CN103293174B - 一种多探测器及多光管的x射线荧光光谱仪及针对大体积样品的x射线荧光光谱检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，包括外壳组件、样品仓组件、X光管组件、探测器组件和滤光系统组件，其中样品仓组件组装在外壳组件内，包括向上开口的仓体和用于封闭仓体的仓门，仓体内有容置空间；X光管组件设多个，包括X光管，X光管的出射口朝向仓体的容置空间；探测器组件设多个，包括探测器，探测器的探测头朝向仓体的容置空间。本发明可以对置于在较大空间内的物品进行全方位的测定分析，测量时间短，准确度高，对安检、在线质量监控等领域的检测特别适用。
Description
技术领域：
本发明属于分析仪器领域，涉及一种新式X射线荧光光谱仪，具体涉及多探测器及多光管设计的针对大体积样品进行检测的X射线荧光光谱仪及使用该仪器针对大体积样品的检测方法。
背景技术：
X射线荧光光谱分析方法作为物质组成分析的必备方法之一，已经广泛应用于地质、冶金、建材、石油化工、半导体工业、医药卫生、环境保护等领域的重要分析手段，也是材料科学、生命科学、环境科学等普遍采用的一种快速、准确而又经济的多元素分析方法。随着技术水平的不断提高，X射线荧光光谱仪正在向自动化、智能化、专业化等方向发展。
现有的X射线荧光光谱仪，通常设计一个样品台，将待检样品置于台上进行检测，只能针对体积较小的样品如电子元件、土壤、矿样、小型金属样品等进行检测，很难应用于体积较大且结构复杂的物品中低含量元素的测定分析，例如包裹、行李等。
发明内容：
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，能够对体积较大且结构复杂的物品中某些特定元素进行定性及定量分析。
为达到上述目的，本发明所提供的一种多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，包括外壳组件、样品仓组件、X光管组件、探测器组件和滤光系统组件，其中：
所述样品仓组件，组装在外壳组件内，包括向上开口的仓体和用于封闭仓体的仓门，仓体内有容置空间；
所述X光管组件设多个，包括X光管，X光管的出射口朝向仓体的容置空间；
所述探测器组件设多个，包括探测器，探测器的探测头朝向仓体的容置空间。
所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，X光管组件设两个，安装在仓体两相对侧面对位照射。
多个探测器组件分布位于仓体另外的侧面。探测器组件为2～20个，均布位于所述仓体侧面。
外壳组件包括外壳及内部固定架，外壳上设电池仓、数据传输孔、工作指示灯和风扇。
样品仓组件还包括一光电开关，光电开关装设在仓体两侧壁的最上端。
X光管组件还包括高压电源、风扇和光管固定架。
探测器组件还包括防护罩、探测器固定架、用于保护探测器探头的探测器保护套和出线口。
滤光系统组件包括光栏、一次滤光片和二次滤光片，光栏与探测器保护套固定，二次滤光片置于探测器的探测头前端，一次滤光片置于X光管的出射口前端。
高压电源、蓄电池、X光管、探测器、风扇、光电开关、工作指示灯电连接，从各探测器出线口引出的数据线汇集在数据传输孔中向外置计算机中输送。
本发明还提供一种针对大体积样品的X射线荧光光谱检测方法，使用前述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，进行以下操作：将待测样品放置于仓体中，关闭仓门；仓门触碰光电开关，信息反馈给X光管，高压电源升管流管压，X光管放出射线，工作指示灯亮起；射线经过一次滤光片、待测样品、二次滤光片进入探测器，探测器将探测结果通过数据传输孔传输给外置计算机进行分析判断，得到检测结果。
采用上述技术方案，本发明样品仓的设计可以用于容纳大体积样品，组配装设多光管及多探测器可以对置于在较大空间内的物品进行全方位的测定分析，测量时间短，准确度高，经验证，该X射线荧光光谱仪对大尺寸行包100g或以上爆炸物的漏报率在0.5％以内，对小尺寸包裹，放于最佳位置(探测器探头正对位置)可以检测出内含15g以上炸药。本发明对安检、在线质量监控等领域的检测特别适用。
附图说明
图1是本发明外观结构示意图
图2是本发明内部各组件布置图(不含外壳和仓门)
图3示出本发明中一次滤光片安装位置
图4显示本发明中探测器组件及滤光系统组件结构图
具体实施方式
为了详细说明本发明的结构、特点及功效，现举以下较佳实施例并配合附图说明如下。
如图1和图2所示，本发明提供的多探测器及多光管设计的X射线荧光光谱仪包括外壳组件10，样品仓组件20，X光管组件30和探测器组件40和滤光系统组件51-53(参见图3和图4)。
如图1所示，外壳组件10包括一呈箱状的外壳以及置于其中的固定架(图中未显示)，外壳上设有电池仓11，数据传输孔12，工作指示灯13和风扇14；设备可外接电源工作或必要时在电池仓11放置蓄电池提供电源，数据传输孔12进行探测数据与外置计算机之间的传输，风扇14散热，工作指示灯13提示仪器是否正在工作。外壳内的固定架与外壳固定，用于安装固定其它组件。
如图1和图2所示，样品仓组件20包括仓体21，仓门22和光电开关23，仓体21上开口，具有一容置空间用于放置待检测物品，仓门22装设在仓体21的上开口位置，可通过滑轨实施对仓体21的启闭，光电开关23装设在仓体21两侧壁的最上端。物品放于仓体21后，关闭仓门22，触碰光电开关23，检测仓门是否关闭，仓门22有特殊防护，可有效防止射线外泄。
如图2所示，X光管组件30包括X光管31，高压电源32，风扇33和光管固定架34。X光管31提供射线源，高压电源32提供电力输出，风扇33进行散热。本发明中包括至少两个X光管组件，两个X光管31安装在仓体1两侧且X光出射端朝向仓体21的容置空间并对位照射；使用两个以上的X光管组件时，可按照测量对象对光路的要求对仓体21内进行多面照射。使用多个X光管用于增强样品仓内的源级射线强度。
如图2至图4所示，探测器组件40包括探测器41，防护罩42，探测器固定架43，探测器保护套44和出线口45。探测器41为主要探测装置，用已有的探测器，其前端具有一圆柱状的探测头，防护罩42设于探测器41外用以防止射线外泄，探测器固定架43用以固定探测器41，并且允许探测器41在一定范围内调整位置，探测器保护套44设于探测器的探测头外以保护探测器探头不受外界干扰以及防止碰撞，出线口45用于穿过电源线和数据线等。本发明中包括多个(可以是2、3、4个或更多个，本实施例图2显示为8个)探测器组件，探测器组件数量与样品仓尺寸有关，更多探测器组件会增强检测灵敏度，因此对其数量上限本发明不做限定，但过多探测器组件可能会不经济，因此探测器组件推荐使用2～20个，这些探测器组件安装在仓体1未设X光管的两侧面，可以均布，也可以在样品仓中部位置较为密集地布设，或按照被测量物品的几何尺寸及形状排列，所有探测器的探测头朝向仓体1的容置空间，充分利用探测器的最佳探测区域，可同时探测样品仓内所有区域。
如图3和图4所示，滤光系统组件包括光栏51，一次滤光片52和二次滤光片53。光栏51与探测器保护套44固定，有效去除散射背景，探测器41的探测头前端放置二次滤光片53，光栏51和二次滤光片53的数量与探测器组件40的数量相等；一次滤光片52放置在X光管31的出射口前端(参见图3)，一次滤光片52的数量与X光管组件30的数量相等。
样品仓组件、X光管组件、探测器组件和滤光系统组件按上述介绍组装后(参见图2)再固定在外壳组件内，则形成本发明多探测器及多光管设计的X射线荧光光谱仪(参见图1)。该仪器中，高压电源、蓄电池、X光管、探测器、风扇、光电开关、工作指示灯等电器件均以常规方式连接，从各探测器出线口引出的数据线汇集在数据传输孔中向外置计算机中输送。
由上述说明可知，本发明将复杂的构件进行组合模块化设计，可便于安装和维修。另外，样品仓组件20以及多个X光管组件30、多个探测器组件40的相应设计，使本发明仪器能用于大体积样品的检测。
工作时，待测样品放置于样品仓组件20的仓体21中，关闭仓门22，仓门22触碰光电开关23，信息反馈给X光管组件30的X光管31，高压电源32升管流管压，X光管31放出射线，并且工作指示灯13亮起。射线经过一次滤光片52、待测样品(包裹、行李等)、二次滤光片53进入探测器组件40的探测器41，探测结果通过数据传输孔12传输给外置计算机进行分析判断。
检测实例：采用上述设计的X射线荧光光谱仪，本实例中的样品仓尺寸为400mm×240mm×280mm，并可根据实际情况扩展至600mm×550mm×400mm，X光管组件有2个，探测器组件有8个，仪器配有外置计算机。
本实例针对行包中是否存在爆炸物进行检测。将待检行包放入样品仓中，合上仓门，在计算机操作界面上点击“开始测量”按钮，10s后测量结束，计算机屏幕上显示测量结果，包括适当的图像文字或声音(分为“安全”、“警报”及“重测”等分级)提示，也可以显示定量检测数值。
本例仪器检测内藏100g或以上爆炸物的大尺寸行包，漏报率在0.5％以内；针对小尺寸包裹，放于最佳位置(探测器探头正对位置)可以检测出内含15g以上炸药。
以上数据可以看出，本仪器对于爆炸物检测有很好的效果，可用于防爆安检领域。
另外，本发明仪器还可用于钢铁等行业的在线质量监控。可以同时多点检测某物品(例如钢板)中某种或者几种元素的含量(例如Pb、Cr元素)判断产品是否合格。
Claims (10)
1.一种多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，包括外壳组件、样品仓组件、X光管组件、探测器组件和滤光系统组件，其特征在于：
所述样品仓组件，组装在外壳组件内，包括向上开口的仓体和用于封闭仓体的仓门，仓体内有容置空间，所述样品仓组件还包括一光电开关，光电开关装设在仓体两侧壁的最上端；
所述X光管组件设多个，包括X光管，X光管的出射口朝向仓体的容置空间，所述X光管组件设两个，安装在仓体两相对侧面对位照射；
所述探测器组件设多个，包括探测器，探测器的探测头朝向仓体的容置空间。
2.根据权利要求1所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述探测器组件为2～20个，分布位于仓体另外的侧面，分布形式可以为均布或集中在某区域密布。
3.根据权利要求1或2所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述X光管组件还包括高压电源、风扇和光管固定架。
4.根据权利要求1或2所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述探测器组件还包括防护罩、探测器固定架、用于保护探测器探头的探测器保护套和出线口。
5.根据权利要求3所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述探测器组件还包括防护罩、探测器固定架、用于保护探测器探头的探测器保护套和出线口。
6.根据权利要求1或2所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述滤光系统组件包括光栏、一次滤光片和二次滤光片，光栏与探测器保护套固定，二次滤光片置于探测器的探测头前端，一次滤光片置于X光管的出射口前端。
7.根据权利要求3所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述滤光系统组件包括光栏、一次滤光片和二次滤光片，光栏与探测器保护套固定，二次滤光片置于探测器的探测头前端，一次滤光片置于X光管的出射口前端。
8.根据权利要求4所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述滤光系统组件包括光栏、一次滤光片和二次滤光片，光栏与探测器保护套固定，二次滤光片置于探测器的探测头前端，一次滤光片置于X光管的出射口前端。
9.根据权利要求5所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述滤光系统组件包括光栏、一次滤光片和二次滤光片，光栏与探测器保护套固定，二次滤光片置于探测器的探测头前端，一次滤光片置于X光管的出射口前端。
10.一种针对大体积样品的X射线荧光光谱检测方法，使用权利要求1至9任一所述多探测器及多光管的X射线荧光光谱仪，所述X射线荧光光谱仪还包括高压电源和工作指示灯；进行以下操作：将待测样品放置于仓体中，关闭仓门；仓门触碰光电开关，信息反馈给X光管，高压电源升管流管压，X光管放出射线，工作指示灯亮起；射线经过一次滤光片、待测样品、二次滤光片进入探测器，探测器将探测结果通过数据传输孔传输给外置计算机进行分析判断，得到检测结果。
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