一种用于制备检测样品的压片机

技术领域

本发明涉及一种用于制备检测样品的压片机，属于压片机设备技术领域。

背景技术

傅里叶变换红外光谱仪具有高光通量、低噪音、测量速度快等优点，可以对样品进行定性和定量分析，因此，傅里叶变换红外光谱仪在医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域都具有广泛的作用。

红外光谱图是定性鉴定的依据之一，要想做出一张高质量的谱图,必须使用正确的样品制备方法。一般要求画出的谱图基线较平，最强峰在透过率范围内，弱峰能清晰看出，而不被噪声所掩盖。因此掌握一些简单实用的样品制备方法，能比较快地制备出质量好的谱图样品就显得尤为重要。一般情况下，影响谱图质量最重要的因素是样品的厚度。样品太薄,峰会很弱,有些峰会被基线噪声掩盖；反之，样品太厚，峰形会变宽，甚至形成平头峰。因而根据不同的样品，样品厚度应有所不同。而压片机作为傅里叶变换红外光谱仪的附件之一对样品的制备厚度起着至关重要的作用。

针对傅里叶变换红外光谱仪检测样品的制备，传统的压片机多采用液压手动驱动的方式来实现对粉状样品的压制。压片的力度会因人而异，力度过大会导致圆片粘附在模具中，不易取出，而力度过小，会导致压片不均匀，影响后续测试精度。

发明内容

本发明提供了一种用于制备检测样品的压片机，能够解决传统压片机压片力度难以控制，从而导致压片难以取出或压片不均匀，影响后续测试精度的问题。

本发明提供了一种用于制备检测样品的压片机，包括：

压片模具，用于放置待压样品；

下压模块，设置在所述压片模具上方，用于向所述压片模具施加向下的压力；

上推模块，包括压电陶瓷促动器和压电陶瓷控制器；所述压电陶瓷促动器设置在所述压片模具下方；所述压电陶瓷控制器用于控制所述压电陶瓷促动器向所述压片模具施加向上的推力，以使所述压电陶瓷促动器与所述下压模块配合，将所述压片模具中的待压样品挤压成片状；

压力测量模块，用于测量所述压电陶瓷促动器施加的推力；

控制模块，用于根据所述压力测量模块测量的推力控制所述压电陶瓷控制器的输出电压。

可选的，所述压片模具包括：

位置相对设置的上顶柱和下压柱，所述上顶柱和所述下压柱均包括圆台和固定在所述圆台一侧表面中心的圆柱；

样品固定柱，设置在所述上顶柱和所述下压柱之间，且其中心具有贯通孔，所述贯通孔用于容置所述待压样品；所述上顶柱和所述下压柱的圆柱顶端分别从所述贯通孔的两侧伸入所述贯通孔中，以挤压所述待压样品；

支撑件，设置在所述上顶柱和所述样品固定柱之间，用于支撑所述样品固定柱；

所述上顶柱的圆台的底部中心设置有凹槽，所述凹槽与所述压电陶瓷促动器的顶端柱头相适配。

可选的，所述压片模具还包括：U型下压件，设置在所述样品固定柱的上方，用于向所述样品固定柱施加向下压力，以使压制好的样品脱离出所述样品固定柱的贯通孔。

可选的，所述样品固定柱为圆形台阶结构；所述U型下压件的开口端具有与所述圆形台阶结构相适配的缺口结构。

可选的，所述上推模块还包括：

套筒，所述压电陶瓷促动器固定在所述套筒中，且其顶端柱头伸出所述套筒；

顶盖，套设在所述压电陶瓷促动器的顶端柱头上，用于封闭所述套筒的顶端开口。

可选的，所述压力测量模块包括：

压力传感器，固定在所述套筒中，且与所述压电陶瓷促动器的底端相接触，用于测量所述压电陶瓷促动器施加的推力；

采集器，与所述压力传感器和所述控制模块均连接，用于将所述压力传感器测量的推力反馈给所述控制模块。

可选的，所述压片机还包括箱体；所述套筒固定在所述箱体内、且所述压电陶瓷促动器的顶端柱头伸出所述箱体的顶面；

所述下压模块包括：

横梁，设置在箱体上方，其上具有螺纹通孔；

两个支撑柱，一端固定在所述箱体上，另一端固定在所述横梁上，用于支撑所述横梁；

力矩旋钮，设置在所述横梁上，且与所述螺纹通孔螺纹连接，用于向安装在所述压电陶瓷促动器的顶端柱头上的压片模具施加向下的压力。

可选的，所述压片机还包括压力显示器，连接在所述压力传感器和所述采集器之间，用于实时显示所述压电陶瓷促动器施加的推力数值。

可选的，所述压片机还包括一面开口的前置盒体；

所述前置盒体的开口端面与所述箱体连接；所述压力显示器嵌设在所述盒体的前面板上。

可选的，所述控制模块还用于在所述压力传感器测量的推力大于预设阈值时，发出警示信息。

本发明能产生的有益效果包括：

(1)本发明提供的压片机，通过采用压电陶瓷促动器来提供压力，其驱动电压为1000V，出力大小可控制，最高可达50000N，即5吨。利用压电陶瓷控制器来控制压电陶瓷促动器的出力，可控制在0～5t的范围内实现对粉末实验样品的压制。

(2)本发明提供的压片机，通过采用压电陶瓷控制器控制压电陶瓷促动器对压片模具部分施加压力，同时压片模具对压电陶瓷促动器形成一个反作用力，压力传感器固定在套筒尾端且与压电陶瓷促动器接触，以采集反作用力的大小，压力传感器通过压力显示器能够实时显示压力的大小。

(3)本发明提供的压片机，压力传感器通过集线器与控制模块(即上位机)相连实现闭环控制，可以预先设定一个压力警戒值(即预设阈值)，该值是能获得最佳光谱图时的压力。当对测试样品逐渐加压时，达到临界点时会触动报警，从而保护样品不受损坏。

附图说明

图1为本发明实施例提供的压片机装配结构示意图；

图2为本发明实施例提供的压片模具装配结构示意图；

图3为本发明实施例提供的压片模具爆炸结构示意图；

图4为本发明实施例提供的上推模块结构示意图；

图5为本发明实施例提供的力矩旋钮结构示意图；

图6为本发明实施例提供的箱体结构示意图；

图7为本发明实施例提供的前置盒体结构示意图；

图8为本发明实施例提供的压片机三维模型示意图。

部件和附图标记列表：

10、压片模具；11、上顶柱；111、凹槽；12、下压柱；13、样品固定柱；14、支撑件；15、U型下压件；21、压电陶瓷促动器；22、压电陶瓷控制器；23、套筒；24、顶盖；31、压力传感器；32、采集器；41、横梁；42、支撑柱；43、力矩旋钮；50、箱体；51、接线槽；60、压力显示器；70、前置盒体；71、前面板；80、上位机；90、工作台。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明实施例提供了一种用于制备检测样品的压片机，如图1至图8所示，包括：

压片模具10，用于放置待压样品；

下压模块，设置在压片模具10上方，用于向压片模具10施加向下的压力；

上推模块，包括压电陶瓷促动器21和压电陶瓷控制器22；压电陶瓷促动器21设置在压片模具10下方；压电陶瓷控制器22用于控制压电陶瓷促动器21向压片模具10施加向上的推力，以使压电陶瓷促动器21与下压模块配合，将压片模具10中的待压样品挤压成片状；

压力测量模块，用于测量压电陶瓷促动器21施加的推力；

控制模块，用于根据压力测量模块测量的推力控制压电陶瓷控制器22的输出电压。在实际应用中，控制模块可以为上位机80。

其中，压电陶瓷促动器21可以采用高压柱形压电陶瓷促动器，驱动电压可高达1000V，带有预载力柱形机械封装压电陶瓷；可承受一定的拉力，内置大出力压电陶瓷。

压电陶瓷控制器22为高压控制器，示例的，可采用芯明天E00/E01系列高压压电陶瓷控制器，可以输出0～1000V高压。

本发明通过采用压电陶瓷促动器21来提供压力，其驱动电压为1000V，出力大小可控制，最高可达50000N，即5吨。利用压电陶瓷控制器22来控制压电陶瓷促动器21的出力，可控制在0～5t的范围内实现对粉末实验样品的压制。这样就解决了传统压片机压片力度难以控制，从而导致压片难以取出或压片不均匀，进而影响后续测试精度的问题。

具体的，参考图1至图3所示，压片模具10包括：

位置相对设置的上顶柱11和下压柱12，上顶柱11和下压柱12均包括圆台和固定在圆台一侧表面中心的圆柱。

样品固定柱13，设置在上顶柱11和下压柱12之间，且其中心具有贯通孔，贯通孔用于容置待压样品；上顶柱11和下压柱12的圆柱顶端分别从贯通孔的两侧伸入贯通孔中，以挤压待压样品。

支撑件14，设置在上顶柱11和样品固定柱13之间，用于支撑样品固定柱13。本发明实施例对于支撑件14的具体结构不做限定，只要能起到支撑作用即可；在实际应用中，支撑件14可以为U型孔柱状结构。

上顶柱11的圆台的底部中心设置有凹槽111，凹槽111与压电陶瓷促动器21的顶端柱头相适配，这种设计方便压电陶瓷促动器21对压片模具10实施压力。

压片模具10还包括：U型下压件15，设置在样品固定柱13的上方，用于向样品固定柱13施加向下压力，以使压制好的样品脱离出样品固定柱13的贯通孔。

实际使用时，首先将上顶柱11放在压电陶瓷促动器21的顶端柱塞位置上，套上U型孔柱状的支撑件14，把样品固定柱13放在上面，这样可以把粉末状样品装在样品固定柱13的贯通孔里，再把下压柱12插在样品固定柱13的贯通孔里，然后在抽掉U型孔柱状的支撑件14，拧紧下压模块的力矩旋钮43，在压电陶瓷促动器21施加压力之前，通过力矩旋钮43施加一个预紧力。检测样品压制完成之后，松开力矩旋钮43，将U型下压件15套在样品固定柱13上，再轻轻旋转力矩旋钮43，利用力矩旋钮43下端给U型下压件15施加向下的压力，这样可以将压制好的检测样品从样品固定柱13的贯通孔中脱离出来。

进一步的，样品固定柱13可以为圆形台阶结构；U型下压件15的开口端具有与圆形台阶结构相适配的缺口结构。这种设计便于U型下压件15对样品固定柱13的施力。

参考图1和图5所示，压片机还包括箱体50；套筒23固定在箱体50内、且压电陶瓷促动器21的顶端柱头伸出箱体50的顶面。箱体50底端可以开设一个接线槽51，方便各部件间连线。

下压模块具体包括：

横梁41，设置在箱体50上方，其上具有螺纹通孔。

两个支撑柱42，一端固定在箱体50上，另一端固定在横梁41上，用于支撑横梁41。支撑柱42的底部可以通过螺纹与箱体50配合连接。

力矩旋钮43，设置在横梁41上，且与螺纹通孔螺纹连接，用于向安装在压电陶瓷促动器21的顶端柱头上的压片模具10施加向下的压力。力矩旋钮43可设置不同的力矩，与横梁41通过螺纹配合。此力矩旋钮43的扭矩T大小可控，根据公式F＝(2*π)*T/P可以推算出力矩旋钮43的螺杆在底部的推力大小。式中，T为扭矩，F为螺杆推力，P为螺纹导程。通过设置不同扭力来控制力矩旋钮43对下压柱12的预紧力大小，当达到设置好的预紧力的时候会发出“咔哒”声。

参考图1和图4所示，上推模块还包括：

套筒23，压电陶瓷促动器21固定在套筒23中，且其顶端柱头伸出套筒23；

顶盖24，套设在压电陶瓷促动器21的顶端柱头上，用于封闭套筒23的顶端开口。

压力测量模块具体包括：

压力传感器31，固定在套筒23中，且与压电陶瓷促动器21的底端相接触，用于测量压电陶瓷促动器21施加的推力；实际使用中，压电陶瓷促动器21设置在箱体50内，箱体50放置在工作台90上，压电陶瓷促动器21的底端与箱体50底面固定，压力传感器31设置在压电陶瓷促动器21的底端与箱体50底面之间，这样当压电陶瓷促动器21对压片模具10施加向上推力时，压力传感器31就会受到压电陶瓷促动器21的向下反作用力，这个反作用力与向上推力大小相同，方向相反，因而利用压力传感器31可以准确测量压电陶瓷促动器21对压片模具10施加的向上推力的具体数值。

采集器32，与压力传感器31和控制模块均连接，用于将压力传感器31测量的推力反馈给控制模块。在实际应用中，控制模块可以为上位机80。压力传感器31通过采集器32对上位机80信号反馈，从而可以实现对压力传感器31的闭环控制。

在本发明实施例中，压片机还包括压力显示器60，压力显示器60连接在压力传感器31和采集器32之间，用于实时显示压电陶瓷促动器21施加的推力数值(即压片模具10受到的来自压电陶瓷促动器21的压力数值)。

压片机还包括一面开口的前置盒体70；前置盒体70的开口端面与箱体50连接；压力显示器60嵌设在盒体的前面板71上。示例的，前置盒体70的开口端面可通过卡槽的方式与箱体50连接。

进一步的，控制模块还用于在压力传感器31测量的推力大于预设阈值时，发出警示信息。这样可以防止样品受力过大而被损坏。本发明实施例对于预设阈值的具体数值不做限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。

本发明通过采用压电陶瓷促动器21来提供压力，其驱动电压为1000V，出力大小可控制，最高可达50000N，即5吨。利用压电陶瓷控制器22来控制压电陶瓷促动器21的出力，可控制在0～5t的范围内实现对粉末实验样品的压制。

本发明通过采用压电陶瓷控制器22控制压电陶瓷促动器21对压片模具10部分施加压力，同时压片模具10对压电陶瓷促动器21形成一个反作用力，压力传感器31固定在套筒23尾端且与压电陶瓷促动器21接触，以采集反作用力的大小，压力传感器31通过压力显示器60能够实时显示压力的大小。

本发明中的压力传感器31通过集线器与控制模块(即上位机80)相连实现闭环控制，可以预先设定一个压力警戒值(即预设阈值)，该值是能获得最佳光谱图时的压力。当对测试样品逐渐加压时，达到临界点时会触动报警，从而保护样品不受损坏。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。