哈工大机械设计说明书棱镜分光多波长高温计1

棱镜分光多波长高温计目录课题应用背景 2仪器工作原理 33•仪器光学系统 44.设计总体思路 65•关键部分结构设计 76.仪器组装和调试 137•优缺点与改进意见 138.心得体会 139•参考文献 151•课题应用背景棱镜分光多波长高温计是一种新型的辐射测温仪器，可广泛应用于航天，航空，核能，兵器，冶金材料，能源等领域，作为非黑体的真温测量，热物性动态测试及温度传递等。它具有测温范围宽（-50~3000C），反应速度快（♘毫秒级），长期稳定性好，使用寿命长等优点。它适用于远距离目标、运动物体、带电物体及不可接触的标温度的测量。棱镜分光高温计属于光电高温计。 光学高温计是发展最早、应用最广的非接触式温度计之一。它结构简单，使用方便，测温范围广（700 3200C）量中的地位逐渐下降，正在被较灵敏、准确的光电高温计所代替。在光学高温计基础上发展起来的光电高温计用光敏元件代替人眼，实现了光电自动测量。特点：和准确度高；波长范围不受限制，可见光与红外范围均可，测温下限可向低温扩展；响应时间短；便于自动测量和控制，能自动记录和远距离传送。学戴景民教授与意大利罗马大学的合作于1991年研制成功了

哈尔滨工业大Ruffino教授棱镜分光式35波长硅光电高温计，用于表面真温和材料发射率的同时测量。它应用组合棱镜分光技术并以硅光电二极管阵列为探测器，具有以下特点：取消了干涉滤光片，从而消除了因滤光片透过率漂移而造成的不稳定；因为无干涉滤光片，使整个光路光能损失减少，提高了仪器的信噪比；波长选择灵活，适用性强,且光谱透过率波形接近理想的矩形。戴景民教授在此多波长高温计的基础上

，现又研制出棱镜分光式精密（标准）光电高温计，01656m019m两个工作波长，可按用户要求增加其它波长。该仪器除保持了无滤光片这一特点外，与其它的精密（标准）光电高温计相比，还具有以下优点：一机多个工作波长；成本低廉,与单波长高温计相当;可进行不同波长上的亮温传递；光电高温计的发展前景还是很乐观的，已经有许多一起被批量生产广泛应用于各个领域。2•仪器工作原理多波长辐射测温仪是通过测量目标在多个波长下的辐射能量来同事获得目标的真实温度和光谱发射率的辐射式测温仪器。多波长辐射测温法是在一个仪器中制成多个光谱通道，利用多个光谱的物体辐射亮度测量信息经过数据处理得到物体的温度和材料的光谱发射率。这种方法不需要辅助设备和附加信息,对被测对象也没有特殊要求，因而特别适合于高温、甚高温目标的真温及材料发率的同时测量，在目前已有的应用中表现了极好的发展前景。 多光谱辐射测温法的数学模型有基于检定常数的数学模型、基于亮度温度的数学模型和基于参考温度的数学模型。整个仪器设备在较为精确地测量目标真温和发射率的同时,备了体积小、操作方便灵活、可靠性高等优点。这相对于以往的多波长高温计来说,很大的突破。这些方面的改善，也将使得高温计能够在更为复杂的环境下发挥其实用价值，具有很好的应用前景。而且，仪器分光多波长高温计采用棱镜分光获得工作波长，它最多可有35长的不足，从而提高了仪器的精密和长期稳定性。3•仪器光学系统仪器的光学系统及光学零件主要尺寸仪器的光路提供了辐射能量传播的通道，如图 1和表1所示。目标辐射的能量经主物镜1、2、3成像于场栏反射镜5，—方面经分划板7、场镜8和目镜9、10在孔径光栏11处成像用于瞄准，另一方面成像于视场光栏的能量经分划场镜 6入12、131415、1617课直接显示被测目标的真实温度11、2—物镜镜片3—反射镜4—分划板5、6—目镜7—出瞳8—视场光栏9—准置物镜10—组合棱镜11、12—按箱物镜13—反射镜14—光谱镜面0;弭賂尺寸0;弭賂尺寸1®261244」丽堰3.5■302626e34e24■34孔廉光栏12a"s"飯就＜*25 25-t<金詔｝"QUeJ：0Ail0>AO曲201815e20em46分划场炭申6分划场炭申32<t>JU57好划板89JI锻劭片10II12留应片tr.孔持）n准鞫锻e323021114$323Ut组合按恤92*4h*351?e0昶5J6404>福2.517wr45^5—184.设计的总体思路1对于物镜与目镜中，镜片的间距需要调整这一设计要求，根据平时实验所看见的显微镜等仪器的启示，结合本学期所学习的机械学知识，选用广泛使用的螺旋传动的移动方式，该方式传动平稳，且调整比较精细，易于操作。2、对于对焦的反射镜，在确定对焦完成后需要移出光路，对于该结构的设计有三种想法：A首先想出了旋转的方式，即以右上点为固定点，使用完毕后绕改点旋转移出光路即可，最后由于卡位装置设计的不完善，被否定。B接下来，设计使用抽拉的方式，即抽拉杆来带动载镜片的架子移动，但由于此种方式容易造成架子与外壳的冲击碰撞，会对仪器产生振动等不良的影响，影响光路的准确性。C转动，载物架子移动，而不转动。3、对于外壳的设计，有两种方案A首先想要使用铸造件，由两块铸造板合在一起，但是由于对接方式会造成物镜和目镜的固定不稳定，造成晃动。B选用简单易行的六块板连接的结构，在板四周分别固定方形的柱形长木块，帮助固定四周板子。板子之间通过立柱与螺钉连接。为保持美观，想将螺钉头沉入木板中。4、对于镜片的固定，采用在附有支撑板得竖直方形木板上打出圆形孔来放置圆形镜片，一端利用板本省挡住，另一端采用压圈固定。关键部分结构设计物镜棱镜的物镜由四部分组成，三个主物镜和一个孔径光栏，如图 2所示，物镜的设计要求是主物镜与孔径光栏的可调范围为147~160mm,且在设计过程中物镜不能转只能移动。根据整体设计我们选择螺旋结构，通过螺纹来实现物镜的移动。我们采用类似于螺母转螺杆移的结构，采用压圈法把镜框固定在一个压圈内把物镜固定在一个带有外螺纹的镜框中，在镜框的外面用一个带有内螺纹的手轮与之配合。通过一个螺钉使套筒与手轮保持横向固定，当转动手轮时，镜框及物镜便会横向移动。设计中还有一个要求是使物镜保持平动而不转动，所以我们在套筒与镜框意见加了一个防转螺钉来防止物镜的转动。这样就可以实现物镜的平动了。其中，防移和防转螺钉均使用自己设计螺钉，即上半部分为螺纹，下半部分为光杆，且略细与螺纹内径，便于加工。卸。图2目镜

套筒与箱体左板由螺钉连接，方便拆目镜的设计要求基本与物镜相同，如图3所示，唯一的区别就在于目镜的镜片和孔径光栏之间有20mm的距离，为了考虑到内部镜片的安装方便，采取将孔径光拦自己设螺钉连接。同样采用压圈法来固定镜片，与设计目镜压圈的方法相似，我们用一个压圈与带有外螺纹的镜框配合，然后在镜框的外面用一个带有内螺纹的手轮与用螺钉固定在一起的两个套筒配合，螺纹打在孔径光栏的套筒上。整个目镜的安装方式为先分别将镜片从左右装入镜片筒内，用压圈固定好，在将光栏套筒与其用螺钉固定在一起，再将该整体与转动手柄拧在一起，放入最外侧的套筒内，手轮与套筒通过螺钉连接，套筒与箱体也通过螺钉连接固定好。当转动手轮时手轮实现空转而镜框与镜片一起移动，并在套筒的表面开一个槽，加上一个防转螺钉，来达到使目镜只平动而不转动的目的。螺钉连接。同样采用压圈法来固定镜片，与设计目镜压圈的方法相似，我们用一个压圈与带有外螺纹的镜框配合，然后在镜框的外面用一个带有内螺纹的手轮与用螺钉固定在一起的两个套筒配合，螺纹打在孔径光栏的套筒上。整个目镜的安装方式为先分别将镜片从左右装入镜片筒内，用压圈固定好，在将