[发明专利]一种分光光度计扫描机构

说明书

技术领域

本发明属于光栅扫描分光技术领域，尤其适合应用于分光光度计测量系统使用。

背景技术

分光光度计，能直接记录波数或波长与透过率或吸收之间的关系。通过转动色散元件—光栅，使色散后的光谱按一定波数或波长间隔，依顺序通过相对于单色器出射狭缝辐射。

色散元件的转动和波数或波长为单位的光谱扫描，通常是非线性的。为了取得均匀线性的波数或波长的记录，一般通过余割棒机构或正弦棒机构线性化处理，来实现光谱的等波数或等波长的均匀速度的扫描得到记录的光谱图。但正弦棒或余割棒存在误差大、不够精密且机构复杂等缺点。本发明设计了一个简单、容易加工的凸轮来实现光谱扫描波长与凸轮旋转角度的线性变化，且其凸轮矢径也是随转动角度线性变化的。目前尚没有人提出这种方法来设计凸轮，这种方法设计的凸轮大大减少了加工的复杂程度，而且在加工过程中容易进行检测。本发明方法适用于任何由杠杆带动从动机转动的凸轮机构，但是由于点接触极易磨损，一般用于传力不大的低速机构。

发明内容

本发明的目的在于解决色散元件的转动与波长的非线性问题，提出一种实现线性化处理的简易凸轮机构设计方法，大大减小了加工复杂程度。

本发明提供的分光光度计扫描机构包括，点接触凸轮、推杆、凹面衍射光栅、入射狭缝和出射狭缝；摆放位置如图1所示，入射狭缝和出射狭缝固定，推杆一端与安装凹面衍射光栅的光栅台中心固定并刚性连接，推杆另一端与凸轮相切接触，本发明的凸轮的矢径R与凸轮旋转角度之间的关系为线性关系，使得凸轮加工复杂程度大大减小，关系式为R为凸轮矢径，为凸轮旋转角度，在0-270度之间旋转。

平行光束从入射狭缝入射到凹面衍射光栅，所述凹面衍射光栅采用反射光栅，反射光从出射狭缝射出并由接收装置接收；将凸轮均匀转动，由推杆带动凹面衍射光栅转动，从而使出射光发生变化，根据凸轮的旋转角度位移和位置位移来设定凸轮的矢径变化，使输出波长为线性变化。

本发明的技术分析：

1．平面衍射光栅转角与波长的关系

如图2所示，可看出衍射光栅方程为

d(sini±sinθ)=mλ    m=0,±1,±2,...            （1）

在考察与入射光同一侧的衍射光谱时，上式取正号；在考察与入射光异侧的衍射光谱时，上式取负号。d为光栅常数，i为入射角，θ为衍射角，λ为波长，m为光谱级次，光谱测量中一般取±1级。

本发明所述的分光光度计扫描机构，采用异侧接收装置，+1级接收，所以上式（1）可化简为

λ-2dsini-θ2cosi+θ2---(2)]]>

由于入射狭缝和出射狭缝固定，所以i+θ固定，i-θ为光栅旋转角度，令i+θ=Q，β=Q/2-θ,则（2）式变为

λ＝2dsinβcos(Q/2)                    (3)

β为光栅旋转角度，Q为入射狭缝和出射狭缝的机械夹角。

由（3）式可看出波长λ与光栅转角β不是正比关系。

2．凸轮矢径与平面光栅转角的关系

随着凸轮旋转角度的变化，矢径发生变化，从而导致光栅旋转角度发生变化。

由图3可得：

cosβ=(L²+H²-R²)/2LH    （4）

L为推杆定长，是不变量，H为光栅中心与凸轮中心距离，是个常量，从而可以得到cosβ随R变化，进而求出sinβ随R变化。

即：

sinβ=sinarccos^-1[(L²+H²-R²)/2LH]                    （5）