Універсальна вставка кріостата для спектрофотометричних та електрооптичних досліджень

Реферат: Універсальна вставка кріостата для спектрофотометричних та електрооптичних досліджень зразків матеріалів в якій декілька ідентичних кювет встановлені поруч по вертикалі, для зміни зразків встановлені виконавчий механізм для переміщення кювет у вертикальному напрямі та механізм їх обертання. Механізм переміщення тримача підкладок з кількома кюветами для досліджуваних зразків на кілька фіксованих положень по вертикалі і кілька фіксованих положень кутів по горизонталі виконаний у формі циліндра з отворами. В отворах за допомогою фіксатора може бути встановлено необхідне положення центральної трубки вставки та тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків як по вертикалі, так і по куту. Фіксатор закріплений на центральній трубці вставки, положення центральної трубки відповідає положенню фіксатора в отворі циліндра. Центральна трубка разом з фіксатором може бути механічно переміщена по вертикалі і куту відносно циліндра, закріпленого на подовжувачі, що встановлений на верхньому патрубку кріостата. UA 120275 U (12) UA 120275 U UA 120275 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі оптичного приладобудування, зокрема до техніки спектрофотометричних та електрооптичних досліджень зразків матеріалів при низьких температурах. Визначення коефіцієнтів відбиття та поглинання світла для різних матеріалів при низьких температурах, дослідження електрооптичних властивостей є актуальними завданнями наукових досліджень та приладобудівної техніки. Відомо, що коефіцієнт оптичного поглинання [1, 2] визначається як відношення інтенсивності світлового потоку, що пройшов крізь досліджуваний зразок до інтенсивності падаючого світлового потоку: Т=Іп/Іо (1); а коефіцієнт оптичного відбиття [1, 2] визначається як відношення інтенсивності відбитого від поверхні світлового потоку, до інтенсивності падаючого світлового потоку: R=Iв/Іо (2). Варто зазначити, що для коректного визначення коефіцієнтів поглинання і відбиття світлових потоків площа падаючого випромінювання на досліджуваний і еталонний зразок повинна бути однаковою, при цьому інтенсивність світлових потоків вимірюють фотоприймачем та відповідним вимірювально-інформаційним блоком. Відомим аналогом є вставка кріостата для оптичного дослідження зразків, у корпусі якої змонтовані мікропроектор, кювета і механізм переміщення, виконаний у вигляді кінематично зв'язаного з нею штока. На внутрішній поверхні корпуса жорстко закріплена рейка, шток механізму переміщення кювети пропущений через трубку, верхній кінець якої зв'язаний з корпусом за допомогою сильфона, а на нижньому кінці закріплене зубчате колесо, що обкатується по рейці, при цьому шток і трубка виконані з пружного матеріалу (авт. св. СРСР № 488695). Недолік аналога є низька функціональна можливість пристрою. Відомим аналогом є вставка кріостата для оптичного дослідження зразків (авт. св. СРСР № 804423), яка забезпечена механізмом обертання кювети, виконаним у вигляді другої трубки, кінематично зв'язаної з кюветою і змонтованої між штоком і першою трубкою, причому друга трубка також виконана з пружного матеріалу. Кінематичний зв'язок між другою трубкою і кюветою здійснюється у вигляді одноступеневої конічної зубчатої передачі, а кінематичний зв'язок між штоком і кюветою здійснюється за допомогою двоступеневої зубчатої передачі. Недоліком аналога є необхідність її механічного виведення з оптичної осі для визначення коефіцієнта оптичного поглинання, що порушує вимогу рівної площі падаючого випромінювання на досліджуваний і еталонний зразок. Відомими аналогами є вставки з автоматизованим обертом зразка за допомогою крокового двигуна (патент України № 44265, патент України на корисну модель № 90745). Але їх використання для вимірювання спектрів відбиття є недоцільним, оскільки процедура повторення положення вставки в одній фіксованій кутовій позиції є складною, потребує зміни алгоритму дії і програмного забезпечення і забирає багато часу. Найближчою за сукупністю ознак і технічним результатом по винаходу є вставка кріостата для оптичного дослідження зразків (патент України № 17466), яка забезпечена другою кюветою для розміщення еталонного зразка, яка обертається синхронно з кюветою для досліджуваного зразка і електромагнітним пристроєм для втягування кювети, в якому якір з'єднаний зі штоком вставки, а сигнал втягування подається від зовнішнього керуючого пристрою. Така вставка добре задовольняє потребу вимірювання спектрів поглинання одного зразка, але не може бути використана для вимірювання спектрів поглинання кількох зразків, змонтованих на одній вставці, а також спектрів відбиття, для яких дуже важливим є момент повторення повернення вставки в одну фіксовану кутову позицію як для кожного досліджуваного зразка, так і для фотоприймача, або відбиваючого дзеркала. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення можливості визначення коефіцієнтів оптичного поглинання та відбиття для декількох зразків з одночасним підводом до досліджуваних зразків фактора електричного поля. Поставлена задача вирішується тим, що універсальна вставка кріостата для спектрофотометричних і електрооптичних досліджень зразків матеріалів, в якій встановлені декілька ідентичних кювет поруч по вертикалі, виконавчий механізм для переміщення кювет у вертикальному напрямі та механізм обертання кювет, згідно з корисною моделлю, виконавчий механізм переміщення тримача підкладок з кількома кюветами для досліджуваних зразків на кілька фіксованих положень по вертикалі і кілька фіксованих положень кутів по горизонталі виконаний у формі циліндра з отворами, в яких за допомогою фіксатора закріплено необхідне положення центральної трубки вставки та тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків як по вертикалі, так і по куту, при цьому фіксатор закріплений на центральній трубці 1 UA 120275 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вставки, положення центральної трубки встановлене відповідно до положення фіксатора в отворі циліндра, а центральна трубка разом з фіксатором може бути механічно переміщена по вертикалі і куту відносно циліндра, закріпленого на подовжувачі, що встановлений на верхньому патрубку кріостата. Універсальна вставка забезпечена механізмом переміщення тримача підкладок з кількома кюветами та фотоприймача або відбиваючого дзеркала. Кількість отворів в циліндрі та їх крок розташування по вертикалі для фіксації необхідного положення центральної трубки вставки та тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків визначені кількістю досліджуваних зразків та розмірами зразків, які зможуть розміститися в межах підкладки по висоті, кількість отворів у циліндрі по куту і їх кутове розташування для фіксації необхідного кутового положення центральної трубки вставки та тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків визначені необхідними для досліджень кутами. Для проведення електрооптичних досліджень зразків матеріалів і зняття інформаційних сигналів у вставці розміщена група електричних контактів, з'єднаних з досліджуваними зразками, а для вимірювання температури зразків у вставці вмонтований датчик температури. Корисна модель пояснюється кресленням, де на (фіг. 1) наведена вставка, на (фіг. 2) вертикальний переріз вигляду збоку, на (фіг. 3) - нижня частина вигляду збоку (фіг. 2), на (фіг. 4) - схема електричних з'єднань вставки. Вставка (фіг. 2) складається із центральної трубки 1, тримача 2 підкладки з кюветами для досліджуваних зразків, комутаційної коробки 3, подовжувача 4 і механізму 5 фіксованого переміщення тримача 2 по вертикалі і куту. Трубка 1 тонкостінна виконана з матеріалу з низькою теплопровідністю. В трубці 1 закріплені чотири трубки 6, по яких пропущені провідники і кабель, що з'єднують зразок, нагрівач, датчики температури і ємнісний рівнемір з роз'ємами на комутаційній коробці 3. Тримач 2 підкладки з кюветами для досліджуваних зразків закріплений на хвостовику 7 в нижній частині трубки 1. На тримачі встановлений датчик температури 8 (фіг. 3) і закріплений за допомогою хомута 9 датчик 10 ємнісного рівнеміра рідкого гелію. В нижній частині тримача навитий електронагрівач 11. На тримачі закріплена підкладка 12 (фіг. 1) з кюветами 13 і 14. В кюветі 13 зразок 15 встановлений за допомогою грундбукси 16 і накидної гайки 17 (фіг. 2). В кюветі 14 закріплене дзеркало 18 за допомогою розрізного кільця 19. Підкладка 12 закріплена на тримачі на чотирьох гвинтах 20 (фіг. 1). Комутаційна коробка 3 закріплена у верхній частині трубки 1 через наконечник 21 (фіг. 2) і призначена для установки роз'ємів 22, 23, і 24 (фіг. 1). На коробці встановлена знімна кришка 25 для можливості доступу до контактів роз'ємів (фіг. 2). Вставка встановлюється на верхньому патрубку кріостата за допомогою подовжувача 4 і закріплюється нерухомо за допомогою накидної гайки 26. Трубка 1 у верхній частині подовжувача встановлена з можливістю обертання і переміщення по вертикалі, після чого вона фіксується у сальниковому ущільненні 27 за допомогою накидної гайки 28. Центральний пристрій 29 дозволяє підтримувати центральне розташування нижньої частини вставки як в самій камері термостатування, так і в процесі введення вставки в кріостат. Пінопластова пробка 30 обмежує зверху об'єм камери термостатування кріостата, коли вставка введена в неї. Механізм 5 фіксованого переміщення тримача 2 по вертикалі і куту виконаний із стакана 31, закріпленого у верхній частині подовжувача 4, фіксатора 32, що складається із хомута 33, встановленого на трубці 1, планки 34, корпуса 35, в якому закріплені вісь 36 і пружина 37, маховичка 38, що закріплений на осі. Хомут 33 закріплюється на трубці 1 гвинтом 39. Вставка забезпечена контактною групою для можливості підведення струму або напруги і зняття інформаційних сигналів зі зразка, вимірювання температури. Виводи від зразка, датчика температури, ємнісного датчика і нагрівача через комутаційні плати 40 і 41 з'єднані з виводами, що ідуть через трубки 6 до роз'ємів 22, 23 і 24 на комутаційній коробці. Вставка кріостата для спектрофотометричних і електрооптичних досліджень працює наступним чином. Механізм 5 переміщує тримач 2 підкладки з кюветами для досліджуваних зразків в N1 фіксованих положень по вертикалі (кількість положень залежить від кількості зразків) і N2 фіксованих положень по куту (кількість положень визначається необхідними для досліджень кутами). Переміщення тримача по вертикалі з крайнього нижнього положення вгору визначається положенням N1 отворів по вертикалі, а переміщення тримача по куту визначається положенням N2 отворів по куту. Початковий стан механізму 5 зображено на фіг. 2. 2 UA 120275 U 5 10 15 20 25 30 35 В цьому стані переріз багатопозиційного фіксатора 32 знаходиться в площині вертикального перерізу тримача 2. Відлік по куту від початкового стану на фіг. 2 здійснюється на кути, необхідні для досліджень. Кінець осі 36 фіксатора встановлений в нижньому отворі стакана 31. Цьому положенню осі в стакані відповідає положення осі кювети 13, котре повинно знаходитись на оптичній осі вікон кріостата. Хомут 33 зафіксований в даному положенні гвинтом 39, а трубка 1 зафіксована в сальниковому ущільненні 27 накидною гайкою 28. Для переміщення тримача 2 в друге фіксоване положення, при якому вісь кювети 14 повинна зміститися вгору на оптичну вісь вікон кріостата, необхідно відтиснути гайку 28, відтягнути вісь 36 назад із стакана 31 за допомогою маховичка 38 і змістити хомут 33 разом з трубкою 1 і тримачем 2 вгору супроти верхнього отвору на стакані. При цьому подовжувач 4 нерухомий. Зафіксувати нове положення. Для цього встановити кінець осі 36 у верхній отвір стакана і підтиснути накидну гайку 28. Крім переміщення по вертикалі, конструкція дає можливість змінювати кутове положення тримача 2 на необхідні для досліджень кути. Пристрій забезпечує переміщення зразків на декілька фіксованих положень в робочій камері кріостата з можливістю визначення коефіцієнтів оптичного пропускання, поглинання та оптичного відбиття досліджуваних зразків, а також електрооптичних характеристик зразків матеріалів. Джерело інформації: 1. ГОСТ 26148-84. Фотометрия. Термины и определения 2. ДСТУ 2755-94. Фізична оптика. Терміни, визначення та літерні позначення основних величин 3. В.М. Ермаков, В.Б. Подолич, В.С. Медведев., а.с. СССР № 48695 "Вставка криостата для оптического исследования образцов", Бюл. № 39. 25.10.1975, МКИ В 25j 11/00, опубл. 11.02.1976. 4. а. В.М. Ермаков, В.Б. Подолич, В.С. Медведев., а.с. СССР № 804423 "Вставка криостата для оптического исследования образцов", Бюл. № 6. 15.02.1981, МКИ J 11/00, опубл. 18.02.1981 5. Жарков І.П., Жирко Ю.І., Комаров А.В., Маслов В.О., Сафронов В.В., Патент України № 44265 на корисну модель "Вставка кріостата", - Бюл. № 18. 25.09.2009., МПК B25J 11/00, опубл. 25.09.2009. 6. Жарков I.П., Паламарчук С.П., Порошин В.М., Сафронов В.В., Селіванов О.В., - Патент України на корисну модель № 90745 "Вставка кріостата з автоматизованим обертом зразка", Бюл. № 11. 10.06.2014., MПК, B25J 11/00, опубл. 10.06.2014 7. Жарков I.П., Маслов В.О., Сафронов В.В., Чмуль А.Г., Деклараційний патент на корисну модель України № 17466 "Вставка кріостата", - Бюл. № 9. 15.09.2006., МПК B25J 11/00, опубл. 15.09.2006. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 60 1. Універсальна вставка кріостата для спектрофотометричних та електрооптичних досліджень зразків матеріалів, в якій декілька ідентичних кювет встановлені поруч по вертикалі, для зміни зразків встановлені виконавчий механізм для переміщення кювет у вертикальному напрямі та механізм їх обертання, яка відрізняється тим, що механізм переміщення тримача підкладок з кількома кюветами для досліджуваних зразків на кілька фіксованих положень по вертикалі і кілька фіксованих положень кутів по горизонталі виконаний у формі циліндра з отворами, в яких за допомогою фіксатора може бути встановлено необхідне положення центральної трубки вставки та тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків як по вертикалі, так і по куту, при цьому фіксатор закріплений на центральній трубці вставки, положення центральної трубки відповідає положенню фіксатора в отворі циліндра, а центральна трубка разом з фіксатором може бути механічно переміщена по вертикалі і куту відносно циліндра, закріпленого на подовжувачі, що встановлений на верхньому патрубку кріостата. 2. Вставка за п. 1, яка відрізняється тим, що забезпечена механізмом переміщення тримача підкладок з кількома кюветами для досліджуваних зразків, а також фотоприймача або відбиваючого дзеркала. 3. Вставка за п. 1, яка відрізняється тим, що кількість отворів в циліндрі та їх крок розташування по вертикалі для фіксації необхідного положення центральної трубки вставки та тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків визначені кількістю досліджуваних зразків та розмірами зразків, які зможуть розміститися в межах підкладки по висоті. 4. Вставка за п. 1, яка відрізняється тим, що кількість отворів у циліндрі по куту і їх кутове розташування для фіксації необхідного кутового положення центральної трубки вставки та 3 UA 120275 U 5 тримача підкладок з кюветами для досліджуваних зразків визначені необхідними для досліджень кутами. 5. Вставка за п. 1, яка відрізняється тим, що для проведення електрооптичних досліджень зразків матеріалів і зняття інформаційних сигналів у вставці розміщена група електричних контактів, з'єднаних з досліджуваними зразками, а для вимірювання температури зразків у вставці вмонтований датчик температури. 4 UA 120275 U 5 UA 120275 U 6 UA 120275 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7