一种双框架光机电一体融合结构的光谱仪的制作方法

1.本实用新型涉及一种双框架光机电融合一体结构的光谱仪，适用于滤光片分光的光谱仪器，特别是在线分析的近红外光谱仪，属于光谱仪领域。


背景技术：

2.滤光片型光谱仪器采用多个特征中心波长的窄带滤光片进行分光，结构简单，稳定性好，性价比高，在工农业生产过程中应用广泛。其结构由光源、分光系统、取样器、传感器、转换放大处理电路、控制器电路、电源模块等组成，包括光路、电路和机械结构三个部分。
3.目前的滤光片型光谱仪产品通常这三部分结构分离，各成独立的模块，结构布局散乱、尤其电路部分接线繁多，不便于生产的安装调试、出现故障时检测困难。


技术实现要素：

4.针对上述现有滤光片型光谱仪结构存在的问题，本实用新型提供一种光机电结构融合一体的双框架结构，具有结构整齐、简节、坚固、紧凑，便于安装调试和故障检测。
5.本实用新型是这样实现的，一种双框架光机电一体融合结构的光谱仪，包括上外壳、下外壳、光电框架以及机电分光调制框架，所述上外壳与下外壳之间设置光电框架，所述光电框架包括设置在上外壳与下外壳之间的电路板，所述机电分光调制框架包括主框架、分光调制机构以及取样反射镜结构，所述主框架设置在下外壳上，并且部分穿过电路板，所述分光调制机构固定于主框架中，取样反射镜结构固定于主框架外侧。
6.进一步地，所述主框架包括高度不等的两个长边框以及两个等高的短边框，高度不等的两个长边框相互平行，所述两个等高的短边框相互平行，其中矮的长边框上固定分光调制机构，高的长边框的上边沿穿过电路板至上外壳内并通过螺钉向外固定取样反射镜，两个等高的短边框上顶面有对称分布的固定螺钉孔用于与光电框架固定，主框架的底面平齐，与光谱仪下外壳的内表面接触。
7.进一步地，所述分光调制机构包括固定于主框架矮的长边框上的稳速电机、带槽的光电开关以及滤光调制盘，所述滤光调制盘通过轴套用紧固螺钉与稳速电机输出轴连接组成，滤光调制盘上均匀安装n个滤光片，每个滤光片的盘边对应位置有1个狭缝，其中有一个狭缝宽于其他狭缝，滤光调制盘的边缘处于光电开关的槽中。
8.进一步地，所述取样反射镜结构包括安装镜框以及粘接于安装镜框内的球面反射镜。
9.进一步地，所述主框架的两个长边框下部分别有前后两个光阑，其中心与滤光调制盘上滤光片中心同轴，稳速电机的轴与该轴平行，取样反射镜的光轴与该轴垂直。
10.进一步地，所述电路板包括上电路板以及下电路板，上电路板与下电路板之间为中间边框，下电路板下方为底边框，下电路板上固定光源部件、取样照明系统、以及传感器。
11.进一步地，所述上电路板分别布置有电源接口、通信接口、电机接口、光源接口、前
放电路、带通滤波电路、数据采集控制电路、直流电机稳速电路、光源供电电路以及上电路板总线接口；下电路板分别布置有传感器接口、光耦接口、参考信号调理电路、电源模块、下电路板总线接口；电路板中电路连接方式如下：在同一电路板中的各个电路通过电路板的布线连接，上电路板与下电路板通过上电路板总线接口和下电路板总线接口的插针相连接，上电路板总线接口和下电路板总线接口与系统所有电路和电源接口连接；传感器的引脚与传感器接口焊接，通过上电路板总线接口与前放电路、带通滤波电路、数据采集控制电路依次连接，并通过通信接口、下外壳的信号接口与上位机连接，参考信号调理电路分别通过光耦接口与光电开关连接、通过上电路板总线接口与数据采集控制电路连接，直流电机稳速电路通过电机接口与电机连接、通过上电路板总线接口以及下电路板总线接口与电源模块连接，光源供电电路通过光源接口与灯座电线连接，电源模块输入通过上电路板总线接口、下电路板总线接口和电源接口与外部电源接口和外部电源连接，输出与上电路板和下电路板中的各个电路连接。
12.进一步地，上电路板与下电路板的外尺寸和形状相同的，边缘有均布的通孔，中间有1个矩形孔：矩形孔的长边尺寸等于机电分光调制框架主框架长边框内尺寸，短边尺寸等于机电分光调制框架主框架短边框外尺寸，矩形孔短边旁有通孔，位置与机电分光调制框架主框架的短边框上顶面的螺钉孔位置相同；上下两个电路板的后面有分别有光源的位置调节槽和位置固定槽，上下两个电路板前面分别有1个取样孔，上电路板的取样孔为圆孔，下电路板的取样孔为有连接带和中心圆的环形孔，中心圆直径等于取样照明系统外径，上有均布的固定通孔；
13.中间边框和底边框尺寸结构与上下两个电路板的边缘相同，相同位置处分别均布通孔和螺钉孔或通孔，分别放置在上下两个电路板中间和下面。
14.进一步地，光源部件用螺钉固定在下电路板的光源位置固定槽位置，包括卤钨灯、灯座以及光源透镜，所述卤钨灯、灯座以及光源透镜分别固定于固定架内，在固定架前方有出光口连接，卤钨灯的灯丝中心位于光源透镜的光轴上，与光源透镜的距离等于光源透镜的焦距，灯座的电线与上电路板的光源接口连接。
15.进一步地，所述取样照明系统包括照明筒及其内置的反射棱镜和照明透镜，照明筒上的入光口和出光口成45
°
角，入光口中心在光源透镜的光轴上，光源透镜的光轴与照明透镜的光轴垂直且交点在反射棱镜的反射面上；
16.传感器部件包括下固定筒和装有传感器的上调节筒，下固定筒和取样照明系统的照明筒用螺钉分别固定在下电路板的取样孔的中心圆的上下两面，传感器的信号线与下电路板的传感器接口连接。
17.本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：本实用新型利用机电分光调制框架和光电框架两个主体结构有机组合而成，结构整齐、简节、坚固、紧凑，便于安装调试和故障检测，特别适用于生产线上物料的在线实时检测，为生产的实时质量控制提供依据。
附图说明
18.图1为光机电结构融合一体的双框架结构光谱仪结构正视图；
19.图2为光机电结构融合一体的双框架结构光谱仪结构俯视图；
20.图3为滤光调制盘结构图；
21.图4为上电路板结构及电路布局图；
22.图5为下电路板结构及电路布局图；
23.图6为电路板原理框图；
24.其中，1机电分光调制框架；2光电框架；3上外壳；4主框架；5分光调制机构；6取样反射镜；7传感器；8上调节筒；9下固定筒；10信号接口；11外部电源接口；12取样窗口；13被测物；14取样照明系统；15照明透镜；16反射棱镜；17照明筒；18前光阑；19光电开关；20后光阑；21光源座；22光源透镜；23电线；24灯座；25灯泡；26下外壳；27光源部件；28底边框；29下电路板；30中间边框；31上电路板；32滤光调制盘；33滤光片；34定位孔；35轴套；36第一取样孔；37第二取样孔；38连接带；39位置固定槽和位置调节槽；40稳速电机；41滤光片狭缝；42上电路板总线接口；43第一通孔；44第二通孔；45数据采集控制电路；46直流电机稳速电路；47通信接口；48电源接口；49光源供电电路；50光源接口；51电机接口；52前放电路；53带通滤波电路；54下电路板总线接口；55中心圆；56传感器接口；57光耦接口；58电源模块；59参考信号调理电路；60第三通孔。
具体实施方式
25.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.以水分仪为例，光机电结构融合一体的双框架结构光谱仪结构图如图1和图2所示，包括机电分光调制框架1和光电框架2，机电分光调制框架1和光电框架2两个主体结构有机组合而成，并通过光电框架的下电路板29用螺钉固定于下外壳26的安装槽，上外壳3通过螺钉与下外壳26连接。
27.机电分光调制框架1包括主框架4、分光调制机构5以及取样反射镜6。主框架4呈不规则矩形：包括一高一矮的两个长边框和两个等高的短边框。其中矮的长边框向内固定分光调制机构5；高的长边框的上边沿通过螺钉向外固定取样反射镜6；两个等高的短边框上顶面有螺钉孔与光电框架2通过螺钉连接固定。主框架的底面平齐，与光谱仪下外壳26的内表面接触。分光调制机构5包括固定于主框架矮的长边框上的稳速电机40和光电开关19、稳速电机输出轴上固定的滤光调制盘32组成。滤光调制盘32结构如图2所示，滤光调制盘通过轴套35与机电分光调制框架1相连，滤光调制盘32均匀安装3个滤光片33，参见图3，每个滤光片的盘边对应位置有1个狭缝41，滤光调制盘32的边缘处于光电开关19的槽中。两个长边框下部分别有前后两个光阑，分别是前光阑18和后光阑20，其中心同轴，且通过滤光调制盘32上滤光片中心圆。
28.传感器部件包括下固定筒9和装有传感器的上调节筒8，下固定筒和取样照明系统的照明筒用螺钉分别固定在下电路板的取样孔的中心圆的上下两面，传感器的信号线与下电路板的传感器接口连接。
29.参见图4和图5，光电框架2包括上下两个电路板，上电路板31和下电路板29、中间边框和底边框28、光源部件27和取样照明系统14以及传感器7。上下电路板的外尺寸和形状相同的，上电路板31的长边边缘有用于固定的第二通孔44，短边边缘处有用于固定的第一通孔43，中间有1个矩形孔：长边尺寸等于机电分光调制框架1的主框架4长边框内尺寸，短
边尺寸等于机电分光调制框架1的主框架4短边框外尺寸；矩形孔短边旁有定位孔34，位置与主框架4短边框上顶面有螺钉孔位置相同；上下两个电路板的后面有分别有光源部件27的位置调节槽和位置固定槽39；上下两个电路板的前面分别有1个取样孔，分别是第一取样孔36和第二取样孔37：上电路板的第一取样孔36为圆孔，下电路板的第二取样孔37为带有连接带38的环形孔，第二取样孔37的中心圆55直径等于取样照明系统14的外径；中心圆55上有均布的固定通孔，上下分别放置传感器7和取样照明系统14用螺钉固定为一体。光源部件27用螺钉固定在下电路板29的光源位置，下电路板的四周具有第三通孔60用于固定。
30.参见图6，上、下电路板中电路连接方式如下：在同一电路板中的各个电路通过电路板的布线连接，上下电路板通过上电路板总线接口42和下电路板总线接口54的插针相连接，上电路板总线接口42和下电路板总线接口54与系统所有电路和外部电源接口11连接；传感器7的引脚与传感器接口56焊接，通过上电路板总线接口42与前放电路52、带通滤波电路53、数据采集控制电路45依次连接，并通过通信接口47、下外壳的信号接口10与上位机连接，参考信号调理电路59分别通过光耦接口57与光电开关19连接、通过上电路板总线接口42与数据采集控制电路45连接，直流电机稳速电路46通过电机接口51与电机连接、通过上电路板总线接口42和下电路板总线接口54与电源模块58连接，光源供电电路49通过光源接口50与灯座的电线23连接，电源模块58通过上电路板总线接口42和下电路板总线接口54和电源接口48与外部电源接口11与外部电源连接、输出与上下电路板中的各个电路连接。
31.中间边框30和底边框28尺寸结构与上下两个电路板的边缘相同，分别均布通孔和螺钉孔，分别放置在上下两个电路板中间和下面，用螺钉固定。光源部件27由光源座21及其内置的灯泡25、灯座24和光源透镜22组成，灯泡25固定于灯座24上，其中心与光源透镜22的光轴和光源座21出光口的中心同轴；取样照明系统14由照明筒17及其内置的反射棱镜16和照明透镜15组成，照明筒17上的入光口和出光口成45
°
角；光源透镜22的光轴经反射棱镜16反射后和照明透镜15的光轴同轴。
32.机电分光调制框架1在安装取样反射镜6之前，将其一高一矮的两个长边框置于光电框架2的中间矩形孔内，两个等高的短边框置于光电框架2的中间矩形孔下方，螺钉孔与定位孔34对齐，通过螺钉连接固定，然后再安装取样反射镜6。安装后，光源部件27的出光口中心、机电分光调制框架上的前后光阑中心、取样照明系统17入射口中心均在光源透镜22的光轴上，且光源透镜22的光轴垂直通过滤光调制盘32上滤光片33的中心圆弧；下外壳的取样窗口12中心、取样反射镜6的中心、传感器7的中心均在取样照明系统14的照明透镜15的光轴上。光源部件27通过取样照明系统14和下外壳26的取样窗口照亮被测物13，被照亮的被测物13和传感器7的感光面分别位于取样反射镜6的物和像的位置，保证被测物13被照亮区域在有效测距离范围内在传感器7的感光面上均有有效的光斑。
33.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。