电控定位光栅衍射成像仪制造技术

本发明专利技术公开了一种电控定位光栅衍射成像仪，包括光栅移动装置和光学系统，光栅移动装置包括纵向轨道、横向轨道和滑动支座，横向轨道置于与之垂直的纵向轨道上面，光学色散元件和汇合光谱元件安装在转动支架上，光学系统包括光源、光学色散元件、汇合光谱元件等，光栅移动装置上安装电控系统，控制光栅移动装置的横向轨道、滑动支座的来回移动，以及转动支架的转动；本发明专利技术电动控制承载光学元件的滑动支座沿着特定的平面斜直线移动，方便准确的实现光学元件移动定位及相关参数的测量，解决了现有双光栅衍射成像仪在使用中手动操作复杂、光学元件定位不准确，实验效率低等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学衍射成像实验仪，特别是一种通过电动控制光学元件精确移动来实现观察光学元件对物体的消色散成像现象及测量相关参数的实验仪器。
技术介绍
现有论文“光栅的汇合光谱特性与双光栅成象效应”(中国科学G辑2006，36(5) : 556 560)论述了一种实现绕障观察图像的方法，该方法利用两光栅组成一成像系统，当来自物体的不同波长的物光波经第一片光栅(亦称色散光栅)的衍射后色散为各级物光谱波，使其中某级物光谱波进入第二片光栅(亦称汇合光谱光栅)并满足该光栅的某级衍射光汇合光谱条件时，在第二片光栅后将得到汇合光谱光束，从中能观察到消色散的原物体图像，这是该文所述的双光栅成象效应。该成像光路有一显著的特点成像光路呈“之”字形，因而可以实现“绕障观物”。两光栅与被观察物的放置并不在一直线上，特别是第二片光栅必须位于第一片光栅的某级衍射光路中，而不同级的衍射光路有不同的衍射角度，在寻找成像的特定位置时，第二片光栅需沿着第一片光栅某级衍射光路移动，该移动路径是平面的斜直线。该成像方式新颖独特，值得深入研究。该成像过程充分利用了光栅的衍射特性，包括光栅的色散特性及汇合光谱成像特性，反映了典型的衍射现象，具有明显的教学意义。但不论是科研还是教学，对该现象的观察与研究都需要专门的仪器，为此，广西大学根据专利技术“衍射成象综合实验仪”(专利号02290557.X)研制了专门的“双光栅衍射成像仪”，并对本科生开设了双光栅成像的新实验(见论文“双光栅衍射成像仪研制与使用”，实验技术与管理，2011，第28卷第9期57-59)。该双光栅衍射成像仪中两光栅成像时的定位是通过其支座在横向轨道上移动，同时该横向轨道在与之垂直的纵向轨道上移动而完成的。然而，通过使用实践发现，现有的双光栅衍射成像仪的使用并不方便，存在的主要问题是成像的第二片光栅需沿着第一片光栅某级衍射光路移动，该衍射光路为与横向或纵向轨道有一定的夹角的位于平面的斜直线，由于该仪器中光栅移动定位是通过其支座在横向轨道上移动，同时该横向轨道在与之垂直的纵向轨道上移动而形成，因此需在移动过程中，保持横向与纵向的移动速度比例一致，这对于只能手动操作的双光栅衍射成像仪不易进行控制，不便使第二片光栅始终沿着该特定的平面斜直线方向移动而时有偏移，在实验中光栅位置的偏差甚至超过10%，光栅定位不准确，当光栅需要转动时手动调节转角也不精确，工作量大且实验效率低。在现有的相关仪器设计中，还有一种“双光栅成像观察仪”(技术专利，专利号为CN 200720083179. 7)，虽然该结构装置可以实现第二片光栅沿斜直线移动，可实现观察双光栅成像，但是该观察仪存在的问题是光栅的坐标位置不易确定，该仪器只便于观察现象而不便于测量数据，而且手动调节确定导轨位置的操作不方便，定位不准确。综上所述，现有的光栅衍射成像实验仪器存在由于手动操作移动光栅导致实验效率、精度较低的问题，因此实现实验仪器操作的自动化，提高实验效率和精度，是本专利技术要实现的创新目标。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种电子控制定位光栅衍射成像仪，解决现有双光栅衍射成像仪在使用中手动操作复杂、光学元件定位不准确，实验效率低等问题。本专利技术电控定位光栅衍射成像仪，包括光栅移动装置和光学系统，所述光栅移动装置包括纵向轨道、横向轨道和滑动支座，横向轨道置于与之垂直的纵向轨道上面，通过传动机构沿纵向轨道来回移动，滑动支座置于横向轨道上，通过传动机构沿横向轨道来回移动，转动支架设置在滑动支座上，光学色散元件和汇合光谱元件安装在转动支架上，角度标示盘与指针分别与滑动支座、转动支架共轴联接；所述光学系统包括光源，观察目标物、光学色散元件、汇合光谱元件、挡光板和望远镜，光栅移动装置上安装电控系统，控制光栅移动装置的横向轨道、滑动支座的来回移动，以及转动支架的转动。所述电控系统包括电源、开关、单片机和人机接口、控制电路和电机驱动器，控制纵向行走驱动电机通过传动机构驱动横向轨道沿纵向轨道来回移动，控制横向行走驱动电机通过传动机构驱动滑动支座沿着横向轨道来回移动；转动驱动电机设置在滑动支座上，电控系统控制转动驱动电机控制转动支架转动。单片机运行依光路衍射原理编制的电机控制算法，并完成人机接口的驱动与交互，人机接口包括了 LCD显示、设置键、操作控制手柄以及与上位机通信的接口。所述滑动支座或横向轨道的传动机构为行走轮,或者同步带。所述单片机可以更换为安装有运动控制卡的台式计算机或笔记本电脑，其人机接口包括了键盘、鼠标、显示器。所述光学色散元件、汇合光谱元件为透射光栅或反射光栅，或者棱镜等具有色散作用的元件。本专利技术较手动操作的光栅成像实验仪具有明显优势，可以电动控制承载光学元件的滑动支座沿着特定的平面斜直线移动，并电动控制转动支架的转动，更方便、准确的实现光学元件的移动定位及相关参数的测量，缩短了完成相关实验的时间，既提高了实验精度也提闻了实验效率。附图说明图1是现有光栅衍射成像仪示意图。图2是采用单片机控制行走轮的本专利技术电控定位光栅衍射成像仪示意图。图3是采用单片机控制同步带的本专利技术电控定位光栅衍射成像仪示意图。图4是采用计算机控制行走轮的本专利技术电控定位光栅衍射成像仪示意图。其中1——纵向轨道；2——横向轨道；3——滑动支座；4——转动支架；5——角度标示盘；6—指针；7—光源；8—一观察目标物；9—光学色散元件；10—汇合光谱元件；11—挡光板；12—望远镜；13—横向行走驱动电机；14—转动驱动电机；15——纵向行走驱动电机；16——行走轮；17——同步带电机；18——电控系统；19——同步带。具体实施例方式下面结合附图来说明本专利技术的技术方案。根据双光栅衍射成像条件，双光栅成像时第二片光栅必须位于第一片光栅的某级衍射光路中，是在该衍射光路中的某些特定位置上。因衍射光路都是位于平面的斜直线，这要求承载光学元件的滑动支座能准确沿平面斜直线方向移动，常规的做法是通过手工移动方式不断调整光栅位置。如图1所示，现有光栅衍射成像仪包括光栅移动装置和光学系统，所述光栅移动装置包括滑动支座、纵向轨道I和横向轨道2，横向轨道置于纵向轨道上面，通过传动机构沿纵向轨道来回移动，滑动支座3置于横向轨道上，并通过传动机构沿横向轨道来回移动，转动支架4设置在滑动支座3上，光学色散元件9和汇合光谱原件10安装在转动支架上，角度标示盘5与指针6分别与滑动支座、转动支架共轴联接；光学系统包括光源7，观察目标物8、光学色散元件9、汇合光谱原件10、挡光板11和望远镜12。由于如图1所示的手动操作移动光栅导致实验效率低下、精度不高，本专利技术增加了电控系统18，通过电动控制机械移动部分实现光学元件的准确移动及定位。本专利技术如图2所示，增加的电控系统18包括电源、开关、单片机和人机接口、控制电路和电机驱动器，控制纵向行走驱动电机15通过传动机构驱动横向轨道沿纵向轨道来回移动，控制横向行走驱动电机13通过传动机构驱动滑动支座3沿着横向轨道来回移动；转动驱动电机14设置在滑动支座3上，电控系统控制转动驱动电机14控制转动支架4转动；单片机运行依光路衍射原理编制的电机控制算法，并完成人机接口的驱动与交互，人机接口包括了 IXD显示、设置键、操作控制手柄以及与上位机通信的接口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电控定位光栅衍射成像仪，包括光栅移动装置和光学系统，所述光栅移动装置包括纵向轨道（1）、横向轨道（2）和滑动支座（3），横向轨道置于与之垂直的纵向轨道上面，通过传动机构沿纵向轨道来回移动，滑动支座（3）置于横向轨道（2）上，通过传动机构沿横向轨道来回移动，转动支架（4）设置在滑动支座（3）上，光学色散元件（9）和汇合光谱元件（10）安装在转动支架上，角度标示盘（5）与指针（6）分别与滑动支座、转动支架共轴联接；所述光学系统包括光源（7），观察目标物（8）、光学色散元件（9）、汇合光谱元件（10）、挡光板（11）和望远镜（12），其特征在于：光栅移动装置上安装电控系统（18），控制光栅移动装置的横向轨道（2）、滑动支座（3）的来回移动，以及转动支架（4）的转动。

【技术特征摘要】
1.一种电控定位光栅衍射成像仪，包括光栅移动装置和光学系统，所述光栅移动装置包括纵向轨道(I)、横向轨道(2 )和滑动支座(3 )，横向轨道置于与之垂直的纵向轨道上面，通过传动机构沿纵向轨道来回移动，滑动支座(3)置于横向轨道(2)上，通过传动机构沿横向轨道来回移动，转动支架(4 )设置在滑动支座(3 )上，光学色散元件(9 )和汇合光谱元件(10)安装在转动支架上，角度标示盘(5)与指针(6)分别与滑动支座、转动支架共轴联接；所述光学系统包括光源(7)，观察目标物(8)、光学色散元件(9)、汇合光谱元件(10)、挡光板(11)和望远镜(12)，其特征在于光栅移动装置上安装电控系统(18)，控制光栅移动装置的横向轨道(2)、滑动支座(3)的来回移动，以及转动支架(4)的转动。2.根据权利要求1所述的电控定位光栅衍射成像仪，其特征在于所述电控系统(18)包括电源、开关、单片机和人机接口、控制电路和电机驱动器，控制纵向行走驱动电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫平，胡立坤，黄亦其，卢泉，黄宇阳，曾宪金，王春芝，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：