機(jī)械設(shè)計說明書

1、棱鏡分光多波長高溫計目錄1. 課題應(yīng)用背景2. 儀器工作原理3. 儀器光學(xué)系統(tǒng)錯誤！未定義書簽334. 關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)設(shè)計44.1物鏡44.2目鏡54.3場欄反射鏡64.4組合棱鏡64.4反射鏡75. 改進(jìn)意見76. 心得體會77. 參考文獻(xiàn)91. 課題應(yīng)用背景棱鏡分光多波長高溫計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°C),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。它適用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)、運動物體、帶電物體及不可接觸的 目標(biāo)溫度的測量。棱鏡分

2、光高溫計屬于光電高溫計。光學(xué)高溫計是 發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計之一。它結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測溫范圍廣（7003200C）, 般可滿足工業(yè)測溫的準(zhǔn)確度要求。目 前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門十 分重要的高溫儀表。光學(xué)高溫計的缺點是以人眼觀察，并需用手動平 衡，因此不能實現(xiàn)快速測量和自動記錄，且測量結(jié)果帶有主觀性。最 近，由于光電探測器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計在 工業(yè)測量中的地位逐漸下降，正在被較靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計所代 替。在光學(xué)咼溫計基礎(chǔ)上發(fā)展起來的光電咼溫計用光敏兀件代替人 眼，實現(xiàn)了光電自動測量。特點：靈敏度和準(zhǔn)確度高；波長范圍不受

3、限制，可見光與紅外范圍均可，測溫下限可向低溫擴(kuò)展；響應(yīng)時間短； 便于自動測量和控制，能自動記錄和遠(yuǎn)距離傳送。哈爾濱工業(yè)大學(xué)戴景民教授與意大利羅馬大學(xué)的 Rufino教授合作于1991年研制成 功了棱鏡分光式35波長硅光電高溫計，用于表面真溫和材料發(fā)射率 的同時測量。它應(yīng)用組合棱鏡分光技術(shù)并以硅光電二極管陣列為探測 器,具有以下特點:取消了干涉濾光片，從而消除了因濾光片透過率漂 移而造成的不穩(wěn)定；因為無干涉濾光片，使整個光路光能損失減少，提 高了儀器的信噪比；波長選擇靈活，適用性強(qiáng),且光譜透過率波形接近 理想的矩形。戴景民教授在此多波長高溫計的基礎(chǔ)上，現(xiàn)又研制出棱鏡分光式精密（標(biāo)準(zhǔn)）光電高溫計，

4、一般具有01656卩m和019卩m兩 個工作波長，并可按用戶要求增加其它波長。該儀器除保持了無濾光 片這一特點外,與其它的精密（標(biāo)準(zhǔn)）光電高溫計相比,還具有以下優(yōu) 點:一機(jī)多個工作波長；成本低廉,與單波長高溫計相當(dāng)；可進(jìn)行不同 波長上的亮溫傳遞；儀器小巧及使用方便?？偟膩碚f，目前光電高溫計的發(fā)展前景還是很樂觀的，已經(jīng)有許多一起被批量生產(chǎn)廣泛應(yīng)用于 各個領(lǐng)域。2. 儀器工作原理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事 獲得目標(biāo)的真實溫度和光譜發(fā)射率的輻射式測溫儀器。多波長輻射測溫法是在一個儀器中制成多個光譜通道，利用多個光譜的物體輻射亮 度測量信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到物體的溫度和

5、材料的光譜發(fā)射率。這 種方法不需要輔助設(shè)備和附加信息，對被測對象也沒有特殊要求，因 而特別適合于高溫、甚高溫目標(biāo)的真溫及材料發(fā)射率的同時測量，在目前已有的應(yīng)用中表現(xiàn)了極好的發(fā)展前景。多光譜輻射測溫法的數(shù)學(xué)模型有基于檢定常數(shù)的數(shù)學(xué)模型、基于亮度溫度的數(shù)學(xué)模型和基于 參考溫度的數(shù)學(xué)模型。整個儀器設(shè)備在較為精確地測量目標(biāo)真溫和發(fā) 射率的同時，也具備了體積小、操作方便靈活、可靠性高等優(yōu)點。這 相對于以往的多波長高溫計來說，是很大的突破。這些方面的改善， 也將使得高溫計能夠在更為復(fù)雜的環(huán)境下發(fā)揮其實用價值，具有很好 的應(yīng)用前景。而且，儀器分光多波長高溫計采用棱鏡分光獲得工作 波長，它最多可有35個波長，

6、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密和長期穩(wěn)定性。3. 儀器光學(xué)系統(tǒng)儀器的光學(xué)系統(tǒng)及光學(xué)零件主要尺寸儀器的光路提供了輻射能量傳播的通道， 如圖1和表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, 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，再投射到組合棱鏡14上，組合棱鏡將復(fù)試光展成光譜，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 理課直接顯示被測目標(biāo)的真實溫度圖1序號名稱外形尺寸鏡框尺寸中心厚度1主物

7、鏡26243.52262423262434孔徑光欄 22.85場欄反射鏡25*25*1 （金屬）6分劃場鏡323057分劃板32308場鏡32305.59目鏡負(fù)片20181.510目鏡正片2018411孔徑光欄12準(zhǔn)直物鏡32302133230614組合棱鏡92*46*3515暗箱物鏡403851640382.517反射鏡60*45*518光譜鏡面表14. 關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1物鏡棱鏡的物鏡由四部分組成，三個主物鏡和一個孔徑光欄，如圖2所示， 三個主物鏡膠接，物鏡的設(shè)計要求是主物鏡與孔徑光欄的可調(diào)范圍為 147160mm,且在設(shè)計過程中物鏡不能轉(zhuǎn)動只能移動。而棱鏡物鏡屬 于精密儀器，而達(dá)到這

8、種移動效果，我們首先想到的就是螺旋結(jié)構(gòu)， 通過螺紋來實現(xiàn)物鏡的移動。我們采用類似于螺母轉(zhuǎn)螺桿移的結(jié)構(gòu)， 采用壓圈法把鏡框固定在一個壓圈內(nèi)把物鏡固定在一個帶有外螺紋 的鏡框中，在鏡框的外面用一個帶有內(nèi)螺紋的手輪與之配合。通過一個螺釘使套筒與手輪保持橫向固定，當(dāng)轉(zhuǎn)動手輪時，鏡框及物鏡便會 橫向移動。設(shè)計中還有一個要求是使物鏡保持平動而不轉(zhuǎn)動，所以我們在套筒與鏡框意見加了一個防轉(zhuǎn)螺釘來防止物鏡的轉(zhuǎn)動。這樣就可 以實現(xiàn)物鏡的平動了。套筒通過三個螺釘與箱體相連接，并用一個銷 釘定位，可以使物鏡整體保持與箱體穩(wěn)定可靠的連接。圖24.2目鏡目鏡的設(shè)計要求基本與物鏡相同，如圖3所示，唯一的區(qū)別就在于目 鏡的鏡

9、片和孔徑光欄之間有一定距離， 沒有膠接在一起。同樣采用壓 圈法來固定鏡片，由于孔徑光欄與鏡片之間有較長距離，所以這次我 們采用了較長的壓圈，與設(shè)計目鏡壓圈的方法相似，我們用一個壓圈 與帶有外螺紋的鏡框配合，然后在鏡框的外面用一個帶有內(nèi)螺紋的手 輪與之配合。手輪與套筒通過螺釘連接，套筒與箱體連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動手 輪時手輪實現(xiàn)空轉(zhuǎn)而鏡框與鏡片一起移動，并在套筒的表面開一個 槽，加上一個防轉(zhuǎn)螺釘，來達(dá)到使目鏡只平動而不轉(zhuǎn)動的目的。圖34.3場欄反射鏡場欄反射鏡要求被固定在一個 45度傾斜的鏡框中，要求此鏡片可以 在光路中進(jìn)行平移，和前面類似，我們還是采用螺旋傳動機(jī)構(gòu)來實現(xiàn) 鏡框及鏡片的移動，這次我們采用螺

10、桿轉(zhuǎn)螺母移動的結(jié)構(gòu)， 讓鏡框被 固定在一個螺母上，通過轉(zhuǎn)動螺桿從而達(dá)到使鏡框在導(dǎo)軌上移動的效 果，原理圖如圖4所示。兩根導(dǎo)軌分別用兩個螺釘和銷釘被固定在箱 底上。螺桿的兩側(cè)分別與在箱體內(nèi)的支架和箱體連接，箱體內(nèi)的支架通過兩個螺釘與箱體相連。我們用螺桿各部分的粗細(xì)程度不同來控制 螺桿的縱向移動。在螺桿位于箱體外的那一側(cè)加一個手輪， 使螺桿能 夠更加輕松的轉(zhuǎn)動。圖44.4組合棱鏡組合棱鏡如圖5所示，它的固定主要采用了壓板法，由于組合棱鏡的 底部與箱底還有較長的距離，如果直接用螺釘連接的話可能比較困 難，所以在組合棱鏡的外面套了一個箱子，把棱鏡放置在箱子上，通 過固定箱子來使組合棱鏡固定，最后再在棱

11、鏡上壓上兩塊壓板使棱被固定4.5反射鏡反射鏡，如圖6所示，所在光路與主光路有一個 20.7度的角度，它 被固定在一個帶有60*45*1.5大小的槽的鏡框中，用四個螺釘把反射 鏡固定在在槽中。我們把反射鏡的底座設(shè)計成一個圓盤， 圓盤上開有 三個通透的槽，三個槽中分別有一個螺釘與箱底固定。 當(dāng)把螺釘擰緊 時，圓盤保持不動，反射鏡也不動，當(dāng)松動三個螺釘后，圓盤變可以 實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，從而使反射鏡也相應(yīng)轉(zhuǎn)動。圖65. 改進(jìn)意見在反射鏡的設(shè)計過程中，我們采用了直接轉(zhuǎn)動圓盤來調(diào)整反射鏡角度 的方法，所要求的角度可能比較難以精確達(dá)到，對于棱鏡高溫計這樣 的光學(xué)精密儀器來說，此種方法可能在精度上有很大的值得改進(jìn)的空

12、 間。我們可以考慮繼續(xù)用類似螺旋傳動機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)來控制反射鏡的角 度，從而提高精度。由于在物鏡設(shè)計的過程中沒有考慮到目鏡，導(dǎo)致 物鏡設(shè)計距離過長，使目鏡接近箱體邊緣，從而不得不把元件箱蓋加 長一定的距離以滿足目鏡的固定要求。6. 心得體會為期三周的課程設(shè)計貌似一眨眼就結(jié)束了。 通過為期三周的機(jī)械課程 設(shè)計，我深深體會到“千里之行始于足下”這句千古名言的含義?，F(xiàn) 在認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，在將來就能穩(wěn)健 地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。說實話，課程設(shè)計真的有點累.然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計 成果，漫漫回味這3周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意 頓消.雖然這是我剛學(xué)

13、會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利， 然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感悟。通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細(xì)致.課 程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：有2次因 為不小心我沒有仔細(xì)估算圖紙比例，導(dǎo)致場欄反射鏡與物鏡之間距離 太小，隨意只能非常無奈地重畫.但一想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會 責(zé)任，想到世界上因為某些細(xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事 故，我不禁時刻提示自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對待的良 好習(xí)慣.這次課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。短短三周是課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺 乏，

14、自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足， 幾年來的學(xué)習(xí) 了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。由于這次課程設(shè)計我們 采用了分組討論的形式，所以在這個過程中我學(xué)到了一些除技能以外 的其他東西，領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì) ， 更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化。 在社會這樣一個大群體 里面,溝通自然是為人處世的基本，如何協(xié)調(diào)彼此的關(guān)系值得我們?nèi)ド?思和體會.在實習(xí)設(shè)計當(dāng)中依靠與被依靠對我的觸及很大，有些人很有 責(zé)任感，把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù)，并為之付出了很大的 努力，不斷的思考自己所遇到的問題而有些人則不以為然。其實在生活中這樣的事情也是很多的，當(dāng)我們面對很多問題的時候所采取的具 體行動也是不同的，這當(dāng)然也會影響我們的結(jié)果很多時候問題的出現(xiàn) 所期待我們的是一種解決問題的心態(tài)，而不是看我們過去的能力到底 有多強(qiáng)，那是一種態(tài)度的端正和目的的明確，只有這樣把自己身置于具 體的問題之中，我們才能更好的解決問題。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過 程中,口角的斗爭在所難免，關(guān)鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制?，而不 是一味的計較和埋怨這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中，