機(jī)械設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、棱鏡分光多波長(zhǎng)高溫計(jì)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(cuò)誤！未定義書簽334. 關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44.1物鏡44.2目鏡54.3場(chǎng)欄反射鏡64.4組合棱鏡64.4反射鏡75. 改進(jìn)意見(jiàn)76. 心得體會(huì)77. 參考文獻(xiàn)91. 課題應(yīng)用背景棱鏡分光多波長(zhǎng)高溫計(jì)是一種新型的輻射測(cè)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(cè)量，熱物性動(dòng)態(tài)測(cè)試及溫度傳遞等。它具有測(cè)溫范圍寬(-503000°C),反應(yīng)速度快(亞毫秒級(jí))，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，使用壽命 長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它適用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)、運(yùn)動(dòng)物體、帶電物體及不可接觸的 目標(biāo)溫度的測(cè)量。棱鏡分

2、光高溫計(jì)屬于光電高溫計(jì)。光學(xué)高溫計(jì)是 發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)之一。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍廣（7003200C）, 般可滿足工業(yè)測(cè)溫的準(zhǔn)確度要求。目 前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測(cè)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(jì)的缺點(diǎn)是以人眼觀察，并需用手動(dòng)平 衡，因此不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量和自動(dòng)記錄，且測(cè)量結(jié)果帶有主觀性。最 近，由于光電探測(cè)器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計(jì)在 工業(yè)測(cè)量中的地位逐漸下降，正在被較靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計(jì)所代 替。在光學(xué)咼溫計(jì)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的光電咼溫計(jì)用光敏兀件代替人 眼，實(shí)現(xiàn)了光電自動(dòng)測(cè)量。特點(diǎn)：靈敏度和準(zhǔn)確度高；波長(zhǎng)范圍不受

3、限制，可見(jiàn)光與紅外范圍均可，測(cè)溫下限可向低溫?cái)U(kuò)展；響應(yīng)時(shí)間短； 便于自動(dòng)測(cè)量和控制，能自動(dòng)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(zhǎng)硅光電高溫計(jì)，用于表面真溫和材料發(fā)射率 的同時(shí)測(cè)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(cè) 器,具有以下特點(diǎn):取消了干涉濾光片，從而消除了因?yàn)V光片透過(guò)率漂 移而造成的不穩(wěn)定；因?yàn)闊o(wú)干涉濾光片，使整個(gè)光路光能損失減少，提 高了儀器的信噪比；波長(zhǎng)選擇靈活，適用性強(qiáng),且光譜透過(guò)率波形接近 理想的矩形。戴景民教授在此多波長(zhǎng)高溫計(jì)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(jì)，

4、一般具有01656卩m和019卩m兩 個(gè)工作波長(zhǎng)，并可按用戶要求增加其它波長(zhǎng)。該儀器除保持了無(wú)濾光 片這一特點(diǎn)外,與其它的精密（標(biāo)準(zhǔn)）光電高溫計(jì)相比,還具有以下優(yōu) 點(diǎn):一機(jī)多個(gè)工作波長(zhǎng)；成本低廉,與單波長(zhǎng)高溫計(jì)相當(dāng)；可進(jìn)行不同 波長(zhǎng)上的亮溫傳遞；儀器小巧及使用方便?？偟膩?lái)說(shuō)，目前光電高溫計(jì)的發(fā)展前景還是很樂(lè)觀的，已經(jīng)有許多一起被批量生產(chǎn)廣泛應(yīng)用于 各個(gè)領(lǐng)域。2. 儀器工作原理多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫儀是通過(guò)測(cè)量目標(biāo)在多個(gè)波長(zhǎng)下的輻射能量來(lái)同事 獲得目標(biāo)的真實(shí)溫度和光譜發(fā)射率的輻射式測(cè)溫儀器。多波長(zhǎng)輻射測(cè)溫法是在一個(gè)儀器中制成多個(gè)光譜通道，利用多個(gè)光譜的物體輻射亮 度測(cè)量信息，經(jīng)過(guò)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(duì)被測(cè)對(duì)象也沒(méi)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(shí)測(cè)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(cè)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(gè)儀器設(shè)備在較為精確地測(cè)量目標(biāo)真溫和發(fā) 射率的同時(shí)，也具備了體積小、操作方便靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。這 相對(duì)于以往的多波長(zhǎng)高溫計(jì)來(lái)說(shuō)，是很大的突破。這些方面的改善， 也將使得高溫計(jì)能夠在更為復(fù)雜的環(huán)境下發(fā)揮其實(shí)用價(jià)值，具有很好 的應(yīng)用前景。而且，儀器分光多波長(zhǎng)高溫計(jì)采用棱鏡分光獲得工作 波長(zhǎng)，它最多可有35個(gè)波長(zhǎng)，

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(zhǎng)的不足，從而提高了儀器的精密和長(zhǎng)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(chǎng)欄反射鏡5, 方面經(jīng)分劃板7、 場(chǎng)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(chǎng)光欄的能量經(jīng)分劃場(chǎng)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(cè)器線列，經(jīng)轉(zhuǎn)換及電路處 理課直接顯示被測(cè)目標(biāo)的真實(shí)溫度圖1序號(hào)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(chǎng)欄反射鏡25*25*1 （金屬）6分劃場(chǎng)鏡323057分劃板32308場(chǎng)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(jì)4.1物鏡棱鏡的物鏡由四部分組成，三個(gè)主物鏡和一個(gè)孔徑光欄，如圖2所示， 三個(gè)主物鏡膠接，物鏡的設(shè)計(jì)要求是主物鏡與孔徑光欄的可調(diào)范圍為 147160mm,且在設(shè)計(jì)過(guò)程中物鏡不能轉(zhuǎn)動(dòng)只能移動(dòng)。而棱鏡物鏡屬 于精密儀器，而達(dá)到這

8、種移動(dòng)效果，我們首先想到的就是螺旋結(jié)構(gòu)， 通過(guò)螺紋來(lái)實(shí)現(xiàn)物鏡的移動(dòng)。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(gè)壓圈內(nèi)把物鏡固定在一個(gè)帶有外螺紋 的鏡框中，在鏡框的外面用一個(gè)帶有內(nèi)螺紋的手輪與之配合。通過(guò)一個(gè)螺釘使套筒與手輪保持橫向固定，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪時(shí)，鏡框及物鏡便會(huì) 橫向移動(dòng)。設(shè)計(jì)中還有一個(gè)要求是使物鏡保持平動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)，所以我們?cè)谔淄才c鏡框意見(jiàn)加了一個(gè)防轉(zhuǎn)螺釘來(lái)防止物鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣就可 以實(shí)現(xiàn)物鏡的平動(dòng)了。套筒通過(guò)三個(gè)螺釘與箱體相連接，并用一個(gè)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(jì)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(méi)有膠接在一起。同樣采用壓 圈法來(lái)固定鏡片，由于孔徑光欄與鏡片之間有較長(zhǎng)距離，所以這次我 們采用了較長(zhǎng)的壓圈，與設(shè)計(jì)目鏡壓圈的方法相似，我們用一個(gè)壓圈 與帶有外螺紋的鏡框配合，然后在鏡框的外面用一個(gè)帶有內(nèi)螺紋的手 輪與之配合。手輪與套筒通過(guò)螺釘連接，套筒與箱體連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手 輪時(shí)手輪實(shí)現(xiàn)空轉(zhuǎn)而鏡框與鏡片一起移動(dòng)，并在套筒的表面開一個(gè) 槽，加上一個(gè)防轉(zhuǎn)螺釘，來(lái)達(dá)到使目鏡只平動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。圖34.3場(chǎng)欄反射鏡場(chǎng)欄反射鏡要求被固定在一個(gè) 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(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn) 鏡框及鏡片的移動(dòng)，這次我們采用螺

10、桿轉(zhuǎn)螺母移動(dòng)的結(jié)構(gòu)， 讓鏡框被 固定在一個(gè)螺母上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿從而達(dá)到使鏡框在導(dǎo)軌上移動(dòng)的效 果，原理圖如圖4所示。兩根導(dǎo)軌分別用兩個(gè)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(guò)兩個(gè)螺釘與箱體相連。我們用螺桿各部分的粗細(xì)程度不同來(lái)控制 螺桿的縱向移動(dòng)。在螺桿位于箱體外的那一側(cè)加一個(gè)手輪， 使螺桿能 夠更加輕松的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(zhǎng)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(gè)箱子，把棱鏡放置在箱子上，通 過(guò)固定箱子來(lái)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(gè) 20.7度的角度，它 被固定在一個(gè)帶有60*45*1.5大小的槽的鏡框中，用四個(gè)螺釘把反射 鏡固定在在槽中。我們把反射鏡的底座設(shè)計(jì)成一個(gè)圓盤， 圓盤上開有 三個(gè)通透的槽，三個(gè)槽中分別有一個(gè)螺釘與箱底固定。 當(dāng)把螺釘擰緊 時(shí)，圓盤保持不動(dòng)，反射鏡也不動(dòng)，當(dāng)松動(dòng)三個(gè)螺釘后，圓盤變可以 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使反射鏡也相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖65. 改進(jìn)意見(jiàn)在反射鏡的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們采用了直接轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤來(lái)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(duì)于棱鏡高溫計(jì)這樣 的光學(xué)精密儀器來(lái)說(shuō)，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(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)來(lái)控制反射鏡的角 度，從而提高精度。由于在物鏡設(shè)計(jì)的過(guò)程中沒(méi)有考慮到目鏡，導(dǎo)致 物鏡設(shè)計(jì)距離過(guò)長(zhǎng)，使目鏡接近箱體邊緣，從而不得不把元件箱蓋加 長(zhǎng)一定的距離以滿足目鏡的固定要求。6. 心得體會(huì)為期三周的課程設(shè)計(jì)貌似一眨眼就結(jié)束了。 通過(guò)為期三周的機(jī)械課程 設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)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(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，在將來(lái)就能穩(wěn)健 地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。說(shuō)實(shí)話，課程設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累.然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì) 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(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)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(guò)課程設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致.課 程設(shè)計(jì)過(guò)程中，許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂：有2次因 為不小心我沒(méi)有仔細(xì)估算圖紙比例，導(dǎo)致場(chǎng)欄反射鏡與物鏡之間距離 太小，隨意只能非常無(wú)奈地重畫.但一想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì) 責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無(wú)比震驚的事 故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良 好習(xí)慣.這次課程設(shè)計(jì)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(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)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(shí)能力是如此的不足， 幾年來(lái)的學(xué)習(xí) 了那么多的課程，今天才知道自己并不會(huì)用。由于這次課程設(shè)計(jì)我們 采用了分組討論的形式，所以在這個(gè)過(guò)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(wèn)題時(shí)顯示出的優(yōu)秀品質(zhì) ， 更深切的體會(huì)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(duì)一些問(wèn)題的看法產(chǎn)生了良性的變化。 在社會(huì)這樣一個(gè)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(huì).在實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)當(dāng)中依靠與被依靠對(duì)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(wèn)題而有些人則不以為然。其實(shí)在生活中這樣的事情也是很多的，當(dāng)我們面對(duì)很多問(wèn)題的時(shí)候所采取的具 體行動(dòng)也是不同的，這當(dāng)然也會(huì)影響我們的結(jié)果很多時(shí)候問(wèn)題的出現(xiàn) 所期待我們的是一種解決問(wèn)題的心態(tài)，而不是看我們過(guò)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(wèn)題之中，我們才能更好的解決問(wèn)題。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過(guò) 程中,口角的斗爭(zhēng)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(jì)較和埋怨這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中，