本實用新型涉及太赫茲光譜測量設備技術領域，尤其涉及一種樣品壓片承載裝置及具有該裝置的太赫茲光譜測量系統(tǒng)。

背景技術：

太赫茲輻射是介于0.1THz～10THz(1THz＝10¹²Hz)之間頻率的電磁輻射，其對應的波長范圍為30nm～3mm，屬于遠紅外波段，它剛好處于電子學與光子學的過渡區(qū)域。這一頻段的電磁波在電子學中被稱為毫米波或亞毫米波，而在光譜學中則被稱為遠紅外線。

目前，太赫茲光譜的用途日益廣泛，人們利用太赫茲光譜技術去進行如農業(yè)、天文、色度計量、環(huán)境檢測、半導體工業(yè)、成分檢測等工作。太赫茲光譜應用的推廣離不開前期光譜實驗的探究，研究發(fā)現：太赫茲波對水分有著很強吸收的特性，非常敏感，在進行實驗時通常需要利用氮氣排除，為避免氮氣的浪費，因而太赫茲試驗樣品夾持區(qū)不宜過大，結構相對簡單；取出樣品盒放入樣品不易過頻繁。

此外，太赫茲能被一些高危物質吸收，所以也用來做一些相關實驗，實驗人員如果長時間與之接觸，難免會影響身體健康，因而對于這種情況，我們需要樣品承載裝置能實現遠程控制，而目前的太赫茲光譜實驗儀器中在樣品壓片承載夾持裝置上仍然存在一定的不足，需要加以改進。

一般，在進行太赫茲光譜實驗時使用較多的為單夾持可縮放式樣品壓片承載裝置，雖然該裝置結構簡單，價格較低，但存在以下缺點：

(1)夾持效果不甚理想，尤其是對于較薄樣品壓片很難卡緊，在使用過程中，當出現樣品壓片強度較低的時候，很容易使得壓片破碎，影響測量；

(2)該裝置無法連續(xù)對多樣品壓片進行測量，效率較為低下；

(3)對焦過程基本是利用人眼觀測實現的，精度低；

(4)無法實現自動控制，需要實驗人員長時間與藥品接觸。

技術實現要素：

(一)要解決的技術問題

本實用新型要解決的技術問題是提供了一種樣品壓片承載裝置及具有該裝置的太赫茲光譜測量系統(tǒng)，適用于不同強度的樣品壓片，能夠實現連續(xù)測量和自動對焦。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種樣品壓片承載裝置，包括壓片固定組件、驅動組件和控制組件，所述壓片固定組件用于同時固定多個樣品壓片，所述控制組件通過驅動組件與壓片固定組件連接，以通過控制驅動組件的轉動角位移驅動壓片固定組件的水平移動量。

進一步的，所述驅動組件包括步進電機和絲杠，所述控制組件通過步進電機與絲杠連接，以帶動所述絲杠轉動；所述壓片固定組件套設于所述絲杠外，在所述絲杠的轉動帶動下沿絲杠水平移動，所述絲杠轉動的角位移量與所述壓片固定組件沿絲杠的水平移動量之間具有預設比例。

進一步的，所述步進電機同時連接有至少兩條平行設置的所述絲杠，各條所述絲杠均處于同一水平面上，所述壓片固定組件同時套設于各條所述絲杠外，通過各條所述絲杠同時轉動驅動壓片固定組件同步的沿各條所述絲杠水平移動。

進一步的，所述壓片固定組件包括移動塊和固定架，所述固定架固定在移動塊上，所述移動塊套設于驅動組件外，所述驅動組件通過轉動驅動移動塊水平移動；所述固定架上設有多個用于固定樣品壓片的固定凹槽。

進一步的，所述固定架包括底板和固定板，所述底板固定在移動塊的上表面上，所述固定板垂直的固定在底板的上表面上，所述固定板內豎直設有多個所述固定凹槽，且側面貫通設置有多個測量口，各個所述測量口分別與各個固定凹槽對應設置，所述底板和固定板之間設有用于調節(jié)所述樣品壓片高度的墊片。

進一步的，還包括激光定位組件，所述激光定位組件固定設置于所述壓片固定組件以外，且與所述控制組件連接，所述壓片固定組件相對于激光定位組件水平移動，通過所述激光定位組件為壓片固定組件的水平移動定位。

進一步的，所述激光定位組件包括激光發(fā)射端和激光接收端，激光接收端與控制組件連接；所述激光發(fā)射端和激光接收端分別對稱的固定設置在所述壓片固定組件的兩側，以在所述激光發(fā)射端和激光接收端之間形成激光束，所述壓片固定組件在水平移動時切割所述激光束；所述壓片固定組件上設置有用于使所述激光束穿過的透光孔。

進一步的，所述控制組件包括微機控制端，所述微機控制端上加載有用于控制驅動組件轉動的虛擬儀器圖形用戶界面。

進一步的，還包括支座和滑動條，所述驅動組件和滑動條分別固定在支座上，所述滑動條穿設于所述壓片固定組件內，且與壓片固定組件的水平移動方向平行設置。

本實用新型還提供了一種太赫茲光譜測量系統(tǒng)，其特征在于，包括如上所述的樣品壓片承載裝置。

(三)有益效果

本實用新型的上述技術方案具有以下有益效果：本實用新型的樣品壓片承載裝置包括壓片固定組件、驅動組件和控制組件，壓片固定組件用于同時固定多個樣品壓片，控制組件通過驅動組件與壓片固定組件連接，以通過控制驅動組件的轉動角位移驅動壓片固定組件的水平移動量，從而有效提高樣品壓片的連續(xù)測量和自動對焦的精確度，無需實驗人員觀察辨識調整對焦，避免人為因素造成的影響，提高實驗效果的準確性，同時，本裝置適用于不同強度、薄厚的壓片，樣品壓片成組連續(xù)測量，可以有效提高實驗效率，特別是在太赫茲實驗中，能大大降低氮氣消耗，節(jié)約成本；此外，利用控制組件還能實現遠程控制，避免實驗人員直接接觸有害樣品而對人體造成危害。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例的樣品壓片承載裝置的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例的樣品壓片承載裝置(不含控制組件)的俯視圖；

圖3為本實用新型實施例的固定架的主視圖；

圖4為圖3中A-A向剖視圖；

圖5為本實用新型實施例的裝置利用激光定位組件進行粗對焦時、控制組件接收到的信號圖；

圖6為本實用新型實施例的裝置利用激光定位組件進行微對焦時、控制組件接收到的信號圖。

其中，1、支座；2、滑條；3、絲杠；4、移動塊；5、墊片；6、步進電機；7、微機控制端；8、固定架；9、安裝孔；10、固定凹槽；11、測量口；12、底板；13、固定板；14、激光接收端；15、激光發(fā)射端；16、激光固定架；17、透光孔。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不能用來限制本實用新型的范圍。

在本實用新型的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。術語“上”、“下”、“左”、“右”、“內”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

如圖1所示，本實施例提供的樣品壓片承載裝置包括壓片固定組件、驅動組件和控制組件，其中，壓片固定組件用于同時固定多個樣品壓片，利用樣品壓片的自身重力與壓片固定組件的反支力將整組樣品壓片固定，從而實現連續(xù)測量多個樣品壓片；控制組件通過驅動組件與壓片固定組件連接，以通過控制驅動組件的轉動角位移驅動壓片固定組件的水平移動量，從而有效提高樣品壓片的連續(xù)測量和自動對焦的精確度，無需實驗人員觀察辨識調整對焦，避免人為因素造成的影響，提高實驗效果的準確性，同時，本裝置適用于不同強度、薄厚的壓片，樣品壓片成組連續(xù)測量，可以有效提高實驗效率，特別是在太赫茲實驗中，能大大降低氮氣消耗，節(jié)約成本；此外，利用控制組件還能實現遠程控制，避免實驗人員直接接觸有害樣品而對人體造成危害。

如圖2所示，本實施例的驅動組件優(yōu)選包括步進電機6和絲杠3，控制組件通過步進電機6與絲杠3連接，以帶動絲杠3轉動，壓片固定組件套設于絲杠3外，在絲杠3的轉動帶動下沿絲杠3水平移動，利用控制組件將電脈沖通過步進電機6轉換為角位移，帶動絲杠3轉動，從而利用滾珠絲杠3轉動副將轉動量按比例轉化為壓片固定組件的水平移動量，進而實現精確自動對焦，且由于絲杠3轉動的角位移量與壓片固定組件沿絲杠3的水平移動量之間具有預設比例，能有效提高自動對焦的準確性，進一步提升實驗數據的準確性，提高實驗效果。

為了進一步保證壓片固定組件平移時的穩(wěn)定性，優(yōu)選步進電機6同時連接有至少兩條平行設置的絲杠3，各條絲杠3均處于同一水平面上，壓片固定組件同時套設于各條絲杠3外，通過各條絲杠3同時轉動驅動壓片固定組件同步的沿各條絲杠3水平移動。

如圖3、圖4所示，本實施例的壓片固定組件包括移動塊4和固定架8，固定架8固定在移動塊4上，移動塊4套設于驅動組件外，驅動組件通過轉動驅動移動塊4水平移動；固定架8上設有多個用于固定樣品壓片的固定凹槽10。

優(yōu)選的，固定架8包括底板12和固定板13，底板12固定在移動塊4的上表面上，固定板13垂直的固定在底板12的上表面上，固定板13內豎直設有多個固定凹槽10，且各個固定凹槽10的側面分別貫通設置有多個測量口11，各個測量口11分別與各個固定凹槽10對應設置，當樣品壓片豎直插入固定凹槽10內時，利用樣品壓片的自身重力和固定凹槽10的反支力的共同作用，使樣品壓片豎直固定在固定凹槽10內，且?guī)в^測的樣品位置能夠對應位于測量口11內，以便對樣品進行自動對焦和測量，同時提高壓片測量時的卡固穩(wěn)定性，從而使該裝置可以用于承載不同強度、不同薄厚的壓片，而不會損傷壓片本身；此外，由于固定板13內設有多個固定凹槽10，因此可以一次承載多個樣品壓片，利用儀器同時對該組的多個樣品壓片進行對焦和測量，以實現連續(xù)測量，提高實驗效率，特別是在太赫茲實驗中，由于每次測量前需要向樣品壓片輸入能夠大大減少氮氣消耗，節(jié)約成本。

當樣品壓片中的樣品位置與測量口11不能很好的對應設置時，優(yōu)選在底板12和固定板13之間設有用于調節(jié)樣品壓片高度的墊片5，為了便于調節(jié)壓片位置，墊片5的數量為多個，且厚度各不相同，通過墊片5的高度調整樣品壓片中的樣品位置，以使其準確的對準在測量口11內；此外，為了保證底板12和移動塊4之間的可靠連接，優(yōu)選在底板12上均勻的設有多個安裝孔9，利用螺栓穿過安裝孔9，以將固定架8的底板12固定在移動塊4的上表面上，同時將不同厚度的墊片5固定在移動塊4和固定架8之間。

本實施例的控制組件包括微機控制端7，優(yōu)選為PC機，微機控制端7上加載有用于控制驅動組件轉動的虛擬儀器圖形用戶界面(以下簡稱GUI)。本實施例中，微機控制端7上加載的程序開發(fā)環(huán)境優(yōu)選為LabVIEW，LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器公司(簡稱NI公司)研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式；在Labview環(huán)境中，配合NI公司的運動控制卡采用虛擬儀器圖形化編程GUI，通過微機控制端7將電脈沖轉換為步進電機6的角位移，從而精確控制絲杠3轉動量，進而將絲杠3的轉動量按比例轉化為移動塊4的平移量，從而實現精確化自動對焦；優(yōu)選的，本實施例的微機控制端7通過GUI控制步進電機6時，可以采用有線連接，也可以采用遠程無線控制，利用微機控制端7作為上位機，利用GUI作為操作界面，可以實現遠程精確控制系統(tǒng)的測量實驗過程，從而避免有害樣品壓片與人體直接接觸，而對人體造成危害。

本實施例的裝置還包括支座1和滑動條，驅動組件和滑動條分別固定在支座1上，滑動條穿設于壓片固定組件內，且與壓片固定組件的水平移動方向平行設置。

具體的，本實施例的支座1兩端之間平行的固定有兩條絲杠3，兩條絲杠3的軸線設置于同一水平面上，兩條絲杠3的同一端同時與步進電機6連接，以通過步進電機6帶動而同步轉動；移動塊4的底部兩側分別套裝在兩條絲杠3外，且兩條絲杠3中間設置有滑條2，滑條2穿過移動塊4底部內，以保證移動塊4在滑動時更加穩(wěn)定，滑條2的兩端分別于支座1兩端固定，當步進電機6同步驅動兩條絲杠3轉動時，移動塊4在兩條絲杠3的同步轉動帶動下穩(wěn)定的水平移動，絲杠3轉動的角位移與移動塊4的水平移動量之間具有預設比例，以確保自動對焦的精確性。

移動塊4的上表面通過六個螺栓固定有固定架8，其中，固定架8的底板12上分別設置有六個安裝孔9，其水平軸線位置上豎直設置有固定板13，在固定板13的兩側各對稱的設有三個安裝孔9，以利用螺栓將底板12可靠固定在移動塊4的上表面上；在底板12與移動塊4之間還設置有多個厚度不同的墊片5；在固定板13上豎直的設置有三個固定凹槽10，在每個固定凹槽10的兩側分別貫通設置有一圓形測量口11，以便于對壓片樣品的測量；測量口11也可以為方形、多邊形或其他形狀。

需要說明的是，本實施例的安裝孔9設置為三個，也可以設置為多個，優(yōu)選將多個安裝孔9對稱的布置在固定板13的兩側，以保證固定架8的穩(wěn)定性；本實施例的固定凹槽10的數量為三個，也可以設置為兩個或者三個以上，具體數量根據移動塊4的大小和壓片樣品大小設置即可。

為了更加精確定位壓片固定組件的水平移動位置和水平移動量，該裝置還包括激光定位組件，激光定位組件固定設置于壓片固定組件以外，且與控制組件連接，壓片固定組件相對于激光定位組件水平移動，通過激光定位組件為壓片固定組件的水平移動定位。

具體的，本實施例的激光定位組件包括激光發(fā)射端15和激光接收端14，激光接收端14與控制組件連接；激光發(fā)射端15和激光接收端14分別對稱的固定設置在壓片固定組件的兩側，并在激光發(fā)射端15和激光接收端14之間形成激光束，壓片固定組件在水平移動時切割激光束，激光束被切割時，由于激光接收端14無法接收到激光束，從而能向控制組件反饋壓片固定組件的位置；在壓片固定組件上設置有用于使激光束穿過的透光孔17，當壓片固定組件移動切割激光束時，利用激光束穿過透光孔17來判斷壓片固定組件的位置。優(yōu)選激光發(fā)射端15和激光接收端14分別通過激光固定架16固定在支座1的兩側，此外，為了避免激光固定架16影響到太赫茲測量設備通過測量口11準確測量壓片樣品，優(yōu)選激光固定架16的高度不高于測量口11的最低點。

優(yōu)選在壓片固定組件的固定架8上設置有若干個透光孔17，透光孔17的數量與測量口11的數量對應設置，并將太赫茲測量系統(tǒng)中的太赫茲測量設備與激光束的位置對應設置，使得當激光束透過任一透光孔17時，保證太赫茲測量設備的測量角度與測量口位置精確對焦。

具體的，本實施例中優(yōu)選在固定架8下端開有多個細長縫隙，以此作為多個透光孔17，每個細長縫隙均豎直設置于測量口的下方，且保證與測量口的軸心垂直；利用步進電機6對移動塊4的移動距離進行自動控制，在激光發(fā)射端15和激光接收端14的輔助下實現了自動對焦功能，提高了實驗精度；本實施例的步進電機6的步距角為1.5°，滾珠絲杠3的基本導程為4mm，步進電機各階段的速度則由GUI的數據重置部分的脈沖間隔決定，所以可以在GUI上通過啟動、暫停、右移、左移以及微調按鈕來控制移動塊4的行程。

本實施例的控制組件中，作為微機控制端7的PC機上加載有GUI，利用GUI連接步進電機6，以遠程控制步進電機6的進給量，從而控制絲杠3轉動的角位移，GUI可以通過輸入測量實驗的各項參數，從而推算出準確的自動對焦數據，進而通過控制絲杠3轉動的角位移來精確控制移動塊4的水平移動量，以實現更為準確的自動對焦。

本實施例還提供了一種太赫茲光譜測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如上所述的樣品壓片承載裝置。在利用該系統(tǒng)進行樣品壓片的測量時，首先將制好的整組三個樣品壓片分別對應豎直插入固定架8的三個固定凹槽10內，以將樣品壓片固定，然后用玻璃罩罩住本實施例的裝置，向玻璃罩內通入氮氣，以排除空氣中水蒸氣的干擾；利用GUI控制移動塊4水平移動完成自動對焦，對焦過程中，首先點擊啟動GUI控制程序，根據當前位置，選擇左移或右移完成粗對焦，當激光定位組件首次接收到激光束形成的脈沖信號時，步進電機6停止，這時點擊微調按鈕，在微調控制程序的輔助下，進行微對焦；然后開啟系統(tǒng)中的太赫茲測量設備對樣品壓片進行測量，當一個樣品壓片測量完成后，可點擊GUI界面控制步進電機6運動，使移動塊4水平移動帶動第二個樣品壓片處于測量位置并完成自動對焦，從而實現連續(xù)測量；當整組樣品壓片先后完成測量后，取出測完的樣品壓片，重新向固定凹槽10內放入下一組樣品壓片，重復上述過程，直至樣品壓片全部測量完成即可完成實驗。

本實施例還提供了一種太赫茲測量方法，該方法包括以下步驟：

S1、確定A個待測樣品壓片為一組，將各個所述待測樣品壓片分別固定在壓片固定組件的各個固定凹槽內；

S2、對A個所述待測樣品壓片中的第a個待測樣品進行至少兩步對焦；

S3、通過太赫茲測量設備測量所述第a個待測樣品；

S4、使a＝a+1,重復步驟S2～S3，直至a＝A時，測量結束。

其中，所述步驟S2進一步包括：

S201、通過控制組件控制步進電機啟動，驅動所述壓片固定組件的移動塊以第二速度由一端向另一端移動；

S202、所述移動塊帶動第a個樣品壓片經過控制停止位置時，所述控制組件接收到激光定位組件反饋的第一信號；

S203、根據所述第一信號，所述控制組件控制步進電機停止，使得所述移動塊帶動第a個樣品壓片停在實際停止位置，此時，所述控制組件接收到激光定位組件反饋的第二信號；

S204、根據所述第二信號，所述控制組件控制步進電機啟動，驅動所述移動塊以第三速度、且按等比數列的行程量反復前后移動，當所述移動塊帶動第a個樣品壓片移動至微調控制停止位置時，所述控制組件接收到激光定位組件反饋的第三信號；

S205、根據所述第三信號，所述控制組件控制步進電機停止，以使所述移動塊的最終位置無限趨近于目標位置。

具體的，以A＝3為例，即3個待測樣品壓片為一組，先對第1個待測樣品進行至少兩步對焦，然后通過太赫茲測量設備測量第1個待測樣品，接著對第2個、第3個順序進行對焦和測量，直至a＝A＝3時，即3個待測樣品壓片全部測量完成后，測量結束，從而實現系統(tǒng)連續(xù)測量的效果。

在步驟S2中，當壓片固定組件未移動至測量位置時，由于固定架8的遮擋，激光接收端15沒有信號接收，即接收信號為0；每當固定架8的透光孔17移動到激光發(fā)射端14和激光接收端15中心時，即激光束穿過透光孔17時，激光接收端15接收到信號為1的脈沖，從而將信號反饋至控制組件的PC機上，進而利用信號判斷壓片固定組件的當前位置，并根據其位置對步進電機進行控制，以實現系統(tǒng)在連續(xù)測量的基礎上完成精確自動對焦的工作。

進一步的，對樣品壓片進行自動對焦的時間與信號關系圖如圖5、圖6所示，圖5中，t0時刻的壓片固定組件的位置為目標位置，t1時刻的壓片固定組件的位置為粗調控制停止位置，t2時刻的壓片固定組件的實際停止位置，t3時刻的壓片固定組件的位置為微調控制停止位置。

在上述步驟S201～S205中，以壓片固定組件向左移為例，整個自動對焦過程可優(yōu)選分為粗對焦和微對焦兩大步驟進行，具體如下所示：

第一步、粗對焦：如圖5所示，首先微機控制端的內置程序控制步進電機6，驅動移動塊4由左端起以較大的第一速度V1迅速向右移動，直至激光束靠近待測壓片所在的測量口下端的透光孔17時，改為以第二速度V2較慢移動，其中V1＞V2；當微機控制端7首次接收到脈沖信號為1時，即第一信號，則控制步進電機6停止，由于在t1時刻微機控制端7向步進電機6輸入停止信號時，步進電機的轉速較大，即移動塊4的速度V2依然具有較大速度，容易導致移動塊4因信號延遲或慣性作用而位置偏離，從而使移動塊4停止在t2時刻所在的實際停止位置，此時激光束無法穿過透光孔17，而導致信號脈沖再次為0，即第二信號，從而導致移動塊4的位置與目標位置偏離較大。

第二步、微對焦：利用微機控制端7的內置程序記錄下實際停止位置及第二信號內容，然后根據第二信號控制步進電機緩慢轉動，在程序計算控制下，移動塊4先以第三速度V3向左移n個行程，然后右移2n個行程，再左移3n個行程，隨后右移4n個行程，利用不斷增加行程的規(guī)律左右移動，直到脈沖信號由0變成1，即控制組件接收到來自激光定位組件的第三信號時，控制步進電機6停止轉動，以使移動塊4的位置無限趨近于目標位置；其中，為了確保微對焦的精準性，優(yōu)選V3<<V2<V1。

綜上所述，本實施例的樣品壓片承載裝置包括壓片固定組件、驅動組件和控制組件，壓片固定組件用于同時固定多個樣品壓片，控制組件通過驅動組件與壓片固定組件連接，以通過控制驅動組件的轉動角位移驅動壓片固定組件的水平移動量，從而有效提高樣品壓片的連續(xù)測量和自動對焦的精確度，無需實驗人員觀察辨識調整對焦，避免人為因素造成的影響，提高實驗效果的準確性，同時，本裝置適用于不同強度、薄厚的壓片，樣品壓片成組連續(xù)測量，可以有效提高實驗效率，特別是在太赫茲實驗中，能大大降低氮氣消耗，節(jié)約成本；此外，利用控制組件還能實現遠程控制，避免實驗人員直接接觸有害樣品而對人體造成危害。

本實用新型的實施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本實用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領域的普通技術人員而言是顯而易見的。選擇和描述實施例是為了更好說明本實用新型的原理和實際應用，并且使本領域的普通技術人員能夠理解本實用新型從而設計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。