一種用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置的製作方法

2023-10-18 06:35:09 2

本發明涉及一種用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置，具體是一種對光纖式衰減全反射探頭與被測樣品表面的接觸角度進行限制，並使探頭能以恆定下壓力與樣品表面接觸的裝置。

背景技術：

傅立葉紅外光譜技術使得人們可以對樣品的紅外吸收譜進行分析，從而對樣品組份進行探索。通過使用光纖衰減全反射探頭，可以將紅外光從臺式的傅立葉紅外光譜儀中引出到被測樣品上，並將返回光重新導入傅立葉紅外光譜儀的探測器，可以實現對樣品的原位檢測。使用光纖衰減全反射探頭對被測樣品進行光譜分析時，需要保證探頭端面與樣品表面充分接觸。這就要求對探頭端面與樣品表面的接觸角度進行限制，並在探頭上施加垂直於接觸面的正下壓力。在實際應用中，若使用手持的方式施加下壓力進行測量，使用人員對探頭施加的壓力往往不能精確控制，且探頭可能傾斜使得探頭端面與樣品表面並沒有充分接觸，導致測量結果波動較大。此外，如果被測物體對所受外力上限有嚴格要求(譬如超過壓力閾值會發生不可逆損傷等)，就會對使用人員施加壓力提出很大的考驗。而為探頭提供一個高可靠的恆壓限位裝置，可以有效解決該問題。

目前尚無針對光纖衰減全反射探頭的恆壓限位裝置。而在其他領域的現有的能夠提供恆壓的裝置通常有以下幾種主要方案：

方案1：利用密封的液體產生的液壓提供恆定壓力。該方案通常適用於重型機械等領域，器件尺寸往往比較大，不適用於小尺寸高精度場合。

方案2：利用機械傳動機構和步進電機實現恆壓控制。通過編程控制步進電機的給進量，使之產生可控的壓力。該方案需要電路控制和編程實現，設備相對複雜。

方案3：利用磁性材料同性相斥的原理，通過反饋裝置控制兩磁鐵的距離，使其產生恆定的排斥力，從而實現恆定壓力。同樣該方案需要增加合適的反饋控制裝置，實現複雜度較高。

因此，在高精度、小型化的探測場景下，需要一種能夠為探頭提供恆壓限位，且結構簡單、精度高的裝置。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置，通過對光纖衰減全反射探頭前端面與被測樣品表面的接觸角度進行限制，並對探頭前端面與樣品表面的接觸面施加恆定的正下壓力的裝置。該裝置結構簡單，穩定可靠，並能對所施加的下壓力進行調節。

為了解決上述問題，本發明的技術解決方案是：

一種用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置，包括：套管上端蓋子、套管主體、套管下端蓋子、彈簧承載圓盤和彈簧；

所述的套管主體為中空的圓柱形，該套管主體的上下兩端分別與所述套管上端蓋子和套管下端蓋子相接，

所述的彈簧承載圓盤為圓柱形，且中間開孔，孔的形狀與光纖衰減全反射探頭的外形相匹配，該彈簧承載圓盤置於套管主體內；

所述套管上端蓋子和套管下端蓋子的中間開孔，孔的形狀與光纖衰減全反射探頭的外形相匹配，光纖衰減全反射探頭的探頭端依次穿過所述的管上端蓋子、彈簧、彈簧承載圓盤和套管下端蓋子，且所述彈簧承載圓盤與光纖衰減全反射探頭的下部固定相連；

所述彈簧套在光纖衰減全反射探頭上，一端與套管上端蓋子的下表面相連，另一端與彈簧承載圓盤的上表面相連。

所述的彈簧承載圓盤與光纖衰減全反射探頭為緊接觸；光纖衰減全反射探頭與套管上端蓋子、套管下端蓋子為滑動接觸；彈簧承載圓盤與套管主體內壁為滑動接觸。

所述的彈簧承載圓盤的外徑與套管主體的內徑相匹配。

所述的彈簧承載圓盤通過在水平方向上的緊定螺絲或膠水與光纖衰減全反射探頭固定。

所述的套管上端蓋子與套管主體的相對位置可以通過旋轉套管上端蓋子來調節；調節完畢後，利用安裝在套管上端蓋子上的緊固螺絲來鎖定。

所述的套管下端蓋子和套管主體通過螺絲或膠水固定。

所述的套管上端蓋子、套管主體、套管下端蓋子和彈簧承載圓盤的材料為金屬或硬塑料等不易形變的材質。

測量前，彈簧通過彈簧承載圓盤將探頭頂住，使探頭前端面(即探頭的測量端面)露出套管；測量時，使用者手持套管主體將探頭前端面壓在被測樣品上，並下壓，直至探頭露出套管部分被壓入套管內。此時，探頭前端面對被測樣品的下壓力為f＝kL，其中k是高精度彈簧的彈性係數，L是高精度彈簧的收縮長度。

與現有設計方案相比，本發明具有如下優點：

(1)在測量時探頭前端面與套管下端蓋子的下表面平齊，而套管下端蓋子的下表面與被測樣品的表面平齊，可以保證探頭前端面與測樣品的表面平齊，使兩者充分接觸；

(2)通過套管上端蓋子和套管主體對探頭的位移進行約束，保證探頭只能在垂直方向上移動，不會發生傾斜，導致與被測樣品表面接觸不良；

(3)探頭前端面對被測樣品表面的正下壓力由探頭位移也即彈簧的壓縮量決定，不受操作員對套管主體所施加的力的影響，保證壓力的恆定和可重複性；

(4)通過旋調套管上端蓋子調整高精度彈簧的壓縮量，因此彈簧對探頭施加的壓力可隨著應用場景的不同而靈活調節。

附圖說明

圖1是本發明用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置的結構示意圖；

圖2是本發明用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置的工作過程示意圖，其中，(a)為測試樣品之前的狀態，(b)為測試樣品之中的狀態。

圖中：1-套管上端蓋子，2-套管主體，3-套管下端蓋子，4-彈簧承載圓盤，5-彈簧，6-緊固螺絲，7-光纖衰減全反射探頭，8-被測樣品。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。

請參閱圖1，圖1是本發明用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置的結構示意圖，如圖所示，一種用於光纖式衰減全反射探頭的限位恆壓裝置，包括套管上端蓋子1，套管主體2，套管下端蓋子3，彈簧承載圓盤4，彈簧5和緊固螺絲6。彈簧承載圓盤4套在光纖衰減全反射探頭7下部並通過在水平方向上的緊定螺絲或膠水與探頭固定，兩者為緊接觸，即兩者之間不發生相對位移；彈簧5套在光纖衰減全反射探頭上部，三者置於套管主體2內部；套管主體2上下兩端分別於套管上端蓋子1和套管下端蓋子3相接；光纖衰減全反射探頭7與套管上端蓋子1、套管下端蓋子3為滑動接觸；彈簧承載圓盤4與於套管主體2內壁為滑動接觸。滑動接觸指兩者的直徑相差在0.01至0.05mm之間。這樣光纖衰減全反射探頭7可以在垂直方向上下移動，而水平方向的移動則被有效約束。

本實施例中，套管上端蓋子1，套管主體2，套管下端蓋子3，彈簧承載圓盤4的材料是不鏽鋼。

如圖2所示，測量前，高精度的彈簧5通過彈簧承載圓盤4將光纖衰減全反射探頭7頂住，使光纖衰減全反射探頭7前端(即探頭的測量端)露出套管。測量時，使用者手持套管主體2將探頭前端壓在被測物體上，並下壓，直至光纖衰減全反射探頭7露出套管部分被壓入套管內。此時，探頭前端對被測物體的下壓力為f＝kL，其中k是高精度彈簧5的彈性係數，L是高精度彈簧5的收縮長度。當光纖衰減全反射探頭7完全縮入套管後，由於套管的限制，光纖衰減全反射探頭7位置不再變化，從而確保施加在光纖衰減全反射探頭7上的下壓力恆定不變。探頭上下移動時，其水平方向的位移主要由彈簧承載圓盤4與套管上端蓋子1約束，因此彈簧承載圓盤4與套管上端蓋子1應具有一定的厚度，防止探頭在水平方向上的晃動。