CN103946693A - 可移除式x-射线分析仪用的可移动型运输及屏蔽装置 - Google Patents

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Abstract

一种可移动型运输和屏蔽装置，其保持住x-射线分析仪，从而在一些操作场所之间进行运输，并且还用作受屏蔽的操作台，以在其操作期间保持住x-射线分析仪。该x-射线分析仪可移除式地插入到该装置中，并且在可移动型运输及屏蔽装置内或者在该装置的外部可以进行操作。该装置可以提供在该分析仪进行操作期间控制、驱动、冷却和/或充电该x-射线分析仪的装置；以及还提供了运输该分析仪的装置(例如把手)。

Description

可移除式x-射线分析仪用的可移动型运输及屏蔽装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年10月6日提交的美国临时专利申请系列No.61/544,069的优先权，因此，该专利申请的全部内容在这里引入以作参考。
技术领域
本发明涉及一种可移除式x-射线分析仪的运输装置，以把样品精确地送到x-射线分析仪，其中在那里需要使得x-射线的泄漏量最小化并且需要精确地进行样品定位；并且，本发明还提供了分析仪的受屏蔽性运输。
背景技术
对样品进行的x‐射线分析是在许多工业如医学、制药和石油中逐渐变得感兴趣的领域。从实验室到现场的移动分析已经出于许多原因变得逐渐流行起来，这些原因包括减少分析仪零件的尺寸大小和费用，以及工业连续提高对在远离实验室的区域(例如，生产线，储存架、原材料基地、移动顺应货车、运输和用户中心等等)内更好且更快地进行数据收集的需要。将敏感仪器移动到这些区域具有一些挑战，这些挑战包括屏蔽、样品呈现、振动减震等等；为此而来的独特的解决方案是持续不断的需求。
例如，样品处理在这种系统中是极其重要的，如同x‐射线屏蔽一样。在样品分析期间(以及还在加载和卸载期间)使x‐射线的暴露最小化是x‐射线分析系统的一般需求。在样品加载期间，这可以通过互锁系统来实现，该互锁系统机械地和/或电动地控制位于x‐射线源上方的x‐射线阻挡“活门(shutter)”机构和/或控制一连接至x‐射线管进行供电的高压电源的继电器。互锁系统检测操纵者打开该系统以加载/卸载样品，并且自动地驱动活门(或者继电器)，以完全阻止x‐射线从现在打开的样品门发射到操纵者上。在样品测量期间的屏蔽也是需要的，并且可以借助样品罩、外壳、屏蔽装置和类似装置来提供，和/或借助在使用者和x‐射线之间产生足够的距离来提供。
而且，任何的样品插入和取下技术也应该把样品送到处于受控的距离处(例如沿z轴)的x‐射线测量引擎中，从而合适地对准于所需要的x‐射线分析点。由于对x‐射线激励和/或探测路径中的一个或者两个单独光学器件的聚焦区域的测量敏感度的原因，z轴对准对于能使用x‐射线光学的分析仪(例如下面将讨论的MWD XRF和ME EDXRF x‐射线引擎)是极其重要的。例如，因此在这里全部内容引入以作参考的并且转让给X‐ray Optical Systems,Inc.即本发明的让受人的美国专利No.6,934,359和7,072,439公开了单色波长型扩散x‐射线荧光(MWD XRF)技术和进行样品分析的系统。单色激励的、能量扩散型x‐射线荧光(ME－EDXRF)分析仪也正赢得了广泛的市场认可，这些公开在例如共同转让的、名称为XRF System Having MultipleExcitation Energy Bands In Highly Aligned Package的美国公开文献2011－0170666A1中，因此该专利文献的全部内容在这里引入以作参考。
在最近的过去被广泛销售的手持式x‐射线分析仪结构满足一定的性能及规章要求。但是，某些主管部门对手持仪器的“开放光束(open beam)”属性特别地严格；并且某些实际的限制(即长的测量次数、高功率使用、有限的分辨率)会限制它们在某些应用中进行使用。
因此，所需要的是一种用于x‐射线分析仪的运输装置，其中在样品的加载和测量期间，该运输装置使x‐射线泄漏量最小化，使样品精确地对准于x‐射线分析仪聚焦区域，以及为敏感的x‐射线分析设备提供更加方便的、可靠的和给予保护的运输。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺点，并且提供了附加的优点，本发明在一个方面是涉及一种可移动型运输及屏蔽装置，其将分析仪进行保持以便在操作场所之间进行运输，以及还用作受屏蔽的操纵台以在操作期间对分析仪进行保持。X-射线分析仪可移除地被插入到该可移动型运输及屏蔽装置中，并且能够在可移动型运输和屏蔽装置的内部或者外部进行操作。该可移动型运输及屏蔽装置可以提供在分析仪的操作期间对该x-射线分析仪进行控制、驱动、冷却和/或充电的装置，并且还提供用于运输该分析仪的运输装置(例如把手)。
其它额外特征和优点通过本发明的技术来实现。本发明的其它实施例和方面在这里进行了详细描述，并且被认为是要求保护的发明的一部分。
附图说明
在说明书结束部分的权利要求中特别地指出和清楚地要求保护被认为是本发明的主题。结合附图的下面详细描述使得本发明的前述和其它目的、特征和优点更加清楚，在附图中：
图1是示例性手持式x-射线分析仪器和相关的人机接口模块的透视图；
图2a-c是用于x-射线分析仪的本发明可移动型运输及屏蔽装置的透视图；
图3a-b是根据本发明的可移动型运输和屏蔽装置的前视图；
图4a-b是根据本发明的可移动型运输和屏蔽装置的顶部敞开视图；
图5是可与本发明的运输装置一起使用的示例性ME EDXRF x-射线引擎的示意图；以及
图6是可与本发明的运输装置一起使用的示例性MWD XRF x-射线引擎的示意图。
具体实施方式
根据本发明并参照图1，手持式x-射线分析仪10典型地包括孔口部12，其中样品典型地放置抵靠着该孔口部。手持式x-射线分析仪在过去的几年里获得了普及，因为它们容易运输和容易使用。但是，这些分析仪的运输和使用及这里所讨论的这种更加先进的x-射线引擎(x-ray engine)在各种各样的操作环境下在屏蔽、样品处理和系统运输等领域中存在着一些挑战。还在图1中示出了人机接口模块20，该模块可以包括手持式分析仪10的用户接口装置和/或电源。这种接口也可以与分析仪10形成一体或集成到其上。
根据本发明并参照图2a-c的透视图(在这里，相同的元件用相同的附图标记来表示)，公开了用来例如运输、保持、屏蔽和操纵x-射线分析仪的示例性的可移动型运输及屏蔽装置30。所示出的示例呈外本体的形状，该外本体具有下部31和上罩部32。这些部分可使用一体的材料如铝、铅或者类似材料以被屏蔽到所需要的程度，从而在分析仪的操作期间限制散逸的x-射线的辐射。壳体还可以包括：把手34，其被合适地定尺寸大小从而可搬运包括分析仪在内的整个装置；外屏幕36(例如触屏，从而对接到分析仪/控制着分析仪)；以及接口端口38，其为可移除安装的人机接口模块20(在这里安装在壳体的外部上)提供了另一个接口，和/或给壳体的内部提供通风、进而因此给分析仪提供了通风，和/或把AC电源功率送到该装置的内部中。注意，图2a示出了封闭的单元、即“被封闭的射束”结构，其在操作期间不允许任何x-射线辐射从该装置中漏出。
尤其参照图2b-c(图2c是局部透明的，以示出该装置的内部)，在这些附图中顶部32处于铰链打开位置，手持式x-射线分析仪10可移除式地安装在下部31中并且位于样品台40下方。分析仪10被安装成使得(例如可移除式的)样品台40的样品孔口部42与分析仪的样品孔口部12(如上面所示)相对齐或重合。样品台40也可以由x-射线屏蔽材料形成。
根据本发明，x-射线分析仪10能够可移除式地安装在装置30中，以致其在装置30外部可以起着典型的手持式分析仪的作用；或者根据本发明，可以快速地安装在装置30内，所述装置30包括：附加的屏蔽装置(31、32、40)；稳定的样品台40，其具有样品孔口部42；接口模块20用的安装部；和/或室外操作的更大屏幕36。在这方面的能力，运输装置30适合于保持、通电驱动、屏蔽和操纵该分析仪，并且在它没有操作时适合于运输分析仪。
图3a的前视图(在这里，相同元件用相同附图标记来表示)示出了安装到该装置前部上的大型屏幕36，从而其在安装在装置30内时，例如对接到分析仪10上。图3b(在这里，屏幕36是透明的，以示出内部细节)示出了处于安装好的位置上的、向上指向的分析仪10，该分析仪如此地指向，以致它的孔口部12与样品台40的样品孔口部42相对应。
同样地，图4a(在那里，相同的元件用相同的附图标记来表示)的顶视图示出了样品台40和从这个视图看去的孔口部42。图4b(在这里，样品台40是透明的以示出内部细节)示出了处于安装位置上的分析仪10，其朝上指向，以致它的孔口部12与样品台40中的样品孔口部42相对应。还示出了示例性的例如用于备用电池13的辅助存储部。
本发明的一个方面是运输装置(例如壳体，case)，其兼作操作台和成一体的样品台。它作为一个单元来运输，具有很容易在典型的手持操作和固定的移动平台操作之间进行改变的能力。其它特征可以包括：
该外本体优选为坚固设计并且可以防尘和防水。它容纳着任选的触摸屏显示器(即大于模块20的显示器)。
该装置还可适合成为一个分析仪本身用的充电站和/或备用电池用的充电站，其使用从典型电网例如100-240VAC、50-60Hz提供到该装置的交流电源。
样品台可以相对较大并且还可以包括在取样附件中的易接近型插头。
可以使用通风管/压力通风系统来提供成一体的冷却装置。
上部辐射护罩/盖被互锁，并且对于封闭光束操作是辐射安全的。
可以为一些装置例如打印机、GPS、蓝牙、数据网络、无线接点、样品旋转器等提供连接用的插头。
连同分析仪和电池的目标重量是大于25lbs(磅)，并且其外尺寸大小为10''D寸，长度)、15''W英寸，宽度)、18''H(英寸，高度)。
样品室(当盖子被盖上时)可以包括9×12英寸或者更大尺寸台尺寸大小，其中盖的高度为至少4.5英寸，其中任选的孔/凹槽被用于位置附件/保持器中的销。
摄像机也可以被用来进行样品定位和文档编制。
在一个实施例中，可以提供具有两部分的结构，其包括分析仪用的内部缩进台型的模块和外部运输壳体。内部缩进台从壳体中滑出或者容易从壳体中拆下。在每个实施例中，手持式分析仪容易且重复地卡入到位并且扣出位。
本发明还提供了重要的安全结构。一般地，该装置在盖打开或者盖关闭的情况下是稳定的(不翻转)。屏蔽罩可以被互锁，即在关闭时被驱动以进行x-射线测量，以及在打开时该屏蔽罩是不活动的。该互锁可以与x-射线光束上方的闸门(shutter)和/或通到x-射线源的电源一起操作，以确保在罩没有处于合适位置上时没有辐射被传射到样品区域。
在其完全封闭光束结构中，该系统的辐射安全符合“Suggestedstate regulations for control of radiation”和其它相关文件的总要求，其规定了辐射泄漏率为一定大小或者小于该一定大小。此外，如需要的话，可以具有报警信号灯，其中每当x-射线管被通电，该报警信号灯可以被照明。
本发明考虑并解决了环境因素，因为工厂温度的范围可以为5-40°C(40-105°F)，并且其湿度的峰值可以是100％，以及场所以及工厂环境可以具有较高水平的灰尘。因此，本发明提供了外壳和封闭的冷却。
可与本发明一起使用的手持式x-射线分析仪事实上包括任何便携式仪器，该仪器适合于移动到本发明的运输装置中或者从其中移动出来，并且其将受益于本发明所提供的优点。在下面进一步讨论的X-射线光学功能的引擎特别有利，并且受益于本发明，因为它们需要可靠的运输性能(即它们对对准是敏感的)，并且因为在样品高度对准x-射线光学的输入和/或输出聚焦区时它们可最佳地执行。
其它变型可以包括分析仪、主体或者罩的任何特定方位，并且还包括一些这样的实施例，即这些实施例包括可移动的样品架，该样品架例如可以移动到样品区域或者从样品区域中移动出来。
例如，在下面进一步讨论的双弯曲晶体型(DCC)光学器件把强烈的微米尺寸的单色x-射线束引导到样品，从而改善传统的XRF。根据布拉格衍射法则，这些3D形的光学器件有选择地对非常窄的x-射线波长带进行聚焦，从而进行样品激励。
包括下面这些的先进XRF系统的光学器件包括例如弯曲晶体型单色光学器件(例如公开在共同受让的U.S专利6,285,506、6,317,483和7,035,374中的这些)、和/或多层光学器件(如公开在共同受让的、名称为“X-Ray Focusing Optic Having Multiple Layers With RespectiveCrystal Orientations”U.S专利申请、即2007年11月16日提交的美国系列号11/941,377中)、和/或多毛细管型光学器件如公开在共同受让的美国专利5,192,869、5,175,755、5,497,008、5,745,547、5,570,408和5,604,353中的这些。也可以使用光学器件/源的组合体如公开在共同受让的美国专利7,110,506和7,209,545中的这些。每个上述专利和专利申请其全部内容在这里引入以作参考。
下面是能够使用x-射线光学器件的分析仪的两个例子，其可以与本发明结合使用。
示例性ME EDXRF x-射线分析引擎
根据本发明，单色激励型的、能量散射型x-射线荧光(ME-EDXRF)分析仪可以用于这种应用。该引擎的技术公开在例如共同受让的美国专利文献2011-0170666A1和名称为“XRF System Having MultipleExcitation Energy Bands In Highly Aligned Package”的PCT专利文献No.WO2009111454(A1)中，这些专利方面的全部内容在这里引入以作参考。在一个实施例中，该引擎50(engine)包括公知为HD XRF的单色激励，其被示意性地示出在图5中。HD XRF是多元素分析技术，其相对于传统的ED或者WD XRF提供了明显提高的探测性能。这种技术应用了现有技术的单色和聚焦光学器件54(其照亮了聚焦区域52)，能够实现了多选择的能量激励光束，这些光束有效地激励了在样品中的范围广泛的目标元素。单色激励极大地减少了荧光峰以下的散射背景，从而大大地提高了元素探测的极限和精确度。HDXRF是直接测量技术，并且不需要耗材或者特殊的样品制备。
示例的MWD XRF x-射线分析引擎
XOS以前就已公开了使用两个单色光学器件组的单色波长扩散X-射线荧光(MWDXRF)分析仪(美国专利6,934,359和7,072,439，其在这里这些专利的全部内容引入以作参考)，如图6中示意性所示那样。用来测量柴油中的硫和其它燃料馏分的相关SINDIE(柴油中的硫)生产线完全改革了XRF并且提供了许多优点，这些优点包括：(1)信号/背景(S/B)会由于DCC1的样品单色激励而得到改善，即具有在荧光峰值以下的能量的韧致辐射光子(其在正常情况下清除这些相关的峰值)通过散射而可只到达探测器，进而与多色激励相比会极大地提高了S/B比；(2)优越的能量分辨率，－－这消除了所有的常见干涉问题并且为上游应用提供了物理基础；(3)固有的坚固性和低的维护性，－－分析引擎的功率小、紧凑，没有移动零件或者消耗气体；以及(4)前所未有的动态范围，例如量化水平为样品中的0.3ppm到5％硫。
MWD XRF引擎60示意性地示出在图6中，其在激励和探测路径中具有弯曲型单色光学器件64，从而形成了聚焦区域62，其是上述SINDIE硫分析仪的结构。但是，光学器件可以只存在于这些路径中的一个中，其仍然需要精确的对准。在一个例子中，任何上述类型的光学器件可以只存在于激励路径中，并且探测路径包括能量扩散型探测器。这是能量扩散型x-射线荧光(EDXRF)系统的共用结构。
尽管在这里详细地已经描述和示出了优选实施例，但是对于本领域普通技术人员显而易见的是，在没有脱离本发明精神实质的情况下可以进行各种变形、添加、取代和类似改进，并且因此它们被认为落入下面权利要求所限定出的本发明范围内。

Claims (15)

1.一种可移除式x-射线分析仪用的可移动型运输及屏蔽装置，其包括：
外本体，其形成了内腔；
位于内腔中的样品台，其具有样品用的样品区域；
外本体的罩部分，其可绕着样品区域进行定位以盖住和/或屏蔽样品区域；以及
保持装置，其将可移除式x-射线分析仪保持在内腔内，以致该分析仪可对位于样品区域中的样品进行分析。
2.根据权利要求1所述的可移动型运输及屏蔽装置，其特征在于，外本体的罩部分被互锁，以便在该罩部分没有被定位于样品区域的上方时防止x-射线发射到样品区域。
3.根据权利要求1所述的可移动型运输及屏蔽装置，其特征在于，该可移动型运输及屏蔽装置包括在外本体的罩部分被封闭时用于该x-射线分析仪的携带箱，其使用在罩部分上的把手。
4.根据权利要求1所述的可移动型运输及屏蔽装置，其特征在于，其还包括用于对该x-射线分析仪进行控制、通电驱动、冷却和/或充电的装置。
5.根据权利要求1所述的可移动型运输及屏蔽装置，其特征在于，其还包括安装在外本体的外侧上的用户接口装置，以便对接至该x-射线分析仪。
6.一种x-射线分析仪，与根据权利要求1所述的可移动型运输及屏蔽装置相组合，该x-射线分析仪具有x-射线聚焦区域，该聚焦区域需要与样品台的样品区域中的样品相对准。
7.根据权利要求6所述的组合，其还包括设置在所述分析仪的x-射线激励和/或探测路径中的至少一个x-射线光学器件，其需要对准于聚焦区域。
8.根据权利要求7所述的组合，其特征在于，该至少一个x-射线光学器件包括弯曲型单色光学器件或者多毛细管型光学器件。
9.一种组合，其包括x-射线分析仪和可移动型运输及屏蔽装置，其特征在于，
所述可移动型运输及屏蔽装置对x-射线分析仪进行保持以便在操作场所之间进行运输，并且还用作受屏蔽的操作台、以便在其操作期间对x-射线分析仪进行保持；以及
X-射线分析仪能够可移除地插入到该可移动型运输及屏蔽装置内，并且能够在可移动型运输和屏蔽装置内或者在其外部进行操作。
10.根据权利要求9所述的组合，其特征在于，该移动型运输及屏蔽装置包括在分析仪操作期间、用于对该x-射线分析仪进行控制、通电驱动、冷却和/或充电的装置。
11.根据权利要求9所述的组合，其特征在于，该移动型运输及屏蔽装置包括对接至x-射线分析仪的用户接口装置。
12.根据权利要求9所述的组合，其特征在于，x-射线分析仪包括x-射线聚焦区域，该聚焦区域需要与该移动型运输及屏蔽装置的样品台的样品区域中的样品相对准。
13.根据权利要求12所述的组合，其特征在于，还包括设置在x-射线分析仪的x-射线激励和/或探测路径中的至少一个x-射线光学器件，其需要对准于聚焦区域。
14.根据权利要求13所述的组合，其特征在于，所述至少一个x-射线光学器件包括弯曲型单色光学器件或者多毛细管型光学器件。
15.根据权利要求9所述的组合，其特征在于，该移动型运输及屏蔽装置包括x-射线分析仪用的携带箱，其包括把手。
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