CN104272095B - 具有与外部环境的振动、热和/或湿气隔离的便携式x射线分析器 - Google Patents

具有与外部环境的振动、热和/或湿气隔离的便携式x射线分析器 Download PDF

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Abstract

一种手持式X射线分析器，具有：形成内腔的外壳体，外壳体具有至少一个孔；定位在腔中的X射线机；和基本平面的散热器，其刚性且热附接到X射线机上，并且定位在外壳体的孔中，由此基本填充孔，同时在X射线机和周围空气之间提供热传导。散热器的外面沿着分析器的一侧或者两侧与外壳体基本形状吻合。纵向翅片可设置在散热器的外面上，以辅助从X射线机到周围空气的热传导。提供了热处理、冲击/振动隔离和湿气阻隔。

Description

具有与外部环境的振动、热和/或湿气隔离的便携式X射线分 析器
关联申请的交叉引用
本申请要求2012年2月29日提交的No.61/604,933号美国临时专利申请的权益，该专利申请以其整体通过引用被并入本文中。
技术领域
本发明涉及包括振动、热和/或湿气隔离的用于便携式X射线分析器的环境隔离设备。
背景技术
样品的X射线分析在许多产业中是有价值的增长区，例如医学、药物和石油。从实验室到野外的移动分析由于许多原因而变得越来越流行，包括分析器部件的尺寸和成本的减少、以及对于在远离实验室的区域上(例如，生产线、商店货架、原材料基地、移动规货车、运输和海关枢纽等)更好且更快的数据收集的工业上的不断增长的需求。针对这些区域的移动感应仪器存在某些挑战，包括：防护、样品呈现、振动阻尼、热处理以及湿气阻隔，为此持续的需要独特的解决方案。
发明内容
本发明克服了已有技术的上述缺陷并且提供了附加的优势，在一个方面中，本发明是一种手持式X射线分析器，具有：形成内腔的外壳体，所述外壳体具有至少一个孔；定位在所述腔中的X射线机；和基本平面的散热器，其刚性且热附接到所述X射线机上，并且定位在所述外壳体的所述孔中，由此基本填充所述孔，同时在所述X射线机和周围空气之间提供热传导。
所述散热器的外面沿着所述分析器的一侧或者两侧与所述外壳体基本形状一致，并且形成所述分析器的一侧或者两侧的基本部分。在所述散热器的外面上可设置纵向翅片，以辅助从所述X射线机到所述周围空气的热传导。
在所述散热器的外周和所述外壳体的所述孔的边缘之间可设置挠性材料，由此提供了所述散热器和所述外壳体之间的机械隔离；并且所述X射线机可以使用在所述X射线机和所述外壳体的内表面之间的挠性连接安装在所述腔中，由此提供了其间的机械隔离。
所述X射线机可包括至少一个X射线光学装置、X射线源和用于所述X射线源的电源，所述X射线源与所述外壳体基本上机械和热隔离，由此维持彼此之间的校直和所述分析器的聚焦区域。
挠性阻隔材料可设置在所述散热器的外周和外壳体的所述孔的边缘之间；并且所述X射线机使用挠性阻隔材料完全围绕所述X射线机和所述外壳体的内表面被安装在所述腔中；由此提供了在所述X射线机的至少部分之间以及其与所述分析器的周围环境之间的湿气隔离。
通过本发明的技术能实现另外的附加特征和优势。本发明的其它实施例和方面具体地在本文中进行了说明并且被看作是要求保护的发明的一部分。
附图说明
在说明书的最后以权利要求书的方式特别地指出并且清楚地要求了本发明的主题。结合附图从下面的具体说明中能够使得本发明的上述以及其它目的、特征和优势显而易见，附图中：
图1是典型的手持式X射线分析仪器和关联的人机接口模块的透视图；
图2是分析器的放大侧视图，示出了外壳体的散热器区；
图3是分析器的放大局部截面图，示出了其内部部件；
图4是本发明的散热器的放大视图；
图5是能用于本发明的运输设备的典型ME EDXRF X射线机的示意图；和
图6是能用于本发明的运输设备的典型MWD XRF X射线机的示意图。
具体实施方式
如上所述，在过去的几年里，手持式X射线分析器由于它们的可运输性以及容易使用性而获得了流行。但是，在各种操作环境中，这些分析器以及在本文中讨论的类型的更加高级的X射线机的运输和使用在热处理、振动阻尼和湿气阻隔方面存在挑战。
根据本发明，并且参照图1，手持式X射线分析器10包括样品孔12，其传输激励X射线，并且样品通常被置于其上。在图1中也示出了人机接口模块20，其可包括用户接口和/或用于手持式分析器10的电源。这样的接口也可与分析器10形成整体。
根据本发明，并且参照图2-4的放大侧视图，公开了散热器14，其形成了分析器的侧表面的有效部分，定位在外壳体19的孔中，并且在外形上基本为平面的，并且由导热材料，例如铝形成。根据本发明散热器14包括多个部件，包括，但不局限于：嵌入散热器的外面、用于从分析器的内部部件到外部环境的热消散的纵向翅片15；用于例如状态指示灯或者其它标记的通孔17；用于到内部产热部件的刚性安装的安装孔/螺钉18；和可进行到分析器外壳体19上的软衬垫密封连接的周界16。
参照图3的部分剖视图，示出了形成典型X射线“机”的典型的内部分析器部件，包括X射线源32，为X射线源提供电力的高压电源34；X射线光学组件36，其保持一个或者多个X射线光学装置(如下面的进一步说明)并且引导X射线朝向孔20，用于照射样品。
热管理：根据本发明，包括X射线源32和电源34的主要的产热部件可以是刚性地热连接在一起，并且连接到散热器14上，通过使用螺钉/孔18/18’或者其它的安装技术直接附接到其上。这通过可由导热材料(例如铝)形成的散热器提供了从这些内部部件到外部环境的直接热连接。另外，根据这些部件在壳体19内部的“浮动”(下面会进一步说明)，这些部件基本上不会接触外壳体19，因而附加的空气循环(以及机械隔离)被设置在空间37中，并且由可选的风扇39提供辅助。
冲击/振动管理：根据本发明，主要的内部部件基本不接触外壳体19，而是在壳体19中“浮动”，主要通过例如聚氨酯泡沫(例如poron)的挠性材料保持在位，或者通过设置在各个点上的弹簧38保持在位，它们使得这些“机器”部件(32,34和/或36)挠性地保持在位，同时在刚性外壳体19和机器部件之间提供冲击/振动阻尼。此外，如上所述，散热器14也可以刚性地且热连接到内部的机器部件上。为了提供散热器14和壳体19之间的冲击/振动隔离，例如泡沫带(例如泡沫硅)的挠性材料可用于散热器的外周16和周围的壳体区域之间(在例如配合凸缘之间)。这防止了散热器和壳体19的其它部分之间的刚性连接。因为预期大多数的撞击是在壳体19上(来自于在顶部、底部、前部和后部的掉落等)，在侧部散热器和壳体19之间的这种挠性连接会防止任何冲击传输到壳体19上，逼近上述的敏感的内部机器部件。
湿气管理：根据本发明，挠性材料38可围绕组件36，由此提供了在分析器的前部区域和朝向前部的更加敏感的区域之间的湿气阻隔。在散热器14和壳体19之间的泡沫带也提供了湿气阻隔功能。
特别地，虽然上面示出了分析器的左侧，但是任何或者所有的上述部件(尤其是散热器14)可在分析器的相对的右侧上(未示出)实现。此外，壳体19可形成为能够使用舌槽技术配合的两半体(左和右)，提供了附加的湿气阻隔。
可用于本发明的手持式X射线分析器事实上包括受益于本发明提供的优势的任何的便携式仪器。上述的X射线光学装置实现的机器特别有价值，并且能受益于本发明，因为它们对于可靠性的要求(即，它们对于环境敏感)并且也是因为当样品与X射线光学装置的输入和/或输出聚焦区域的高度校直时它们的最优表现，该聚焦区域本身必须与X射线源校直。下面是X射线光学装置实现的分析器的两个示例，其可与本发明连接使用，并且需要如上所述的高度的环境隔离。
典型的ME EDXRF X射线分析机：
根据本发明，单色激励、能量发散X射线荧光(ME-EDXRF)分析器可用于该申请。该成套设备的各个方面已经在下面的文献中公开：序列号为no.61/033,899、2008年3月5日提交的、题目为“用于精确的X射线分析应用的X射线光学装置和光源组件(X-RAY OPTIC ANDSOURCE ASSEMBLY FOR PRECISION X-RAY ANALYSIS APPLICATIONS)”的共同转让的在先提交的美国临时申请；和序列号为no.61/039,220(现在的美国专利号为No.7,738,630B2)的2008年3月25日提交的题目为“用于精确的X射线分析应用的高度校直的X射线光学装置和光源组件(HIGHLY ALIGNED X-RAY OPTIC AND SOURCE ASSEMBLY FOR PRECISION X-RAYANALYSIS APPLICATIONS)”的文献；和序列号为no.61/042,974(现在的美国专利公开号为No.2011/0170666A1，2011年7月14日公开)的2008年4月7日提交的题目为“在高度校直的成套设备中具有多种激励能带的XRF系统(XRF SYSTEM HAVING MULTIPLE EXCITATIONENERGY BANDS IN HIGHLY ALIGNED PACKAGE)”的文献；序列号为no.PCT/US2009/035847的2009年3月3日提交的题目为“在高度校直的成套设备中具有多种激励能带的XRF系统(XRFSYSTEM HAVING MULTIPLE EXCITATION ENERGY BANDS IN HIGHLY ALIGNED PACKAGE)”的在先提交的PCT申请；和序列号为no.61/551,602的2011年10月26日提交的题目为“用于多个高度校直的X射线光学装置的支撑结构(SUPPORT STRUCTURE FOR MULTIPLE HIGHLYALIGNED X-RAY OPTICS)”的文献；上述的每一个文献都被转让给本发明的受让人：X射线光学系统公司(X-Ray Optical Systems,Inc.)，并且其中的每一个文献都以其整体通过引用被并入本文中。
在一个实施例中，该机器50包括在图5中示意性示出的已知为HD XRF的单色激励。HD XRF是一种多元素分析技术，相对于传统的ED或者WD XRF具有显著提高的检测性能。该技术应用了使得照射聚焦区域52的光学装置54艺术级地单色化和聚焦，使得多个选定的能量激励光束能够有效地激励样品中的范围广泛的目标元素。单色激励显著地减少了在荧光峰下的散射背景，大大地提高了元素检测范围和精确性。HDXRF是直接的检测技术，并且不需要可消耗的或者特殊的样品制备。
典型的MWD XRF X射线分析机：
XOS已经在先公开了一种单色的波长发散X射线荧光(MWDXRF)分析器，其使用了两套单色化光学装置(美国专利6,934,359和7,072,439–在此以其整体通过引用并入本文中)，如在图6中示意性所示。用于测量在柴油燃料和其它燃料中的硫磺的相关的SINDIE(柴油机中的硫磺)生产线使得彻底改变的XRF蒸馏并且具有许多优势，包括：(1)由于样品被DCC1单色激励，改进了信号/背景(S/B)，即，具有低于荧光峰的能量的韧致辐射光子(其通常淹没有价值的这些峰)仅能通过散射到达检测器，因而与多色激励相比显著地提高了S/B比；(2)优秀的能量分辨率-这消除了所有共同干涉问题，并且为上游应用提供了物理基础；(3)本身耐用且低维护性-该分析机是低动力、紧凑的，不具有运动部件或者不消耗气体；和(4)空前的动态范围，例如，在样品中的硫磺的量化级从0.3ppm到5％。
在图6中示意性示出的MWD XRF机60包括形成聚焦区域60的在激励和检测路径上的弯曲单色光学装置64，其是上述的SINDIE硫磺分析器的结构。但是，光学装置可以仅存在于还需要精确校直的这些路径之一上。在一个示例中，上述类型之任一的光学装置可仅存在于激励路径上，并且检测路径会包括能量发散检测器。这是能量发散X射线荧光(EDXRF)系统的共同配置。
包括下面的那些装置的用于高级XRF系统的光学装置可例如包括：例如在共同转让的美国专利6,285,506；6,317,483；和7,035,374中公开的那些弯曲晶体单色光学装置；和/或例如在2007年11月16日提交的美国序列号为11/941,377的题目为“具有带有对应的晶体取向的多层的X射线聚焦光学装置(X-Ray Focusing Optic Having Multiple LayersWith Respective Crystal Orientations,)”的共同转让的美国专利申请中公开的那些多层光学装置；和/或例如在共同转让的美国专利5,192,869；5,175,755；5,497,008；5,745,547；5,570,408；和5,604,353中公开的那些多毛细管光学装置。例如在共同转让的美国专利7,110,506和7,209,545中公开的那些光学装置/光源组合也是可用的。上述提到的专利和专利申请中的每个均以其整体通过引用被并入本文中。
虽然已经在本文中具体地示出和说明了优选的实施例，但是，在不脱离本发明的精神下可进行各种的变型、增加、替代等，这些因此被认为是在下面的权利要求书中限定的本发明的范围内，这对于相关领域的普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (10)

1.一种手持式X射线分析器，包括：
形成内腔的外壳体，所述外壳体具有至少一个孔；
定位在所述腔中的X射线机；
平面的散热器，其刚性且热附接到所述X射线机上，并且定位在所述外壳体的所述孔中，由此填充所述孔，同时在所述X射线机和周围空气之间提供热传导。
2.根据权利要求1所述的分析器，其特征在于，所述散热器的外面沿着所述分析器的一侧或者两侧与所述外壳体形状一致。
3.根据权利要求2所述的分析器，其特征在于，所述散热器的所述外面形成所述分析器的一侧或者两侧的部分。
4.根据权利要求1所述的分析器，其特征在于，在所述散热器的外面上还包括纵向翅片，以辅助从所述X射线机到所述周围空气的热传导。
5.根据权利要求1所述的分析器，其特征在于，在所述散热器的外周和所述外壳体的所述孔的边缘之间包括挠性材料，由此提供了所述散热器和所述外壳体之间的机械隔离。
6.根据权利要求1所述的分析器，其特征在于，所述X射线机使用在所述X射线机和所述外壳体的内表面之间的挠性连接被安装在所述腔中，由此提供了其之间的机械隔离。
7.根据权利要求6所述的分析器，其特征在于，所述X射线机包括X射线源、用于所述X射线源的电源和至少一个X射线光学装置，其都与所述外壳体机械和热隔离，由此维持彼此之间的校直和所述分析器的聚焦区域。
8.根据权利要求7所述的分析器，其特征在于，所述至少一个X射线光学装置包括弯曲单色光学装置或者多毛细管光学装置。
9.根据权利要求7所述的分析器，其特征在于，所述X射线机包括EDXRF或者MWDXRF X射线激励机。
10.根据权利要求1所述的分析器，其特征在于，还包括：
设置在所述散热器的外周和外壳体的所述孔的边缘之间的挠性阻隔材料；并且
其中所述X射线机使用完全围绕所述X射线机和所述外壳体的内表面的挠性阻隔材料被安装在所述腔中；
由此提供了在所述X射线机的至少部分之间和所述分析器的周围环境之间的湿气隔离。
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