课程设计（论文）棱镜分光式、多波长高温计
目 录摘要2前言（应用背景）2第一部分 多波长高温计工作原理及光学系统3第二部分 棱镜分光多波长高温计各个部分结构设计41 目镜41.1 目镜光学部分设计41.2 目镜工作原理42 物镜52.1物镜光学部分设计52.2物镜工作原理53 场栏反射镜563.1 场栏反射镜固定及结构设计64 反射镜1774. 1 反射镜固定及角度可调结构设计7第三部分 关键技术及改进意见9第四部分 心得体会10第五部分 结束语12参考文献13 附件一：棱镜分光多波长高温计使用说明 附件二：棱镜分光多波长高温计各部分结构参数 摘要 本文介绍一种棱镜分光式、多波长高温计。可完成-503000的温度测量。此仪器信噪比高、长期稳定性好、反映速度快且结构紧凑、操作方便。该仪器在各项性能测试中，获得满意的结果。 关键词：棱镜分光 多波长高温计 前言（课题应用背景）温度是一个表征物体状态的基本物理参数。温度的测量及控制在工业生产及科学研究中均具有重要的意义。随着科学技术的发展，高温测量对于宇航、能源、材料科学、冶金等领域的发展有特别重要的作用。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（-503000），反应速度快（亚毫秒级），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目标温度的测量。 第一部分 多波长高温计工作原理及光学系统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时获得目标的真实温度和光谱发射率的辐射式测温仪器。棱镜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个波长，选择灵活。它克服了传统的干涉滤光片分光限定工作波长的不足，从而提高了仪器的精度和长期稳定性。仪器的光路系统提供了辐射能量传播的通道，如图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5，一方面经分划板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入射到准直物镜12、13准直为平行光，再投射到组合棱镜14上，组合棱镜将复式光展成光谱，经暗箱物镜15、16聚焦于反射镜17，反射至探测器线列，经转换及电路处理可直接显示被测目标的真实温度。 第二部分 棱镜分光多波长高温计各个部分结构设计1 目镜1.1 目镜光学部分设计 目镜部分有分划板7、场镜8和目镜9、10在孔径光栏11组成，其中分划板与场镜间距离可以微调（18±5 mm）。机械结构设计如下图：41目镜外框 42开槽圆柱头螺钉M6×12 43开槽紧定螺钉M5×8 44目镜调节轮 45目镜内框 46目镜孔径光栏 47目镜正片 48目镜负片 49目镜压圈 50场镜 51场镜压圈 52分划板镜框 53分划板 54分划板压圈 1.2 目镜工作原理目镜调节轮与目镜内框通过螺纹连接螺旋转动。而目镜内框通过开槽紧定螺钉与目镜外框连接，通过开槽圆柱头螺钉实现目镜内框防转。转动目镜调节轮，目镜内框只能移动，不能转动，从而实现微调功能。2 物镜2.1物镜光学部分设计物镜由主物镜1、2、3和孔径光栏4组成，要求物镜与分划场镜的距离可以调节（147160 mm），机械结构设计如下图：1开槽圆柱头螺钉M4×10 2物镜外框 3物镜调节轮 4物镜内框 5物镜压圈 6主物镜1 7主物镜2 8主物镜3 9孔径光栏 10开槽紧定螺钉M6×10 11开槽圆柱头螺钉M6×16 12定位销钉3m6×202.2物镜工作原理可以看出，物镜的设计与目镜类似，都是利用螺旋转动，镜框防转，从而实现镜体的移动调节。物镜调节轮与物镜内框通过螺纹连接螺旋转动。而物镜内框通过开槽紧定螺钉与物镜外框连接，通过开槽圆柱头螺钉实现物镜内框防转。转动物镜调节轮，物镜内框只能移动，不能转动，从而实现距离调节功能。3场栏反射镜53.1 场栏反射镜固定及结构设计场栏反射镜通过压板固定在反射镜镜架上。反射镜处于光路中心，与水平成45度。镜架处于一个水平导轨上，镜架中间有个孔，与螺杆构成螺旋转动。螺杆通过箱体和支撑架支撑。转动手柄，螺杆转动，镜架在导轨上移动，从而实现场栏反射镜进入或撤出系统光路。场栏反射镜结构设计图如下：俯视图：13直角导轨 14开槽圆柱头螺钉M2×6 15场栏反射镜 16手柄 17螺杆 18场栏反射镜镜架主视图：55场栏反射镜压板4反射镜174. 1 反射镜固定及角度可调结构设计反射镜通过反射镜压板固定在反射镜镜架上。通过三个开槽圆柱头螺钉固定在箱体上。反射镜处于光路中心，与光路中心线成70度。开槽圆柱头螺钉可紧可松，拧松时可以缓慢转动反射镜镜架，实现反射镜角度的微调，拧紧时可紧固反射镜镜架，反射镜与光路角度也固定不变。反射镜结构设计图如下： 俯视图：33反射镜压板 34反射镜 35反射镜镜架 36开槽圆柱头螺钉M5×12 37反射镜底板主视图： 第三部分 关键技术及改进意见 在结构设计中，本装置的机械结构中最重要的是物镜、目镜、反射镜、场栏反射镜的固定及位置或角度的微调。其中物镜、目镜和场栏反射镜利用的是螺旋结构，固定镜架或利用导轨，转动螺杆，实现装置的水平位移，实现微调。而反射镜的角度调节利用的是开槽圆柱头螺钉固定，螺钉拧松时调节反射镜的角度。在装置的设计之初，我们小组讨论曾经想出了好几种实现目镜的水平移动的微调。比较好的方案是利用差动螺旋实现光学镜片的水平移动，差动螺旋在调节精度上也比较精确，应该说是比较好的一种方案。但是当时考虑在设计的工作量和复杂程度上时，我们有些犹豫，觉得有些复杂，尤其作图量比较大，便转而选择了本文所用的简单有效的单螺旋加螺钉防转方案。我们也曾经想了一种利用齿轮和螺杆实现运动方向垂直的方案。当时也曾经在结构装置上进行过设计。但是，由于棱镜分光多波长高温计的光学仪器的精密性，齿轮和螺杆这种常用于工业中的机件，达不到光学仪器要求的精度，或是达到相应的精度所需的小齿轮和相应固定装置难以在工艺上进行加工，不得已我们也选择了舍弃。从而最终选择了如今的方案，并顺利设计出了合理可行的机械结构图，并经老师检查认可可行。本装置在结构设计上有些微的不足。最明显的就是在目镜几个主要镜片的固定和装配中设计的不太合理。各镜片都是选用内压圈的方法进行固定。由于镜体有些长，各镜片都是从一个方向装配，从而在实际的装配中，放入镜筒最里面的镜片将不易放入。这是设计中的一个大的缺点。可以在设计时设计成从镜筒两个方向放入，内压圈和外压圈相结合的方法，使实际装配时比较方便。 第四部分 心得体会 为期三周的机械课程设计就要结束了。从开始老师布置课题时的一无所知到现在的1张重装图、5张零件图加一整套各部件可行的装配设计方案，我真的觉得这三周收获很多。首先，我对相对大一点的工程课题有了进一步的认识。当然，我们做的棱镜分光多波长高温计装配图还算不上什么大东西。但是原理是相通的。都是分成了几个小的部分。比如我们这个课题便是目镜、物镜、反光镜、场栏反射镜几个小部分。我们分成几个小组，各负责一个部分，最后整合起来，将彼此的方案相互共享，便组成了整个大的总装图。在实际工程中，我们也势必会面临这样的问题。这就需要我们有良好的团队合作意识，我们就要科学合理的分配任务，也要接受上级的工作安排，去身心负责自己的那部分任务，出色的将自己的任务做好。在对一个问题进行解决时，我们往往会有几种不同的方法。这就需要我们会进行分析，在成本、时间、复杂程度、效益等各个方面进行考虑，选择整体上最适合的方案。而最好的选择，就是我们这个工程成功非常重要的保证。这就需要我们在不断的学习及工作中锻炼自己的最有选择的能力。好的选择加上勤奋的努力是取得成功的保证。在做一件事情时，尤其是工科的人在做工程时，不管是大工程还是小工程，一定要有一丝不苟的精神，就像我们工大的校训“规格严格，功夫大家”。其实很多很小的事情，或是工程中小的地方，往往就决定了整个大局的成败和优劣档次。在作图时，尤其时在零件图的标注时，有好多很小的地方，一个定位，一个公差等级，都是很小的事情，但都是很严肃的事情，来不得*虎。我就是在镜框的配合中，没有仔细去工具书中查找配合代号，凭感觉自己标了上去，结果被老师一眼看了出来，责令重新查找，改了一遍。开始我不在意，后来想了想，是啊，我做的是光学仪器，本来对精准度就要求很高，如果不用查找标注随便标的话，那加工出来的东西能实现光学特性吗？能实现温度的准确测量吗？这可是测温度的高温计啊，万一测不准出什么问题，后果就难以预料。 第五部分 结束语 经过三周的机械课设，虽然感到很累，但是我觉得很有收获。首先，在专业知识上，通过实际机械设计、作图，我对之前学过的工程制图和机械学基础有了进一步的巩固。而且，在解决实际问题时，在做工程时遇到问题如何处理，我有了一次切身的体验。在工作时，不管大事还是小事，尤其是一些不起眼的细节，更要保持一丝不苟的作风。另外，在这三周的机械课设中，我要十分感谢*老师的辛苦指导，*老师从大到整体计划的规划，小到一个螺纹、配合的标注，都给予了非常大的帮助。也正是因为*老师的辛勤监督，才使得我们按要求、认真的完成了长达三周的课设，顺利完成了棱镜分光多波长高温计的机械结构装置设计，完成了一张总装配图，5张小的零件图。虽然课设就要结束了，但*老师教导的严谨的工作作风，“规格严格，功夫到家”的校训，将永远影响着我以后的学习、研究、工作，让我在做每一件事情时，都认真严格的要求自己，追求卓越。最后再次感谢*老师的辛勤指导！参考文献1. 蒋秀珍 机械学基础 科学出版社 2009，12. 蒋秀珍 “机械学基础”综合训练图册 科学出版社 2010，43. 机械设计实用手册编委会 机械设计实用手册 机械工业出版社 2009，44. 罗庆生 韩宝玲 光机电一体化系统常用机构 机械工业出版社 2009，15. 戴景民 孙扬 等 棱镜分光式精密（标准）多波长硅光电高温计 计量学报 1996，106. 何瑾 孙晓刚 戴景民 新型精密（标准）多波长光电高温计 电子测量与仪器学报 1999，67. 丛大成 戴景民等 分光式便携比色高温计的设计 热能动力工程 1999，5附件一：棱镜分光多波长高温计使用说明 组装好各部分装置，将场栏反射镜放入光路中，调节物镜、目镜位置，用目镜（孔径光栏处）瞄准、对光。光路对好后撤去场栏反射镜，成像于视场光栏的能量经各光学器件投射，光谱展开，聚焦于反射镜，调节反光镜角度，使光谱反射至光谱镜面，再经转换及电路处理进而实现对被测目标真实温度的显示检测。附件二：棱镜分光多波长高温计各主要部分结构参数序号名称外形尺寸镜框尺寸中心厚度 1主物
