角的结构，这种结构能让入射光线原路返回，有利于降低干涉光线的偏摆度；但角镜系统制作工艺要求高，不仅对于平面度的要求高，而且对拼接后的要求也非常高，这就导致了其从初始的单块平面镜的加工和后期的拼接组装都需要非常高的精度，不仅需要精密的加工技术，还需要非常精密的组装技术，由此造就成本极高，如果在组装过程中出现细微的偏差，那么后期的测试过程中就会出现极大的误差，维护也极为不便，扭摆系统的柔性铰链价格昂贵，组装同样困难，由此对于现有的角镜系统需要寻找一些新的设备和新的方法来解决相应的技术问题。
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技术实现要素：

6.有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。本发明提供了一种具有摇摆式动镜系统的傅里叶变换红外光谱仪，包括动镜组件，用于发射激光的激光器，设置在所述动镜系统前方的分束镜，用于将所述激光器发射出的激光进行反射至所述分束镜以及所述分束镜后侧所述动镜系统的反射组件；所述动镜组件包括支撑架，安装在所述动镜系统支撑架上的基座，以及安装在所述基座上的动镜系统，所述动镜系统包括四连杆结构，其中所述基座为第一连杆，上端与所述基座两侧联结有等长的第二连杆和第三连杆，所述第二连杆和所述第三连杆的下端联结有动镜部件，所述动镜部件前端为平面镜。
7.在本技术方案中，现有气浮轴承需要额外的气源，高精度的气浮导轨和直线电机，体积大，成本高；而角镜系统或柔性铰链系统对对加工精度和组装精度都要求极高，而且在组装过程中也极容易出现问题，整体过程不仅成本高，而且维护也不便；本发明所提出的动
镜系统，则直接加工成一体的平面镜，这大大降低了组装方面的成本及维护成本，并提升了可靠性；而且通过四连杆结构，也能进一步简化结构及设计，大大降低了整体成本，同时，由于采用相应便捷标准精密组件，也保证了检测的高精度以及进一步降低了整体结构的成本和便捷维护。
8.另外，根据本发明公开的一种具有摇摆式动镜系统的傅里叶变换红外光谱仪还具有如下附加技术特征：进一步地，所述基座具有用于减重镂空结构的一体成型结构，所述第一连杆和所述第二连杆结构相同且为h型结构，所述h型结构上部两侧安装在所述基座的两侧，所述h型结构下部两侧安装在所述动镜部件两侧。
9.进一步地，所述第一连杆和所述第二连杆为同型一体加工结构，通过同型一体加工后再进行分割成两部分，能够保证两者精确一致，或通过两块初始材料同时加工，也可以的达到相应效果。
10.进一步地，所述平面镜为光学反射面。
11.进一步地，所述平面镜为通过金刚石切削车床直接加工形成的平面反射镜结构或者为通过机械结构安装在所述动镜部件前端的平面反射镜结构。所述平面镜可以通过金刚石切削车床直接在所述动镜系统前端进行加工形成，也可以通过机械安装的方式，将加工好的平面镜安装在所述动镜系统前端。
12.进一步地，所述基座上方还包括激光器，通过两个反射镜耦合到迈克尔逊干涉仪中，用于测量动镜的运动，并将动镜速度反馈回控制系统以构成闭环控制，保证速度的平稳性。
13.宽带红外入射光可以先通过样品入射到干涉回路中，调制后出射到探测器上；也可以先穿过干涉仪被调制，再穿过样品，最终出射到探测器上。宽带红外入射光可以由红外光源产生，也可以由太阳或者其他方式产生。
14.进一步地，所述基座和所述第一连杆及所述第二连杆通过精密轴承联结，所述第一连杆和所述第二连杆与所述动镜部件通过精密轴承联结。
15.更进一步地，所述精密轴承为精密角接触微型轴承或柔性铰链轴承以及其他形式的轴承结构。
16.进一步地，所述动镜部件包括前端的平面镜和后端的与所述平面镜联结的支柱，所述第一连杆和所述第二连杆通过安装在所述支柱上的转轴和所述动镜部件联结。
17.进一步地，所述动镜部件后部还安装有驱动所述动镜部件前后运动的电机。
18.进一步地，所述动镜系统前方为所述分束镜，所述分束镜的一侧放置所述反射镜，所述动镜系统的所述平面镜与所述分束镜以及所述反射镜形成迈克尔逊干涉光路。
19.优选地，所述动镜系统的所述平面镜与所述分束镜之间夹角为45度角，所述以及分束镜和所述反射镜之间夹角为45度角构成迈克尔逊干涉仪结构，夹角可以为45
°
或60
°
。同时，此处的夹角也可以通过试验进行调节成所需要的角度。
20.进一步地，所述光谱仪还包括用于测量并调控所述动镜系统运动参数的探测反馈控制结构，所述探测反馈控制结构包括激光源，所述激光源位于所述动镜部件的上侧，入射光通过设置在光路上的第一反射镜和第二反射镜，入射到所述动镜部件；所述激光器轴线与所述动镜系统轴线平行，所述第一反射镜位于所述激光器发射端前侧，与所述激光器轴
线成45度角，所述第二反射镜与所述第一反射镜成45度角，所述分束镜与所述动镜系统的所述平面镜成45度角，所述激光器发射的激光依次经所述激光器、所述第一反射镜、所述第二反射镜及所述分束镜、所述平面镜形成激光直角光回路。
21.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本发明实施例的结构示意图；图2是图1实施例的增加反射镜和分束镜的结构示意图；图3是图2实施例的增加第一反射镜和第二反射镜的结构示意图；其中，1基座，2动镜部件，3第一连杆，4第二连杆，21平面镜，22支柱，23马达，24反射镜，25分束镜，26激光器，27第一反射镜，28第二反射镜，图2中的箭头线表示光行进的部分路线，图3中的虚线表示从激光器发出的光经第一反射镜、第二反射镜到达平面镜的路线。
23.具体实施方式
24.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”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。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“联接”、“连通”、“相连”、“联结”、“配合”应做广义理解，例如，可以是固定联结，一体地联结，也可以是可拆卸联结；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；“配合”可以是面与面的配合，也可以是点与面或线与面的配合，也包括孔轴的配合，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.下面将参照附图来描述本发明的具有摇摆式动镜系统的傅里叶变换红外光谱仪，其中图1是本发明实施例的结构示意图。
28.如图1所示，根据本发明的实施例，具有摇摆式动镜系统的傅里叶变换红外光谱仪包括动镜组件，用于发射激光的激光器，设置在所述动镜系统前方的分束镜，用于将所述激光器发射出的激光进行反射至所述分束镜以及所述分束镜后侧所述动镜系统的反射组件；所述动镜组件包括支撑架，安装在所述动镜系统支撑架上的基座，以及安装在所述基座上的动镜系统，所述动镜系统包括四连杆结构，其中所述基座为第一连杆，上端与所述基座两侧联结有等长的第二连杆和第三连杆，所述第二连杆和所述第三连杆的下端联结有动镜部
件，所述动镜部件前端为平面镜。
29.根据本发明的实施例，所述基座具有用于减重镂空结构的一体成型结构，所述第一连杆和所述第二连杆结构相同且为h型结构，所述h型结构上部两侧安装在所述基座的两侧，所述h型结构下部两侧安装在所述动镜部件两侧。
30.根据本发明的实施例，所述第一连杆和所述第二连杆为同型一体加工分割结构。
31.根据本发明的实施例，所述平面镜为光学反射面。
32.根据本发明的实施例，所述平面镜为通过金刚石切削车床直接加工形成的平面反射镜结构或者为通过机械结构安装在所述动镜部件前端的平面反射镜结构。
33.根据本发明的实施例，所述基座上方还包括激光器，通过两个反射镜耦合到迈克尔逊干涉仪中，用于测量动镜的运动，并将动镜速度反馈回控制系统以构成闭环控制，保证速度的平稳性，如图3所示，第一反射镜和第二反射镜。
34.根据本发明的实施例，所述基座和所述第一连杆及所述第二连杆通过精密轴承联结，所述第一连杆和所述第二连杆与所述动镜部件通过精密轴承联结。
35.可选地，所述精密轴承为精密角接触微型轴承或柔性铰链轴承以及其他形式的轴承结构。
36.根据本发明的实施例，所述动镜部件包括前端的平面镜和后端的与所述平面镜联结的支柱，所述第一连杆和所述第二连杆通过安装在所述支柱上的转轴和所述动镜部件联结。
37.根据本发明的实施例，所述基座和所述第一连杆及所述第二连杆通过精密轴承联结，所述第一连杆和所述第二连杆与所述动镜部件通过精密轴承联结。
38.根据本发明的实施例，所述动镜部件后部还安装有驱动所述动镜部件前后运动的电机。
39.根据本发明的实施例，所述动镜系统前方为所述分束镜，所述分束镜的一侧放置所述反射镜，所述动镜系统的所述平面镜与所述分束镜以及所述反射镜形成迈克尔逊干涉光路。
40.优选地，所述动镜系统的所述平面镜与所述分束镜之间夹角为45度角，所述以及分束镜和所述反射镜之间夹角为45度角构成迈克尔逊干涉仪结构，夹角可以为45
°
或60
°
。同时，此处的夹角也可以通过试验进行调节成所需要的角度。
41.根据本发明的实施例，所述光谱仪还包括用于测量并调控所述动镜系统运动参数的探测反馈控制结构，所述探测反馈控制结构包括激光源，所述激光源位于所述动镜部件的上侧，入射光通过设置在光路上的第一反射镜和第二反射镜，入射到所述动镜部件；所述激光器轴线与所述动镜系统轴线平行，所述第一反射镜位于所述激光器发射端前侧，与所述激光器轴线成45度角，所述第二反射镜与所述第一反射镜成45度角，所述分束镜与所述动镜系统的所述平面镜成45度角，所述激光器发射的激光依次经所述激光器、所述第一反射镜、所述第二反射镜及所述分束镜、所述平面镜形成激光直角光回路。
42.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
43.任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性
表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。
44.尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。