CCD火花直读光谱仪光机结构设计

摘要

随着科技和技术的不断发展，冶金和一些金属相关领域对光电直读光谱仪提出了更高的要求。近些年发展起来的CCD火花直读光谱仪较好地满足了很多需求，CCD火花直读光谱仪除了具有传统直读光谱仪的优点：测量精度和准确度高、操作简单以外，还可以进行全谱测量，这是现阶段采用光电倍增管（PMT）的直读光谱仪所不具有的功能。这很大程度源自于CCD火花直读光谱仪的特殊光学结构和采用的CCD传感器。作为CCD直读光谱仪器来说，其光学结构大部分采用罗兰圆光学结构，也是整个系统设计的核心部分。
　　本文首先介绍了 CCD火花直读光谱仪的基本原理和组成结构，着重分析了罗兰圆光路结构的光学零部件。之后采用ZEMAX光学软件对其光路结构进行了仿真和分析，并选用白口铸铁中的Fe、C、P、S四种元素的特征谱线参数进行了光学仿真分析，通过分析确定了相关光学元器件的基本参数，并进行了优化来获得理想光路的相关参数，根据公差仿真分析了对应谱线的分布。并基于光线仿真效果评价进行了元器件公差以及机械夹具的公差分析，为光学元件机械夹具设计提供了具体要求，最后利用UG软件对光路上的各个机械结构进行了设计，并实现了整个光路结构的加工和安装。还对其安装误差等问题进行了一定程度地分析和讨论，最后予以实验测试和验证。这些都提供了较为准确和直接的设计参考。

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1 绪论

1.1论文研究背景

1.2原子发射光谱仪的发展历史

1.3 CCD火花直读光谱仪的研究现状

1.4.本课题研究的主要工作内容

1.5论文的组织安排

2 CCD火花直读光谱光机结构理论及分析

2.1 CCD火花直读光谱仪的发光原理

2.2 CCD火花直读光谱仪的光机结构

3 CCD火花直读光谱仪光学系统的仿真设计及公差分析

3.1罗兰圆光学系统相关元件参数的设计

3.2罗兰圆光路安装结构的模拟和仿真

3.3罗兰圆光路结构公差制定的目的和意义

3.4罗兰圆光路结构的公差分析

4 CCD火花直读光谱仪的光路结构相关机械结构设计

4.1光室和罗兰圆光路结构的UG机械结构设计

4.2光路结构中元器件固定部件结构的相关问题讨论

5火花直读光谱仪光机系统测试

5.1波长的定标处理

5.2 CCD位置对采集信号影响的测试

6总结和展望

6.1 本论文的主要工作

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录 光谱仪光室及其内部主要部件的机械制图