Механизм программного переключения оптических элементов спектрофотометра Советский патент 1984 года по МПК G01J3/02 

Изобретение относится к технической физике и может быть применено в инфракрасных спектрофотометрах для автоматического переключения (смены или дискретного перемещения) в процессе сканирования дифракционных решеток, фильтров, зеркал, спект ральных щелей.

Для обеспечения высокого качества спектрограммы желательно, чтобы переключение оптических элементов производилось без остановки сканирования и таким образом, чтобы достаточно инерционная система регистрации не успела прореа-гировать на переходный процесс.

Известны механизмы программного переключения, обеспечивающие требуе мую скорость переключения 1.

Однако данные механизмы сложны по конструкций. ;

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением являет-ся механизм программного переключения оптических элементов спектрофотометра, содержащий поворотный кулачок с выполненными на его боковой поверхности двумя рабочими участками, разделенными переходными участками, и контактный элемент, кинематически связанный с установленным подвижно держателем оптических элементов 2.

Недостатком известного механизма является низкая скорость переключени оптических элементов, которая ограничивается необходимостью поворота контактного элемента вокруг оси на 180 и не позволяет осуществить переключение без остановки сканирования.

Целью изобретения является повышение скорости переключения оптических элементов в процессе сканирования спектра.

Поставленная цель достигается тем что механизм программного переключения оптических элементов, содержащий поворотный кулачок с выполненными на его боковой поверхности двумя рабочими участками, разделенными переходными участками, и контактный элемент, кинематически связанный с установленным подвижно держателем оптических элементов, снабжен собачкой ось поворота которой неподвижно закреплена между осью кулачка и его боковой поверхностью, взаимодействующим с контактным элементом рычагом второго рода,.ось поворота которого закреплена на торцовой поверхности кулачка в зоне его первого рабочего участка, и ограничителями углов поворота рычага и собачки, при этом на рычаге выполнены обращенный к собачке ауб, одна из граней которого имеет форму первого рабочего участка и функциональный участок с профилем, соответствующим профилю первого рабопего участка кулачка, п с длиной

1, удовлетворяющей соотношению где S - расстояние от оси рычага до границы первого функционального учас ка кулачка, г - радиус контактного элемента, t - длина проекциипереходного участка кулачка ла продолжение его второго рабочего у.чаСтка.

На чертеже показан один из вариантов схемы механизма.

Механизм программного переключения предназначен для осуществления смены фильтров в инфракрасном спектрофотометре и содержит установленный подвижно {например,, поворотный) держатель 1 фильтров 2, кулачок 3 и взаимодействующий с боковой поверхностью кулачка 3 контактный элемент 4, выполненный в виде цилиндра радиуса г и кинематически (через передачу 5) вязанный. с держателем 1. На . боковой поверхности кулачка 3 выпол- йены два рабочих участка, представляющие в данном случае части круговых цилиндров .с радиусами R и R (R R) , Рабочие участки разделены переходными участками, которые обеспечивают плавный переход от одного участка к другому, и наоборот.

Между осью 03 кулачка 3 и его боковой поверхностью неподвижно закреплена ось 06 поворота собачки 6. Исходное положение собачки задается ограничителем 7,положение которого относительно оси 03 кулачка может ре;{улироваться, прижатие собачки 6 к бграничителю осуществляется пружиной 8. На торцовой поверхности кулачка 3 закреплена ось 09 рычага 9 второго рода, расположенная в зоне первого рабочего участка У1 кулачка, т е, в пределах угла между радиу.са.ми-векторами, проходящими через крайние точки А и В этого участка, на расстоянии. S от точки В. На рычаге 9 выполнен зуб Юс вершиной D, обращенный в сторону оси 03 кулачка 3, т.е. в сторону собачки б „. Грань И зуба 6, имеет форму первого рабочего участка рычага 9, в данном варианте механизма в виде части кругового цилиндра, соосного с кулачком 3. Радиус R этого цилиндра выбирается несколько меньшим суммы расстояний от оси Об собачки 6 до оси 03 кулачка и до вершины С зуба собачки. Вторая грань 12 зуба 10, как и грань 13 зуба собачки, выполняется плоской

Функциональный участок 14/ выполненный на наружной поверхности рычага 9, имеет такой же профиль, что и первый рабочий участок У1 кулачка 3, т.е. в изображенном на чертеже варианте представляет собой часть кругового цилиндра радиуса Н,. Длина у-частка 14 выбрана из условия S-fr-«-t, где t - длина проекции BE переходного участка П1 на продолжение первого рабочего участка У1 кулачка 3. Длина зуба 10 (т.е. расстояние межд гранью 11 и функциональным участком 14) выбирается равной разности R Между гранью 12 зуба и функ циональным участком 14 рычага 9 желательно выполнить дополнительную грань-15., образующуй. тупой угол с участком 14. На кулачке 3 закреплен также ограничитель 16 угла оС поворота рычага 9. Положение ограничите ля выбираетсй таким образом, чтобы еыполнилось соотнсвдение sinoi/i()/25 Механизм работает следующим обра зом. В исходный момент, соответствующий. началу рабочего спе стрального и терзала, контактный элемент 4 находится на первом рабочем участке У1 кулачка 3, вблизи точки А, в поток излучения введен фильтр 2А. в проце се сканирования спектра кулачок 3, связанный с приводом сканирования, приводится во вращение против часовой стрелки. В результате зона контакта элемента 4 и кулачка 3 переме щается по участку У1 в направлении точки В. Вследствие постоянства радиуса R кулачка на участке У1 пост пательного перемещения контактного элемента 4 при этом не происходит.. При вращении кулачка 3 рычаг 9, при дя во взаимодействие с собачкой 6, начинает поворачиваться относительн кулачка 3 против часовой стрелки до тех пор, пока вершина С зуба собачки не войдет в коН;такт с гранью 11 зуба 10, выполненного на рычаге 9. Благодаря выбору указанного с:оотношения между размером зуба 10 рычага 9, размером собачки 6 и профилем функционального участка 14 рычага, а также соответствующей настройке положения собачки 6 с помсядью регулируемого ограничителя 7, в этот момент происходит точное совмещение участка 14 с. первым рабочим участком У1 кулачка.. При дальнейшем повороте кулачка 3 из-за постоянства радиуса-вектора участка 11 рычага 9 рычаг остается неподвижным относительно... кулачка 3, а контактный элемент 4 взаимодей ствует одновременно с кулачком 3 и рычагом 9 до тех пор, пока зона кон такта не совместится с точкой В,Пос ле точки В радиус-вектор кулачка 3 начинает уменьшаться, поэтому боковая поверхность кулачКа 3 отходит от контактного элемента 4, который взаимодействует только с участком 14 рычага 9. Однако, поскольку профили участков У1 кулачка 3 и 14 рычага точно совпадают, закон движения контактного элемента 4 сохраняется (в данном варианте механизма элемент 4 остается неподвижным). Бл годаря указанному выбору длины учас ка 14 рычага 9 взаимлпействие конта ного элемента 4 и участка 14 продолжается до тех пор, пока контактный элемент 4 не установится против второго рабочего участка У2 кулачка 3. При этом вершина D зуба 10 приблизился к вершине С зуба собачки 6, Как только вершина D пройдет вершину С зуба собачки 6, рычаг 9 под действием контактного элемента начинает поворачиваться по часовой стрел ке. Одновременно поступательное перемещение контактного элемента 4, которое через передачу 5 преобразуется в поворот держателя 1. Перемещение контактного элемента 4 прекратится в момент его соприкосновения со вторым рабочим участком У2 кулачка 3 . В этот момент в ход лучей установится Фильтр 2Б. Движение рычага 9 прекратится в момент его соприкосновения с ограничителем. Выбор указанного значения угла ct- поворота рычага 9 гарантирует, что этот поворот не прекратится раньше, чем контактный элемент 4 придет -В соприкосновение с вторым рабочим участком У2 кулачка 3. образом, в предлагаемом механизме скорость движения контактного элемента не зависит ни от скорости вращения кулачка, ни от профиля переходного участка, ни от размеров контактного элемента, что позволяет повысить эту скорость, т.е. скорость переключения по сравнению с известными кулачковыми механизмами, используемыми в спектральных приборах. Возврат держателя 1 оптических элементов 2 в исходное положение может быть произведен либо при продолжении вращения кулачка 3 в прямом направлении (йротив часовой стрелки) во время взаимодействия контактного элемента 4 с вторым переходным участком П2, либо пpiи изменении направления вращения на обратное. Если при смене направления вращения кулачка 3 рычаг 9 отходит от ограничителя, кон т ак-рный .элемент 4, нажимая на его дополнительную грань 15, поворачивает рычаг 9 по часовой стрелке. Поэтому рычаг 9 не препятствует контакту элемента 4 с первым переходным участком П1 рычага 9, в процессе которого в ход лучей вновь установится фильтр 2А. Собачка б не мешает обратному вращению кулачка 3, так как под воздействием грани 12 зуба 10 рычага 9 она поворачивается по часовой стрелке, преодолевая усилие пружины 8. Как только вершина D зуба 10 пройдет мимо вершины С зуба собачки 6, собачка под действием пружины 8 вернется в исходное положение, определяемое ограничителем 7. Таким образом, предлагаемый механизм, обладая достаточно простой

конструкцией и высокой надежностью, обеспечивает возможность дереключе.ния оптических элементов как при прямом, так и при обратном направлении сканирования. При этом скорость nepei ключения при сканировании в прямом Г

направлении значительно выше, чем у известного механизма. Это позволяет осуществлять переключение за время, намного меньшее постоянной.ремени системы регистрации, т.е. без остановки сканирования и искажений спектрограмь:

МЕХАНИЗМ ПРОГРАММНОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СПЕКТРОФОТОМЕТРА, содержащий поворотный кулачок с выполненными на его боковой поверхности двумя рабочими участ ками, разделенными переходными участками, и контактный элемент, кинематически связанный с установленным подвижно держателем оптических элементов, отличающийся тем что, с целью повышения скорости перекл10чения оптических элементов в процессе сканирования спектра, он снабжен собачкой, ось поворота которой неподвижно закреплена между осью кулачка и его боковой поверхностью, взаимодействующим с контактным элементом рычагом второго рода, ось поворота которого закреплена на торцовой поверхности кулачка в зоне его первого рабочего участка, и ограничителями углов поворота рйлчага и собачки, при этом на рычаге выполнены обращенный к собачке зуб,одна из граней которого имеет форму первого рабочего участка,и функциональный участок с пр9Филем,соответствубЦшм профилю первого рабочего участка кулачка, i и с длиной 1, удовлетворяющей соотношению + r+-t, где S - расстояние (Л от оси рычага до границы первого рабочего участка, г - радиус контактного элемента, t - длина проекции переходного участка кулачка на продолжение его второго рабочего участка. 2