專利名稱：角度掃描裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于表面等離子體子共振傳感器的新型 高精度的角度掃描裝置及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
表面等離子體子共振(Surface Plasmon Resonance)簡稱SPR是被入射電磁 波所激發(fā)、存在于金屬和電介質(zhì)界面上電荷密度振動的諧振波。此時入射角或 波長分別被稱為共振角和共振波長。由于共振角或共振波長對緊靠在金屬薄膜 表面的介質(zhì)折射率的變化非常敏感，可以據(jù)此實(shí)現(xiàn)對樣品的實(shí)時和無損的光檢 測。由于SPR具有實(shí)時監(jiān)測反應(yīng)動態(tài)過程、體積小、分辨率高、無需標(biāo)記、抗 電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在生物檢測領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。表面等離子體子共 振傳感器采用角度調(diào)制的檢測方式時，要求在實(shí)現(xiàn)角度的微小改變時要對微小 改變進(jìn)行精確測量。常用的機(jī)械角度掃描機(jī)構(gòu)由于采用了渦輪蝸桿、齒輪或精 密螺桿結(jié)構(gòu)，因此存在著難以克服的系統(tǒng)機(jī)械誤差-"背隙"和定位誤差，難以 保證角度改變和測量的精度，從而影響到SPR儀的精度和靈敏度。
例如，用于SPR角度掃描的杠桿機(jī)構(gòu)采用的是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動精密螺桿， 通過導(dǎo)軌推動滑塊才能產(chǎn)生所需的直線運(yùn)動。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，運(yùn)動 精度完全依賴螺桿的機(jī)械加工精度。然而，由于原理的限制，這種結(jié)構(gòu)不能完 全消除運(yùn)行時螺紋的"背隙"及螺紋運(yùn)行時磨損所產(chǎn)生的誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適用于表面等離子體子共振傳感器的高精度的角度掃描 裝置。該裝置由表面等離子體子共振傳感器、兩組連桿、角接觸球軸承、驅(qū)動 器和控制系統(tǒng)構(gòu)成，驅(qū)動器采用直線電機(jī)或納米陶瓷電機(jī)；控制系統(tǒng)采用PCI
總線運(yùn)動控制卡，基于Mint結(jié)構(gòu)語言驅(qū)動，可使電機(jī)產(chǎn)生0.1-10mm/s的直線運(yùn) 動，定位精度達(dá)到100nm;角接觸球軸承背靠背設(shè)置，并成對使用，可把軸承 的游隙減少到最小，角接觸球軸承直接和連桿連接作為連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的 一端通過軸承與表面等離子體子共振傳感器的棱鏡底座相連，另一端通過軸承 與驅(qū)動器相連接；每組連桿長度相等，兩組連桿長度不等。控制系統(tǒng)按所設(shè)定的參數(shù)驅(qū)動直線電機(jī)，產(chǎn)生所需要的直線運(yùn)動(在
0.1-10mm/s可調(diào)，其精度可達(dá)到100nm)，由此帶動兩組連桿產(chǎn)生角度轉(zhuǎn)動。由 于采用成對的高精度角接觸球軸承連接，消除了軸承的游隙，此時由系統(tǒng)產(chǎn)生 的累計(jì)誤差為lpm，當(dāng)兩組連桿的長度分別為175mm、 120mm時，其角度掃描 精度可達(dá)到萬分之四度。
本發(fā)明的另一個目的是上述提供的裝置可在表面等離子體子共振檢測儀 和表面等離子體子共振成像儀中應(yīng)用。
本發(fā)明的有益之處是本發(fā)明將驅(qū)動器和機(jī)械機(jī)構(gòu)通過高精度的角接觸球 軸承(背靠背布置)直接連接，取消了 SPR儀器中通常采用的存在系統(tǒng)機(jī)械誤
差的精密螺桿或蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，由于直線電機(jī)和納米陶瓷電機(jī)在原理上的高定 位精度，在原理上消除了機(jī)構(gòu)運(yùn)行時的"背隙"現(xiàn)象及磨損所產(chǎn)生的誤差，從 而徹底解決了原來機(jī)構(gòu)定位精度差、存在"背隙"的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了精確的角度掃 描。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊簡單，操作方便，不僅適用于表面等離子體子 共振檢測儀還可以用于表面等離子體子共振成像儀。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1
參見圖1，本發(fā)明裝置由表面等離子體子共振傳感器(1)、兩組連桿(2-3， 4-5)、角接觸球軸承(6)、驅(qū)動器(7)和控制系統(tǒng)(8)構(gòu)成，驅(qū)動器(7) 選用直線電機(jī)或納米陶瓷電機(jī)，控制系統(tǒng)(8)采用PCI總線運(yùn)動控制卡，基 于Mint結(jié)構(gòu)語言驅(qū)動，可使電機(jī)產(chǎn)生0.1-10mm/s的直線運(yùn)動，定位精度達(dá)到 100nm，角接觸球軸承背靠(6)背設(shè)置，并成對使用，可把軸承的游隙減少到 最小，驅(qū)動器(7)通過角接觸球軸承(6)連接兩組連桿(2-3， 4-5)，連桿(2) 和(3)長度相等，連桿(4)和(5)長度相等，連桿(2)和(3)的長度大 于連桿(4)和(5)的長度，角接觸球軸承(6)直接和連桿(2-3， 4-5)連接 作為連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的一端與表面等離子體子共振傳感器(1)的棱鏡底 座相連，另一端與驅(qū)動器(7)相連接。
控制系統(tǒng)(8)按常規(guī)SPR實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定的參數(shù)驅(qū)動直線電機(jī)，產(chǎn)生所需要 的直線運(yùn)動，方向可調(diào)，運(yùn)動速度0.1-10mm/s可調(diào)，其精度可達(dá)到100nm，由 此帶動兩組連桿產(chǎn)生角度轉(zhuǎn)動。由于采用成對的高精度角接觸球軸承連接，消除了軸承的游隙，此時由系統(tǒng)產(chǎn)生的累計(jì)誤差為lfxm。例如設(shè)置連桿(2)和 (3)的長度為175mm、連桿(4)和(5)的長度為120mm時，其角度掃描精 度可達(dá)到萬分之四度。從而實(shí)現(xiàn)高精度的角度掃描，獲得表面等離子體子共振 的信息。需要說明的是各組內(nèi)連桿長度必須相等，但兩組連桿的長度不等， 只要滿足這個條件，就能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的高精度的角度掃描。
權(quán)利要求
1.一種角度掃描裝置，其特征在于該裝置由表面等離子體子共振傳感器(1)、兩組連桿(2)(3)和(4)(5)、角接觸球軸承(6)、驅(qū)動器(7)和控制系統(tǒng)(8)構(gòu)成，角接觸球軸承(6)背靠背設(shè)置，并成對使用，驅(qū)動器(7)通過角接觸球軸承(6)連接兩組連桿(2)(3)和(4)(5)，連桿(2)和(3)的長度相等，連桿(4)和(5)的長度相等，連桿(2)和(3)的長度大于連桿(4)和(5)的長度，角接觸球軸承(6)直接和連桿(2)(3)和(4)(5)連接組成連桿機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)的一端與表面等離子體子共振傳感器(1)的棱鏡底座相連，另一端與驅(qū)動器(7)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種角度掃描裝置，其特征在于驅(qū)動器(7) 選用直線電機(jī)或納米陶瓷電機(jī)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種角度掃描裝置，其特征在于控制系統(tǒng)(8) 采用PCI總線運(yùn)動控制卡，基于Mint結(jié)構(gòu)語言驅(qū)動，電機(jī)產(chǎn)生0.1-10mm/s的直線 運(yùn)動，定位精度達(dá)到100nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種角度掃描裝置在表面等離子體子共振檢測儀 中應(yīng)用。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種角度掃描裝置在表面等離子體子共振成像儀 中應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種角度掃描裝置，由表面等離子體子共振傳感器、兩組連桿、角接觸球軸承、驅(qū)動器和控制系統(tǒng)構(gòu)成。角接觸球軸承背靠背設(shè)置，并成對使用，兩組連桿長度不等，但每組連桿長度相等，軸承直接和連桿連接，連桿通過軸承與表面等離子體子共振傳感器的棱鏡底座相連，另一端通過軸承與驅(qū)動器相連接。本發(fā)明在原理上消除了機(jī)構(gòu)運(yùn)行時的“背隙”現(xiàn)象及磨損所產(chǎn)生的誤差，從而徹底解決了原來機(jī)構(gòu)定位精度差、存在“背隙”的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了精確的角度掃描。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)緊湊簡單，操作方便，不僅適用于表面等離子體子共振檢測儀還可以用于表面等離子體子共振成像儀。
文檔編號G01N21/55GK101408511SQ20081016249
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者超 周, 瑩 張, 穎 牟, 偉 金, 金欽漢 申請人:浙江大學(xué)