棱鏡分光式、多波長高溫計(jì)

1、目 錄摘要2前言（應(yīng)用背景）2第一部分 多波長高溫計(jì)工作原理及光學(xué)系統(tǒng)3第二部分 棱鏡分光多波長高溫計(jì)各個部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41 目鏡41.1 目鏡光學(xué)部分設(shè)計(jì)41.2 目鏡工作原理42 物鏡52.1物鏡光學(xué)部分設(shè)計(jì)52.2物鏡工作原理53 場欄反射鏡563.1 場欄反射鏡固定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)64 反射鏡1774. 1 反射鏡固定及角度可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7第三部分 關(guān)鍵技術(shù)及改進(jìn)意見9第四部分 心得體會10第五部分 結(jié)束語12參考文獻(xiàn)13 附件一：棱鏡分光多波長高溫計(jì)使用說明 附件二：棱鏡分光多波長高溫計(jì)各部分結(jié)構(gòu)參數(shù) 摘要 本文介紹一種棱鏡分光式、多波長高溫計(jì)。可完成-503000的溫度測量。此儀器信噪比高、

2、長期穩(wěn)定性好、反映速度快且結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。該儀器在各項(xiàng)性能測試中，獲得滿意的結(jié)果。 關(guān)鍵詞：棱鏡分光 多波長高溫計(jì) 前言（課題應(yīng)用背景）溫度是一個表征物體狀態(tài)的基本物理參數(shù)。溫度的測量及控制在工業(yè)生產(chǎn)及科學(xué)研究中均具有重要的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高溫測量對于宇航、能源、材料科學(xué)、冶金等領(lǐng)域的發(fā)展有特別重要的作用。棱鏡分光多波長高溫計(jì)是一種新型的輻射測溫儀器，可廣泛應(yīng)用于航天、航空、核能、兵器、冶金材料、能源等領(lǐng)域，作為非黑體的真溫測量、熱物性動態(tài)測試及溫度傳遞等。它具有測溫范圍寬（-503000），反應(yīng)速度快（亞毫秒級），長期穩(wěn)定性好，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。它適用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)、運(yùn)動物體、帶

3、電物體及不可接觸的目標(biāo)溫度的測量。 第一部分 多波長高溫計(jì)工作原理及光學(xué)系統(tǒng)多波長輻射測溫儀是通過測量目標(biāo)在多個波長下的輻射能量來同時獲得目標(biāo)的真實(shí)溫度和光譜發(fā)射率的輻射式測溫儀器。棱鏡分光多波長高溫計(jì)采用棱鏡分光獲得工作波長，它最多可有35個波長，選擇靈活。它克服了傳統(tǒng)的干涉濾光片分光限定工作波長的不足，從而提高了儀器的精度和長期穩(wěn)定性。儀器的光路系統(tǒng)提供了輻射能量傳播的通道，如圖1所示。目標(biāo)輻射的能量經(jīng)主物鏡1、2、3成像于場欄反射鏡5，一方面經(jīng)分劃板7、場鏡8和目鏡9、10在孔徑光欄11處成像用于瞄準(zhǔn)，另一方面成像于視場光欄的能量經(jīng)分劃場鏡6入射到準(zhǔn)直物鏡12、13準(zhǔn)直為平行光，再投射到

4、組合棱鏡14上，組合棱鏡將復(fù)式光展成光譜，經(jīng)暗箱物鏡15、16聚焦于反射鏡17，反射至探測器線列，經(jīng)轉(zhuǎn)換及電路處理可直接顯示被測目標(biāo)的真實(shí)溫度。 第二部分 棱鏡分光多波長高溫計(jì)各個部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 目鏡1.1 目鏡光學(xué)部分設(shè)計(jì) 目鏡部分有分劃板7、場鏡8和目鏡9、10在孔徑光欄11組成，其中分劃板與場鏡間距離可以微調(diào)（185 mm）。機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：41目鏡外框 42開槽圓柱頭螺釘M612 43開槽緊定螺釘M58 44目鏡調(diào)節(jié)輪 45目鏡內(nèi)框 46目鏡孔徑光欄 47目鏡正片 48目鏡負(fù)片 49目鏡壓圈 50場鏡 51場鏡壓圈 52分劃板鏡框 53分劃板 54分劃板壓圈 1.2 目鏡工作原理目

5、鏡調(diào)節(jié)輪與目鏡內(nèi)框通過螺紋連接螺旋轉(zhuǎn)動。而目鏡內(nèi)框通過開槽緊定螺釘與目鏡外框連接，通過開槽圓柱頭螺釘實(shí)現(xiàn)目鏡內(nèi)框防轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動目鏡調(diào)節(jié)輪，目鏡內(nèi)框只能移動，不能轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)微調(diào)功能。2 物鏡2.1物鏡光學(xué)部分設(shè)計(jì)物鏡由主物鏡1、2、3和孔徑光欄4組成，要求物鏡與分劃場鏡的距離可以調(diào)節(jié)（147160 mm），機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：1開槽圓柱頭螺釘M410 2物鏡外框 3物鏡調(diào)節(jié)輪 4物鏡內(nèi)框 5物鏡壓圈 6主物鏡1 7主物鏡2 8主物鏡3 9孔徑光欄 10開槽緊定螺釘M610 11開槽圓柱頭螺釘M616 12定位銷釘3m6202.2物鏡工作原理可以看出，物鏡的設(shè)計(jì)與目鏡類似，都是利用螺旋轉(zhuǎn)動，鏡框防

6、轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鏡體的移動調(diào)節(jié)。物鏡調(diào)節(jié)輪與物鏡內(nèi)框通過螺紋連接螺旋轉(zhuǎn)動。而物鏡內(nèi)框通過開槽緊定螺釘與物鏡外框連接，通過開槽圓柱頭螺釘實(shí)現(xiàn)物鏡內(nèi)框防轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)節(jié)輪，物鏡內(nèi)框只能移動，不能轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)距離調(diào)節(jié)功能。3場欄反射鏡53.1 場欄反射鏡固定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)場欄反射鏡通過壓板固定在反射鏡鏡架上。反射鏡處于光路中心，與水平成45度。鏡架處于一個水平導(dǎo)軌上，鏡架中間有個孔，與螺桿構(gòu)成螺旋轉(zhuǎn)動。螺桿通過箱體和支撐架支撐。轉(zhuǎn)動手柄，螺桿轉(zhuǎn)動，鏡架在導(dǎo)軌上移動，從而實(shí)現(xiàn)場欄反射鏡進(jìn)入或撤出系統(tǒng)光路。場欄反射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如下：俯視圖：13直角導(dǎo)軌 14開槽圓柱頭螺釘M26 15場欄反射鏡 16手柄 17

7、螺桿 18場欄反射鏡鏡架主視圖：55場欄反射鏡壓板4反射鏡174. 1 反射鏡固定及角度可調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反射鏡通過反射鏡壓板固定在反射鏡鏡架上。通過三個開槽圓柱頭螺釘固定在箱體上。反射鏡處于光路中心，與光路中心線成70度。開槽圓柱頭螺釘可緊可松，擰松時可以緩慢轉(zhuǎn)動反射鏡鏡架，實(shí)現(xiàn)反射鏡角度的微調(diào)，擰緊時可緊固反射鏡鏡架，反射鏡與光路角度也固定不變。反射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如下： 俯視圖：33反射鏡壓板 34反射鏡 35反射鏡鏡架 36開槽圓柱頭螺釘M512 37反射鏡底板主視圖： 第三部分 關(guān)鍵技術(shù)及改進(jìn)意見 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，本裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)中最重要的是物鏡、目鏡、反射鏡、場欄反射鏡的固定及位置或角度的微調(diào)

8、。其中物鏡、目鏡和場欄反射鏡利用的是螺旋結(jié)構(gòu)，固定鏡架或利用導(dǎo)軌，轉(zhuǎn)動螺桿，實(shí)現(xiàn)裝置的水平位移，實(shí)現(xiàn)微調(diào)。而反射鏡的角度調(diào)節(jié)利用的是開槽圓柱頭螺釘固定，螺釘擰松時調(diào)節(jié)反射鏡的角度。在裝置的設(shè)計(jì)之初，我們小組討論曾經(jīng)想出了好幾種實(shí)現(xiàn)目鏡的水平移動的微調(diào)。比較好的方案是利用差動螺旋實(shí)現(xiàn)光學(xué)鏡片的水平移動，差動螺旋在調(diào)節(jié)精度上也比較精確，應(yīng)該說是比較好的一種方案。但是當(dāng)時考慮在設(shè)計(jì)的工作量和復(fù)雜程度上時，我們有些猶豫，覺得有些復(fù)雜，尤其作圖量比較大，便轉(zhuǎn)而選擇了本文所用的簡單有效的單螺旋加螺釘防轉(zhuǎn)方案。我們也曾經(jīng)想了一種利用齒輪和螺桿實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方向垂直的方案。當(dāng)時也曾經(jīng)在結(jié)構(gòu)裝置上進(jìn)行過設(shè)計(jì)。但是，由

9、于棱鏡分光多波長高溫計(jì)的光學(xué)儀器的精密性，齒輪和螺桿這種常用于工業(yè)中的機(jī)件，達(dá)不到光學(xué)儀器要求的精度，或是達(dá)到相應(yīng)的精度所需的小齒輪和相應(yīng)固定裝置難以在工藝上進(jìn)行加工，不得已我們也選擇了舍棄。從而最終選擇了如今的方案，并順利設(shè)計(jì)出了合理可行的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，并經(jīng)老師檢查認(rèn)可可行。本裝置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有些微的不足。最明顯的就是在目鏡幾個主要鏡片的固定和裝配中設(shè)計(jì)的不太合理。各鏡片都是選用內(nèi)壓圈的方法進(jìn)行固定。由于鏡體有些長，各鏡片都是從一個方向裝配，從而在實(shí)際的裝配中，放入鏡筒最里面的鏡片將不易放入。這是設(shè)計(jì)中的一個大的缺點(diǎn)。可以在設(shè)計(jì)時設(shè)計(jì)成從鏡筒兩個方向放入，內(nèi)壓圈和外壓圈相結(jié)合的方法，使實(shí)際裝配

10、時比較方便。 第四部分 心得體會 為期三周的機(jī)械課程設(shè)計(jì)就要結(jié)束了。從開始老師布置課題時的一無所知到現(xiàn)在的1張重裝圖、5張零件圖加一整套各部件可行的裝配設(shè)計(jì)方案，我真的覺得這三周收獲很多。首先，我對相對大一點(diǎn)的工程課題有了進(jìn)一步的認(rèn)識。當(dāng)然，我們做的棱鏡分光多波長高溫計(jì)裝配圖還算不上什么大東西。但是原理是相通的。都是分成了幾個小的部分。比如我們這個課題便是目鏡、物鏡、反光鏡、場欄反射鏡幾個小部分。我們分成幾個小組，各負(fù)責(zé)一個部分，最后整合起來，將彼此的方案相互共享，便組成了整個大的總裝圖。在實(shí)際工程中，我們也勢必會面臨這樣的問題。這就需要我們有良好的團(tuán)隊(duì)合作意識，我們就要科學(xué)合理的分配任務(wù)，也

11、要接受上級的工作安排，去身心負(fù)責(zé)自己的那部分任務(wù)，出色的將自己的任務(wù)做好。在對一個問題進(jìn)行解決時，我們往往會有幾種不同的方法。這就需要我們會進(jìn)行分析，在成本、時間、復(fù)雜程度、效益等各個方面進(jìn)行考慮，選擇整體上最適合的方案。而最好的選擇，就是我們這個工程成功非常重要的保證。這就需要我們在不斷的學(xué)習(xí)及工作中鍛煉自己的最有選擇的能力。好的選擇加上勤奮的努力是取得成功的保證。在做一件事情時，尤其是工科的人在做工程時，不管是大工程還是小工程，一定要有一絲不茍的精神，就像我們工大的校訓(xùn)“規(guī)格嚴(yán)格，功夫大家”。其實(shí)很多很小的事情，或是工程中小的地方，往往就決定了整個大局的成敗和優(yōu)劣檔次。在作圖時，尤其時在零

12、件圖的標(biāo)注時，有好多很小的地方，一個定位，一個公差等級，都是很小的事情，但都是很嚴(yán)肅的事情，來不得*虎。我就是在鏡框的配合中，沒有仔細(xì)去工具書中查找配合代號，憑感覺自己標(biāo)了上去，結(jié)果被老師一眼看了出來，責(zé)令重新查找，改了一遍。開始我不在意，后來想了想，是啊，我做的是光學(xué)儀器，本來對精準(zhǔn)度就要求很高，如果不用查找標(biāo)注隨便標(biāo)的話，那加工出來的東西能實(shí)現(xiàn)光學(xué)特性嗎？能實(shí)現(xiàn)溫度的準(zhǔn)確測量嗎？這可是測溫度的高溫計(jì)啊，萬一測不準(zhǔn)出什么問題，后果就難以預(yù)料。 第五部分 結(jié)束語 經(jīng)過三周的機(jī)械課設(shè)，雖然感到很累，但是我覺得很有收獲。首先，在專業(yè)知識上，通過實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)、作圖，我對之前學(xué)過的工程制圖和機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)

13、有了進(jìn)一步的鞏固。而且，在解決實(shí)際問題時，在做工程時遇到問題如何處理，我有了一次切身的體驗(yàn)。在工作時，不管大事還是小事，尤其是一些不起眼的細(xì)節(jié)，更要保持一絲不茍的作風(fēng)。另外，在這三周的機(jī)械課設(shè)中，我要十分感謝*老師的辛苦指導(dǎo)，*老師從大到整體計(jì)劃的規(guī)劃，小到一個螺紋、配合的標(biāo)注，都給予了非常大的幫助。也正是因?yàn)?老師的辛勤監(jiān)督，才使得我們按要求、認(rèn)真的完成了長達(dá)三周的課設(shè)，順利完成了棱鏡分光多波長高溫計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)裝置設(shè)計(jì)，完成了一張總裝配圖，5張小的零件圖。雖然課設(shè)就要結(jié)束了，但*老師教導(dǎo)的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，“規(guī)格嚴(yán)格，功夫到家”的校訓(xùn)，將永遠(yuǎn)影響著我以后的學(xué)習(xí)、研究、工作，讓我在做每一件事情時

14、，都認(rèn)真嚴(yán)格的要求自己，追求卓越。最后再次感謝*老師的辛勤指導(dǎo)！參考文獻(xiàn)1. 蔣秀珍 機(jī)械學(xué)基礎(chǔ) 科學(xué)出版社 2009，12. 蔣秀珍 “機(jī)械學(xué)基礎(chǔ)”綜合訓(xùn)練圖冊 科學(xué)出版社 2010，43. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊編委會 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊 機(jī)械工業(yè)出版社 2009，44. 羅慶生 韓寶玲 光機(jī)電一體化系統(tǒng)常用機(jī)構(gòu) 機(jī)械工業(yè)出版社 2009，15. 戴景民 孫揚(yáng) 等 棱鏡分光式精密（標(biāo)準(zhǔn)）多波長硅光電高溫計(jì) 計(jì)量學(xué)報 1996，106. 何瑾 孫曉剛 戴景民 新型精密（標(biāo)準(zhǔn)）多波長光電高溫計(jì) 電子測量與儀器學(xué)報 1999，67. 叢大成 戴景民等 分光式便攜比色高溫計(jì)的設(shè)計(jì) 熱能動力工程 1999，

15、5附件一：棱鏡分光多波長高溫計(jì)使用說明 組裝好各部分裝置，將場欄反射鏡放入光路中，調(diào)節(jié)物鏡、目鏡位置，用目鏡（孔徑光欄處）瞄準(zhǔn)、對光。光路對好后撤去場欄反射鏡，成像于視場光欄的能量經(jīng)各光學(xué)器件投射，光譜展開，聚焦于反射鏡，調(diào)節(jié)反光鏡角度，使光譜反射至光譜鏡面，再經(jīng)轉(zhuǎn)換及電路處理進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對被測目標(biāo)真實(shí)溫度的顯示檢測。附件二：棱鏡分光多波長高溫計(jì)各主要部分結(jié)構(gòu)參數(shù)序號名稱外形尺寸鏡框尺寸中心厚度 1主物鏡26243.5 226242 326243 4孔徑光欄 22.8 5場欄反射鏡25251（金屬） 6分劃場鏡32305 7分劃板3230 8場鏡32305.5 9目鏡負(fù)片20181.5 10 目鏡

16、正片20184 11孔徑光欄 12準(zhǔn)直物鏡32302 1332306 14組合棱鏡 924635 15暗箱物鏡40385 1640382.5 17反射鏡 60455 18光譜鏡面tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYC

17、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