一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构
阅读说明：本技术 一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构 (Optical lens adjusting mechanism suitable for conditions of ultrahigh vacuum and strong magnetic field ) 是由 童云华 李�诚 肖昌祥 刘晓铭 于北乐 于 2021-09-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及磁约束受控核聚变研究技术领域,特别涉及一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构,包括支撑板、径向旋转支撑座和牵引件,径向旋转支撑座上转动连接有一径向旋转轴,径向旋转轴的两端设有极向旋转支撑座,平面镜可转动的布置在极向旋转支撑座上；所述牵引件设置平面镜和极向旋转支撑座上,且该牵引件的上端向上延伸出天线腔体,并与设置在天线腔体上方的驱动机构连接,且在驱动机构的驱动下带动平面镜在极向上转动,或带动极向旋转支撑座使平面镜在径向上转动；本发明可适用于超高真空及强磁场环境下光学镜的调节需求,具有保持高真空的能力,并具有抵御强磁场环境的变化带来的电磁力对平面镜转向结构的影响。(The invention relates to the technical field of magnetic confinement controlled nuclear fusion research, in particular to an optical lens adjusting mechanism suitable for ultrahigh vacuum and high-intensity magnetic field conditions, which comprises a supporting plate, a radial rotary supporting seat and a traction piece, wherein the radial rotary supporting seat is rotatably connected with a radial rotary shaft, two ends of the radial rotary shaft are provided with polar rotary supporting seats, and a plane mirror is rotatably arranged on the polar rotary supporting seats; the traction part is arranged on the plane mirror and the polar direction rotating supporting seat, the upper end of the traction part extends upwards to form an antenna cavity and is connected with a driving mechanism arranged above the antenna cavity, and the plane mirror is driven to rotate in the polar direction under the driving of the driving mechanism or the polar direction rotating supporting seat is driven to rotate in the radial direction; the invention can be suitable for the adjustment requirement of the optical mirror under the environment of ultrahigh vacuum and strong magnetic field, has the capability of keeping high vacuum and can resist the influence of electromagnetic force on the plane mirror steering structure caused by the change of the environment of strong magnetic field.)
技术领域
本发明涉及磁约束受控核聚变研究技术领域，特别涉及一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构。
背景技术
在磁约束受控核聚变研究领域中，电子回旋共振加热(ECRH)是一种效果显著的加热方法，广泛的应用于二级加热，实现电子的局部加热。国际上的托卡马克装置、国际热核聚变实验堆中都将ECRH系统作为主要的加热方式。
在ECRH系统中，天线系统主要作用包括电子回旋波的发射和镜面反射后的电子回旋波耦合，这部分将直接微波的功率沉积分布和驱动电流分布，所以天线系统的结构设计是整个高功率射频加热单元的重要环节之一。
ECRH系统中的天线系统设计采用准光学原理，通过两组椭球镜和平面镜的组合使用，将电子回旋波发射到指定区域的等离子体中，从而获得等离子体加热的最佳效果。考虑到椭球镜主要是起到聚焦的作用，为实现电子回旋波能够准确的发射到等离子体区域的不同位置，就需要对平面镜增加极向和环向的调节转动机构来实现。因此，针对这些光学元件的多方向位置调节成了天线系统设计中的重要条件。
针对平面镜的多方向位置调节设计，必须同时满足高真空防护要求。同时，由于天线系统的尺寸限制，并希望平面镜的调节范围足够大，为避免在天线腔体内干涉，在设计过程中对结构的紧凑性也提出了较高的要求。由于在高真空、强磁场的环境条件下，人员进行直接接触操作以进行调整的条件受到限制，所以需要通过自动化设备操作，这对该产品的远程操作的兼容性提出了要求。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构，以满足电子回旋共振加热的需求。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构，用于调节设置在天线腔体内的平面镜，所述调节机构包括：
支撑板，设有两个且平行间隔的布置在所述天线腔体内；
径向旋转支撑座，设置在两支撑板的下端，所述径向旋转支撑座上转动连接有一径向旋转轴，所述径向旋转轴的两端分别设有极向旋转支撑座，所述平面镜可转动的布置在所述极向旋转支撑座上；以及，
牵引件，所述牵引件设置在位于径向旋转轴两端的平面镜和极向旋转支撑座上，且该牵引件的上端向上延伸出所述天线腔体，并与设置在天线腔体上方的驱动机构连接，且在驱动机构的驱动下带动平面镜绕其与极向旋转支撑座的铰接轴在极向上转动，或带动极向旋转支撑座使平面镜在径向上转动。
在进一步的技术方案中，所述驱动机构包括：
驱动源，设置在所述天线腔体的上方，用于提供动力；
真空焊接波纹管，竖向延伸的布置在所述天线腔体的上方，所述真空焊接波纹管的上端经由密封铜圈和密封盲法兰装配固定到所述驱动源的输出端，所述真空焊接波纹管的底端经由密封铜圈与所述天线腔体上的密封盲法兰装配固定；
其中，所述牵引件的上端固定在所述真空焊接波纹管的上端内侧，且在驱动源的驱动下带动真空焊接波纹管伸缩并带动牵引件上升或下降。
在进一步的技术方案中，所述驱动源为驱动电机，所述真空焊接波纹管的旁侧设有一竖向延伸布置的支撑座，所述支撑座的旁侧设有一竖向延伸布置的光轴，所述光轴的上端经由光轴座固定至支撑座的上端，所述光轴的底端经由光轴座固定在天线腔体的顶部；
所述支撑座上转动布置有一丝杆，所述丝杆与所述驱动电机的输出轴传动连接；所述丝杆的杆身上螺纹连接有一连接板，所述连接板的一端套设在光轴上，另一端固定在所述真空焊接波纹管的上端。
在进一步的技术方案中，所述丝杆的上端经由轴承盖板和轴承安装在支撑座上，底端经由轴承和支撑底板安装在天线腔体的顶部。
在进一步的技术方案中，所述丝杆经由丝杆螺母固定至所述连接板上，所述连接板经由光轴衬套套设在光轴上。
在进一步的技术方案中，所述牵引件的上端穿过设置在天线腔体顶部的保护套并延伸固定至真空焊接波纹管的上端内侧。
在进一步的技术方案中，所述极向旋转支撑座的两端分别向远离径向旋转支撑座的一侧延伸有极向旋转支撑块，所述平面镜的两侧分别通过螺栓与极向旋转件固定连接，再与第一轴承组件一起套装至极向旋转支撑座两端的极向旋转支撑块上。
在进一步的技术方案中，所述牵引件的底端通过螺栓连接至极向旋转支撑座一端的极向旋转支撑块上。
在进一步的技术方案中，所述的支撑板上设有一限位轴套，固定在极向旋转支撑块和平面镜上的牵引件穿过该限位轴套后向上延伸。
在进一步的技术方案中，所述径向旋转轴的轴身上套设有一压板，所述压板经由螺栓锁紧固定至径向旋转支撑座上。
在进一步的技术方案中，所述径向旋转轴的两端设有垫圈套筒，所述极向旋转支撑座经由第二轴承组件固定至所述垫圈套筒上，并由螺栓将垫圈锁紧固定至两侧。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明提供的光学镜调节机构，可适用于超高真空及强磁场环境下光学镜的调节需求，具有保持高真空的能力，并具有抵御强磁场环境的变化带来的电磁力对平面镜转向结构的影响；
2、本发明提供的光学镜调节机构，通过牵引件在平面镜和极向旋转支撑座上安装连接，即牵引件的不同安装点，将平面镜的转动转换为牵引件的上下运动，结合真空焊接波纹管的形变适应能力完成牵引件的上下往复运动；以及，采用多组牵引件的拉拽满足驱动多组平面镜多方向旋转调整的要求；
3、在未来的磁约束受控核聚变研究领域中，结构设计会朝向紧凑化发展，留给电子回旋共振加热天线部分的空间也会越来越小，本发明提供的光学镜调节机构在机构设计过程中采用了最简单的牵引件拉拽结构，在空间布置上具有极大的优势。
本发明的其他特征和优点将在随后的
具体实施方式
中予以详细说明。
附图说明
图1示出为根据本发明具体实施方式提供的一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构的剖视图；
图2示出为本发明中驱动机构的结构示意图；
图3示出为本发明中带动平面镜转动的结构部件的示意图；
图4示出为本发明中带动平面镜极向旋转的结构部件的示意图；
图5示出为本发明中带动平面镜径向旋转的结构部件的示意图；
图中标号说明：1、天线腔体；101、保护套；2、平面镜；201、极向旋转件；202、第一轴承组件；10、支撑板；11、限位轴套；20、径向旋转支撑座；21、径向旋转轴；22、压板；23、垫圈套筒；24、垫圈；30、极向旋转支撑座；31、极向旋转支撑块；32、第二轴承组件；40、牵引件；50、驱动源；60、真空焊接波纹管；61、密封铜圈；62、密封盲法兰；70、支撑座；71、丝杆；711、轴承盖板；712、轴承；713、支撑底板；714、丝杆螺母；80、光轴；81、光轴座；90、连接板；91、光轴衬套。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
需要说明的是，在本发明中，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如前所述，结合图1、3所示，本发明提供了一种适用于超高真空及强磁场条件下的光学镜调节机构，用于调节设置在天线腔体1内的平面镜2，所述调节机构包括支撑板10、径向旋转支撑座20和牵引件40；
所述的支撑板10设有两个且平行间隔的布置在所述天线腔体1内；具体的，两个支撑板10的两端设有安装板，该安装板通过螺栓锁紧固定至天线腔体1的内侧壁上。
所述径向旋转支撑座20设置在两个支撑板10的下端，所述径向旋转支撑座20上转动连接有一径向旋转轴21，所述径向旋转轴21的两端分别设有极向旋转支撑座30，所述平面镜2可转动的布置在所述极向旋转支撑座30上；
所述牵引件40设置在位于径向旋转轴21两端的平面镜2和极向旋转支撑座30上，且该牵引件40的上端向上延伸出所述天线腔体1，并与设置在天线腔体1上方的驱动机构连接，且在驱动机构的驱动下带动平面镜2绕其与极向旋转支撑座30的铰接轴在极向上转动，或带动极向旋转支撑座30使平面镜2在径向上转动。
本发明中，所述的牵引件40具体可采用钢丝绳；此外，由于处在高真空、强磁场环境下，设置在天线腔体1内带动平面镜2转动的相关零部件均需要选用无磁材料，具体如304铝、6061铝和铜。
本领域中，考虑到天线腔体1内的平面镜一般为对称的两组平面镜2，通过在两组平面镜2之间设置径向旋转轴21，并在径向旋转轴21的两端设置极向旋转支撑座30，将两组平面镜2对应布置在径向旋转轴21两端的极向旋转支撑座30上，再在平面镜2和极向旋转支撑座30上分别连接牵引件40，将平面镜2在径向和极向上的转动转换为牵引件40在竖直方向的上下移动。具体的，通过牵引件40的上下移动，直接拉拽平面镜2实现极向上的转动，或拉拽极向旋转支撑座30实现平面镜2在径向上的转动，简单方便；此外，通过设置多根牵引件40，保证了两组平面镜2的转动互不影响。
进一步的，根据本发明，本发明中，所述驱动机构包括驱动源50和真空焊接波纹管60，所述驱动源50设置在所述天线腔体1的上方，用于提供动力；所述真空焊接波纹管60竖向延伸的布置在所述天线腔体1的上方，所述真空焊接波纹管60的上端经由密封铜圈61和密封盲法兰62装配固定到所述驱动源50的输出端，所述真空焊接波纹管60的底端经由密封铜圈61与所述天线腔体1上的密封盲法兰62装配固定；
通过上述安装结构，可确保与天线腔体1内部连通的真空焊接波纹管60满足真空条件，其中，所述牵引件40的上端固定在所述真空焊接波纹管60的上端内侧，且在驱动源的驱动下带动真空焊接波纹管60伸缩并带动牵引件40上升或下降。
进一步的，本发明中，所述驱动源50为驱动电机，所述真空焊接波纹管60的旁侧设有一竖向延伸布置的支撑座70，所述支撑座70的旁侧设有一竖向延伸布置的光轴80，所述光轴80的上端经由光轴座81固定至支撑座70的上端，所述光轴80的底端经由光轴座81固定在天线腔体1的顶部；
所述支撑座70上转动布置有一丝杆71，所述丝杆71与所述驱动电机的输出轴传动连接，具体的，所述驱动电机通过联轴器同心连接到所述丝杆71上。所述丝杆71的杆身上螺纹连接有一连接板90，所述连接板90的一端套设在光轴80上，另一端固定在所述真空焊接波纹管60的上端。
本发明中，与驱动电机传动连接的丝杆71用于驱动真空焊接波纹管60在轴向上伸缩，进而带动其上端内侧安装的牵引件40上下移动，对于丝杆71及与所述丝杆71配套使用的光轴80没有特殊的真空要求，考虑到丝杆光轴组件的安装与后期维护，将其与驱动电机整体组装后安装在天线腔体1的顶部，具体是安装在天线腔体1的背板连接板上。
本发明中，结合图2所示，所述丝杆71的上端经由轴承盖板711和轴承712安装在支撑座70上，底端经由轴承712和支撑底板713安装在天线腔体1的顶部。
本发明中，所述丝杆71经由丝杆螺母714固定至所述连接板90上，所述连接板90经由光轴衬套91套设在光轴80上。
本发明中，所述丝杆71的中心线、光轴80的中心线和真空焊接波纹管60的中心线相互平行且在同一平面上。
本发明中，所述牵引件40的上端穿过设置在天线腔体1顶部的保护套101并延伸固定至真空焊接波纹管60的上端内侧。
根据本发明，结合图4所示，本发明中，所述极向旋转支撑座30的两端分别向远离径向旋转支撑座20的一侧延伸有极向旋转支撑块31，所述平面镜2的两侧分别通过螺栓与极向旋转件201固定连接，再与第一轴承组件202一起套装至极向旋转支撑座30两端的极向旋转支撑块31上。
进一步的，所述牵引件40的底端通过螺栓连接至极向旋转支撑座30一端的极向旋转支撑块31上。
所述的支撑板10上设有一限位轴套11，固定在极向旋转支撑块31和平面镜2上的牵引件40穿过该限位轴套11后向上延伸。
根据本发明，结合图5所示，所述径向旋转轴21的轴身上套设有一压板22，所述压板22经由螺栓锁紧固定至径向旋转支撑座20上。所述径向旋转轴21的两端设有垫圈套筒23，所述极向旋转支撑座30经由第二轴承组件32固定至所述垫圈套筒23上，并由螺栓将垫圈24锁紧固定至两侧。
通过上述安装结构，有效的防止了径向旋转轴21在径向旋转支撑座20的轴孔中发生轴向松动的问题，提高了设备使用的稳定性。
本发明中，所述的光学镜调节机构还设有远程操作接口，使其运行过程可通过遥控设备操作进行。本发明提供的光学镜调节机构总体上属于核工业应用环境下的机械产品，具有可多方向调节、可远程操作的功能，同时它也可以用于通用工业中的真空隔离条件下的零件多方向位置调节。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。