Механизм программного переключения оптических элементов спектрофотометра

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, спектральных щелей.Для обеспечения высокого качества спектрограммы желательно, чтобыпереключение оптических элементов 10производилось без остановки сканирования и таким образом, чтобы достаточно инерционная система регистрации не успела прореагировать на переходный процесс. 15Известны механизмы программногопереключения, обеспечивающие требуе"мую скорость переключения 1 .Однако данные механизмы сложныпо конструкции.20Наиболее близким к предлагаемомутехническим решением является механизм программного переключения оптических элементов спектрофотометра,содержащий поворотный кулачок с выполненными на его боковой поверхности двумя рабочими участками, разделенными переходными участками, и кон.тактный элемент, кинематически связанный с установленным подвижно держателем оптических элементов 21.Недостатком известного механизмаявляется низкая скорость переключенияоптических элементов, которая ограничивается необходимостью поворота контактного элемента вокруг оси на 180 З 5и не позволяет Осуществить переключе.ние без остановки сканирования,Целью изобретения является повышение скорости переключения оптических элементов в процессе сканирования спектра.Поставленная цель достигается темчто механизм программного переключения оптиЧеских элементов, содержащийповоротный кулачок с выполненнымина 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 егобоковой поверхностью, взаимодействую.щим с контактным элементом рычагомвторого рода,.ось поворота которогозакреплена на торцовой поверхностиКулачка в зоне его первого рабочегоучастка, и ограничителями углов поворота рычага и собачки, при этомна рычаге выполнены обращенный к собачке зуб, одна из граней которогоимеет форму первого рабочего участка,и функциональный участок с профилем,соответствующим профилю первого рабочего участка кулачка, и с длиной 65 2, удовлетворяющей соотношению 09 гН,где Я - расстояние от оси рычага дограницы первого функционального участка кулачка, г - радиус контактногоэлемента, т. - длина проекции переход.ного участка кулачка .на продолжение его второго рабочего участка.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, кулачокн взаимодействующий с боковой поверхностью кулачка 3 контактный элемент 4, выполненный в виде цилиндра радиуса г и кинематически (через передачу 5) связанный с держателем 1. На боковой поверхности кулачка 3 выпол- нены два рабочих участка, представляющие в данном случае части круговых цилиндров .с радиусами Н 1 и яг (ЙВг) . Рабочие участки разделейы переходными участками, которые обеспечивают плавный перехсд от одного участка к другому, и наоборот.Между осью 03 кулачка 3 и его боковой поверхностью неподвижно закреп лена ось 06 поворота собачки б, Исходное положение собачки задается ограничителем 7,.положение которого относительно оси 03 кулачка может рЕГулироваться, прижатие собачки б к Ьграничителю осуществляется пружиной 8. На торцовой поверхности кулачка 3 закреплена ось 09 рычага 9 второго рода, расположенная в зоне первого рабочего участка У 1 кулачка, т.е, в пределах угла между радиусами-векторами, проходящими через край. ние точки А и В этого участка, на расстоянии. Я от точки В. На рычаге 9 выполнен зуб 10 с вершиной О, обра ценный в сторону оси 03 кулачка 3, т.е. в сторону собачки б Грань 11 зуба О, имеет форму первого рабочего участка рычага 9, в данном варианте механизма в виде части кругового цилиндра,соосного с кулачком 3. Радиус Н этого цилиндра выбирается неПсколько меньшим суммы расстояний от оси 06 собачки б до оси 03 кулачка и до вершины С зуба собачки.:Вторая грань 12 зуба 10, как и грань 13 зуба собачки, выполняется плоскойФункциональный участок 14, выполненный на наружной поверхности рычага 9, имеет такой же профиль, что и первый рабочий участок у 1 кулачка 3, т.е. в изображенном на чертеже варианте представляет собой часть кругового цилиндра радиуса Н,. Длина Х участка 14 выбрана из условия 3)5+г+1, где г. - длина проекции ВЕ переходного участка П 1 на продолжение первого рабочего участка У 1 кулачка 3.1081432 20 25 30 35 40 50 55 60 Длина зуба 10 (т.е. расстояние между гранью 11 и функциональным участком 14) выбирается равной разностиВ"Я , Между гранью 12 зуба и функциональным участком 14 рычага 9 желательно выполнить дополнительную 5 грань 15.,образующую.тупой угол с участком 14. На кулачке 3 закреплен также ограничитель 16 угла о(,поворота рычага 9. Положение ограничителя выбирается таким образом, чтобы 10 выполнилось соотношение з) дЫ/2)(Й-Ц 15.Механизм работает следующим образом.В исходный момент, соответствующий. началу рабочего спектрального ин .тервала, контактный элемент 4 находится на первом рабочем участке У 1 кулачка .3, вблизи точки А., в поток излучения введен фильтр 2 А. В процес се сканирования спектра кулачок 3,связанный с приводом сканирования,приводится во вращение против часо. -вой стрелки. В результате зона контакта элемента 4 и кулачка 3 перемещается по участку У 1 в направленииточки В. Вследствие постоянства радиуса В кулачка на участке У 1 поступательного перемещения контактногоэлемента 4 при этом не происходитПри вращении кулачка 3 рычаг 9, придя во взаимодействие с собачкой 6,начинает поворачиваться относительно кулачка 3 против часовой стрелки до тех пор, пока вершина С зуба собачки не войдет в контакт с гранью 11 зуба 10, выполненного на рычаге 9. Благодаря выбору указанного соотно.шения между размером зуба 10 рычага 9, размером собачки 6 и профилем функционального участка 14 рычага, а также соответствующей наотройке ноложенчя собачки 6 с помощью регу- лируемого ограничителя 7, в этот момент происходит точное совмещение участка 14 с первым рабочим участком У 1 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 взаимодействует одновременно с кулачком 3 и рычагом 9 до тех пор, пока зона контакта ие совместится с точкой В.После 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 У 1 кулачка 3 и 14 рычага точно совпадают, закон движения контактного элемента 4 сохраняется (в данном варианте механизма. элемент 4 остается неподвижным) . Благодаря указанному выбору длины участка 14 рычага 9 взаим.1 лействие контакг 5 ного элемента 4 и участка 14 продолжается до тех пор, пока контактный элемент 4 не установится против второго рабочего участка У 2 кулачка 3, При этом вершина Р зуба 10 приблизится к вершине С зуба собачки 6.Как только вершина Р 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 соприкосновениясо вторым рабочим участком У 2 кулачка 3. В этот момент в ход лучей установится фильтр 2 Б.Движение рычага 9 прекратится в момент его соприкосновения с ограничителем. Выбор указанного значения угла с 6 поворота .рычага 9 гарантирует, что этот поворот не прекратится раньше, чем контактный элемент 4 придет,в соприкосновение с вторым рабочим участком У 2 кулачка 3,Таким 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, исполь зуемыми в спектральных приборах.Возврат держателя 1 оптических элементов 2 в исходное положение может быть произведен либо при продолжении вращения кулачка 3 в прямом направлении (против часовой стрелки) во время взаимодействия контактного элемента 4 с вторым переходным участком П 2, либо при изменении направления вращения на обратное. Если при смене направления вращения кулачка 3 рычаг 9 отходит от ограничителя, контактный 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 П 1 рычага 9, в процессе которого в ход лучей вновь установится фильтр 2 А. Собачка 6 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 П 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 простойб/34 Тираж 823 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушекая наб., одписное каэ д, 4/5 Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная конструкцией и высокой надежностью,обеспечивает возможность переключе.ния оптических элементов как при прямом, так и при обратном направлениисканирования. При этом скорость переключения при сканировании в прямом направлении значительно выше, чем уизвестного механизма. Это позволяет осуществлять переключение за время, намного меньшее постояннойвремени системы регистрации,т.е.без остановки сканирования и искажений спектрограмь: