CN105928878A - 用于球面晶体谱仪对中的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于球面晶体谱仪对中的装置，包括底板及探测器支架，还包括对中反射镜、对中透光孔柱、铰接轴、对中激光器及紧固件；所述铰接轴设置于底板与探测器支架之间；所述对中透光孔柱设置于铰接轴上，且对中透光孔柱上设置有透光孔；对中反射镜上设置有光反射镜面，且对中反射镜与对中激光器位于对中透光孔柱的不同端。本结构提高了球面晶体谱仪光路的对中效率，避免了球面晶体谱仪各连接器件加工和装配误差对光路的影响，提高了晶体谱仪的测量精度，可以应用于X射线辐射能谱的测量。

Description

用于球面晶体谱仪对中的装置

技术领域

本发明涉及与球面晶体配合使用，应用于高温等离子体辐射能谱的测量技术领域，特别是涉及一种用于球面晶体谱仪对中的装置。

背景技术

在高温等离子体的研究中，X射线光谱法是一种重要的诊断手段。对于能量在1-10keV的X射线，通常采用晶体谱仪来测量。晶体谱仪是根据布里格衍射原理，利用X射线从晶体上有选择的反射来实现对X射线的分光。晶体谱仪主要有平晶谱仪和弯晶谱仪两种。弯晶谱仪由于具有较强的汇聚本领，能使X射线谱仪的光强度提高一、二个量级。球面晶体是其中一种得到广泛使用的晶体。球面晶体谱仪在测量前需要根据辐射源、晶体和探测器的位置，进行光路的对中调整。

在《高温等离子体诊断技术》等书中有球面晶体的介绍，在期刊文献中，有关于球面晶体谱仪对中光路的理论分析。目前，球面晶体谱仪光路对中时，辐射源、晶体和接收器件的相对位置是通过各连接管道的尺寸精度来保证。由于各连接器件的加工和装配时都会存在一定的误差，造成光路出现一定偏离，导致测量结果有较大的误差，根据此结果分析的等离子体参数就会有较大的不可信度。

发明内容

针对上述现有技术中球面晶体谱仪光路对中时，辐射源、晶体和接收器件的相对位置是通过各连接管道的尺寸精度来保证。由于各连 接器件的加工和装配时都会存在一定的误差，造成光路出现一定偏离，导致测量结果有较大的误差，根据此结果分析的等离子体参数就会有较大的不可信度问题，本发明提供了一种用于球面晶体谱仪对中的装置。

本发明提供的用于球面晶体谱仪对中的装置通过以下技术要点来解决问题：用于球面晶体谱仪对中的装置，包括用于固定球面晶体的底板及用于固定探测器的探测器支架，还包括对中反射镜、对中透光孔柱、铰接轴、对中激光器及紧固件；

所述铰接轴设置于底板与探测器支架之间，用于实现底板与探测器支架的相对转动；

所述紧固件用于实现底板与探测器支架的相互固定；

所述对中透光孔柱设置于铰接轴上，且对中透光孔柱上设置有透光孔，所述透光孔的中心线与铰接轴的轴线相交，且透光孔的中心线与铰接轴的轴线相互垂直；

所述对中反射镜设置于探测器支架上，对中反射镜上设置有光反射镜面，且对中反射镜与对中激光器位于对中透光孔柱的不同端。

具体的，球面晶体谱仪的色散元件是球面晶体，它对不同波长X射线的衍射遵从布拉格(Bragg)公式：2d sinθ＝mλ，其中d为晶体的晶格常数，m为衍射级次，θ为掠入射角，λ为X射线波长。子午面是球面晶体谱仪的谱色散平面。用球面晶体谱仪测量高温等离子体X射线辐射时，探测器件(胶片、成像板或CCD)沿弧矢焦点放置，它们的满足以下关系：

1/a+1/b＝2sin(θ)/R

这里a和b分别为X射线辐射源到晶体和探测器到晶体的距离，R为晶体曲率半径。弧矢焦点都位于通过X射线辐射源和罗兰圆上点O的直线上。以上公式中，Φ与θ的角度数满足如下关系：Φ+θ＝90°。

以上结构中，对中激光器作为光源，其发射的光线经过对中透光孔柱的透光孔后，可在松懈紧固件对底板与探测器支架约束的情况下，以铰接轴的轴线为转轴，转动探测器支架，这样，透过透光孔的光线可入射到对中反射镜上，对中反射镜优选设置为平面反射镜，这样，进一步调整探测器支架与底板的相对倾角，可使得对中反射镜的反射光线落到对中透光孔柱的透光孔上，这样，可精确的完成如下设置：将辐射源设置在以上对中激光器的位置点，将探测器的探测平面设置在以上对中激光器的光路或该光路的延长线上，用于球面晶体固定的圆弧的圆心落在铰接轴的轴线上，这样，可以很好的实现辐射源、球面晶体和探测器的相对位置限定。

以上结构提供的用于球面晶体谱仪对中的装置提高了球面晶体谱仪光路的对中效率，避免了球面晶体谱仪各连接器件加工和装配误差对光路的影响，提高了晶体谱仪的测量精度，可以应用于X射线辐射能谱的测量。

更进一步的技术方案为：

为便于限定不同球面晶体在底板上的相对位置，所述底板为扇形板。

作为一种铰接轴的具体实现形式、具体的铰接轴与对中透光孔柱 连接的具体实现方式，所述铰接轴为固定于扇形板圆心上的第二支座，所述第二支座为轴线与底板垂直的圆筒状结构，第二支座的一端与底板固定连接，第二支座的另一端设置有中心孔，所述中心孔的轴线与第二支座的轴线共线，对中透光孔柱设置于所述中心孔内，探测器支架上设置有与第二支座间隙配合的孔。以上结构中，通过所述孔与第二支座间隙配合、第二支座的一端与底板固定连接的形式，实现探测器支架可绕第二支座相对于底板转动，达到改变探测器支架与底板相对角度的目的。优选第二支座与底板可采用螺纹连接的连接方式。

本装置在使用时，可设置为对中激光器及底板位置固定，由于为得到直观的对中反射镜反射光路，或者便于精确观察到对中反射镜的反射光路落在了对中透光孔柱的透光孔内，可将透光孔设置得较为细长，这样，只有在对中激光器光线发射端与所述透光孔的轴线具有很好的对中精度的情况下，才能最好的发挥本装置的对中性能，故设置为：所述对中透光孔柱为其上设置有透光孔的柱状结构，所述对中透光孔柱与中心孔间隙配合，第二支座的侧壁上还螺纹连接有第二紧固螺钉，所述第二紧固螺钉的螺纹段端部与对中透光孔柱的壁面接触。这样，可通过松懈第二紧固螺钉，完成以上对中激光器光线发射端与透光孔轴线的良好对中。

作为紧固件的具体实现形式，所述紧固件包括支架紧固螺钉及支架预紧螺栓，探测器支架上设置有一个条形孔及一个通孔，所述支架紧固螺钉及支架预紧螺栓分别穿过条形孔及通孔与底板螺纹连接，所述支架紧固螺钉及支架预紧螺栓的螺帽端宽度分别大于条形孔及通 孔的宽度，且支架紧固螺钉与铰接轴的距离大于支架预紧螺钉与铰接轴的距离。以上结构中，支架紧固螺钉穿过条形孔，支架预紧螺钉穿过通孔，通过支架紧固螺钉螺帽端及支架预紧螺钉螺帽端对探测器支架外表面的压紧力实现探测器支架在底板上的固定。

在连接本球面晶体谱仪时，最开始的操作是穿设铰接轴，使得底板的前方表面与探测器支架的后方表面贴合，而此时底板与探测器支架可相对转动，这样，可通过在条形孔中安装与底板螺纹连接的支架紧固螺钉，通过支架紧固螺钉施加的预紧力，使得底板与探测器支架两者之间具有足够的最大静摩擦力避免两者相对自转；而后可通过使得底板与探测器支架发生相对转动，找到适合本球面晶体谱仪使用的大致的底板与探测器支架相对位置；由于本球面晶体谱仪在使用时，相对于以上大致位置，一般仅需要作细微调整，故在找到以上大致位置后，可通过连接支架预紧螺钉，支架预紧螺钉与通孔的间隙作为以上细微调的可调幅度，这样，有利于提高底板与探测器支架的相对位置调整效率。同时，本结构中通过支架紧固螺钉及支架预紧螺钉为底板及探测器支架施加约束，有利于在紧固以上支架紧固螺钉及支架预紧螺钉后，底板与探测器支架相对位置的稳定性。

进一步的，为利于底板与探测器支架相对位置的稳定性，支架紧固螺钉及支架预紧螺钉设置于铰接轴的不同侧。

同时由于本结构中需要使得探测器支架绕铰接轴转动到精确位置，故设置支架预紧螺栓，这样，可通过支架预紧螺栓的端部与底板接触带来的摩擦力，调整探测器支架绕铰接轴转动所需要的转矩大小， 便于通过调整支架预紧螺栓，实现粗调、精调。故以上结构利于探测器支架相对于底板位置为角度调整精度，利于本装置的对中效果。

作为具体的对中反射镜在本装置上的连接形式，还包括呈筒状的第一支座，所述第一支座的轴线与探测器支架垂直，第一支座的一端与探测器支架固定连接，第一支座的另一端设置有支座中心孔，所述支座中心孔的轴线与第一支座的轴线共线，对中反射镜设置于所述支座中心孔内。优选以上第一支座与探测器支架螺纹连接。

为便于调整对中反射镜反射面朝向，所述支座中心孔与对中反射镜间隙配合，第一支座的侧壁上还螺纹连接有第一紧固螺钉，所述第一紧固螺钉的螺纹段端部与对中反射镜的壁面接触。

为便于快速、准确的在底板上设置球面晶体，所述底板上还设置有至少一条球面晶体安装引导线，且球面晶体安装引导线均为等径圆弧线，且等径圆弧线的圆心位于铰接轴的中心线上。

为便于快速、准确的在底板上设置球面晶体，所述底板上还设置有多个球面晶体安装工位，多个球面晶体安装工位分布于至少一条等径弧形线上，所述等径弧形线的圆心位于铰接轴的中心线上。

为便于快速、准确的在探测器支架上安装探测器，所述探测器支架上还设置有用于探测器安装的螺钉孔。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的用于球面晶体谱仪对中的装置提高了球面晶体谱仪光路的对中效率，避免了球面晶体谱仪各连接器件加工和装配误差对光路的影响，提高了晶体谱仪的测量精度，可以应用于X射线辐 射能谱的测量。

附图说明

图 1是本发明所述的用于球面晶体谱仪对中的装置一个具体实施例的主视图。

图中的编号依次为：1、底板，2、探测器支架，3、第一支座，4、对中反射镜，5、第一紧固螺钉，6、支架紧固螺钉，7、对中透光孔柱，8、第二紧固螺钉，9、第二支座，10、支架预紧螺栓，11、对中激光器。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图 1所示，用于球面晶体谱仪对中的装置，包括用于固定球面晶体的底板1及用于固定探测器的探测器支架2，还包括对中反射镜4、对中透光孔柱7、铰接轴、对中激光器11及紧固件；

所述铰接轴设置于底板1与探测器支架2之间，用于实现底板1与探测器支架2的相对转动；

所述紧固件用于实现底板1与探测器支架2的相互固定；

所述对中透光孔柱7设置于铰接轴上，且对中透光孔柱7上设置有透光孔，所述透光孔的中心线与铰接轴的轴线相交，且透光孔的中心线与铰接轴的轴线相互垂直；

所述对中反射镜4设置于探测器支架2上，对中反射镜4上设置有 光反射镜面，且对中反射镜4与对中激光器11位于对中透光孔柱7的不同端。

具体的，球面晶体谱仪的色散元件是球面晶体，它对不同波长X射线的衍射遵从布拉格(Bragg)公式：2d sinθ＝mλ，其中d为晶体的晶格常数，m为衍射级次，θ为掠入射角，λ为X射线波长。子午面是球面晶体谱仪的谱色散平面。用球面晶体谱仪测量高温等离子体X射线辐射时，探测器件(胶片、成像板或CCD)沿弧矢焦点放置，它们的满足以下关系：

1/a+1/b＝2sin(θ)/R

这里a和b分别为X射线辐射源到晶体和探测器到晶体的距离，R为晶体曲率半径。弧矢焦点都位于通过X射线辐射源和罗兰圆上点O的直线上，以上公式中，Φ与θ的角度数满足如下关系：Φ+θ＝90°。

以上结构中，对中激光器11作为光源，其发射的光线经过对中透光孔柱7的透光孔后，可在松懈紧固件对底板1与探测器支架2约束的情况下，以铰接轴的轴线为转轴，转动探测器支架2，这样，透过透光孔的光线可入射到对中反射镜4上，对中反射镜4优选设置为平面反射镜，这样，进一步调整探测器支架2与底板1的相对倾角，可使得对中反射镜4的反射光线落到对中透光孔柱7的透光孔上，这样，可精确的完成如下设置：将辐射源设置在以上对中激光器11的位置点，将探测器的探测平面设置在以上对中激光器11的光路或该光路的延长线上，用于球面晶体固定的圆弧的圆心落在铰接轴的轴线上，这样，可以很好的实现辐射源、球面晶体和探测器的相对位置限定。

以上结构提供的用于球面晶体谱仪对中的装置提高了球面晶体谱仪光路的对中效率，避免了球面晶体谱仪各连接器件加工和装配误差对光路的影响，提高了晶体谱仪的测量精度，可以应用于X射线辐射能谱的测量。

实施例2：

如图 1所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：更进一步的技术方案为：

为便于限定不同球面晶体在底板1上的相对位置，所述底板1为扇形板。

作为一种铰接轴的具体实现形式、具体的铰接轴与对中透光孔柱7连接的具体实现方式，所述铰接轴为固定于扇形板圆心上的第二支座9，所述第二支座9为轴线与底板1垂直的圆筒状结构，第二支座9的一端与底板1固定连接，第二支座9的另一端设置有中心孔，所述中心孔的轴线与第二支座9的轴线共线，对中透光孔柱7设置于所述中心孔内，探测器支架2上设置有与第二支座9间隙配合的孔。以上结构中，通过所述孔与第二支座9间隙配合、第二支座9的一端与底板1固定连接的形式，实现探测器支架2可绕第二支座9相对于底板1转动，达到改变探测器支架2与底板1相对角度的目的。优选第二支座9与底板1可采用螺纹连接的连接方式。

本装置在使用时，可设置为对中激光器11及底板1位置固定，由于为得到直观的对中反射镜4反射光路，或者便于精确观察到对中反射镜4的反射光路落在了对中透光孔柱7的透光孔内，可将透光孔 设置得较为细长，这样，只有在对中激光器11光线发射端与所述透光孔的轴线具有很好的对中精度的情况下，才能最好的发挥本装置的对中性能，故设置为：所述对中透光孔柱7为其上设置有透光孔的柱状结构，所述对中透光孔柱7与中心孔间隙配合，第二支座9的侧壁上还螺纹连接有第二紧固螺钉8，所述第二紧固螺钉8的螺纹段端部与对中透光孔柱7的壁面接触。这样，可通过松懈第二紧固螺钉8，完成以上对中激光器11光线发射端与透光孔轴线的良好对中。

作为紧固件的具体实现形式，所述紧固件包括支架紧固螺钉6及支架预紧螺栓10，探测器支架2上设置有一个条形孔及一个通孔，所述支架紧固螺钉6及支架预紧螺栓10分别穿过条形孔及通孔与底板1螺纹连接，所述支架紧固螺钉6及支架预紧螺栓10的螺帽端宽度分别大于条形孔及通孔的宽度，且支架紧固螺钉6与铰接轴的距离大于支架预紧螺钉10与铰接轴的距离。以上结构中，支架紧固螺钉6穿过条形孔，支架预紧螺钉10穿过通孔，通过支架紧固螺钉6螺帽端及支架预紧螺钉10螺帽端对探测器支架2外表面的压紧力实现探测器支架2在底板1上的固定。

在连接本球面晶体谱仪时，最开始的操作是穿设铰接轴，使得底板1的前方表面与探测器支架2的后方表面贴合，而此时底板1与探测器支架2可相对转动，这样，可通过在条形孔中安装与底板1螺纹连接的支架紧固螺钉6，通过支架紧固螺钉6施加的预紧力，使得底板1与探测器支架2两者之间具有足够的最大静摩擦力避免两者相对自转；而后可通过使得底板1与探测器支架2发生相对转动，找到适 合本球面晶体谱仪使用的大致的底板1与探测器支架2相对位置；由于本球面晶体谱仪在使用时，相对于以上大致位置，一般仅需要作细微调整，故在找到以上大致位置后，可通过连接支架预紧螺钉10，支架预紧螺钉10与通孔的间隙作为以上细微调的可调幅度，这样，有利于提高底板1与探测器支架2的相对位置调整效率。同时，本结构中通过支架紧固螺钉6及支架预紧螺钉10为底板1及探测器支架2施加约束，有利于在紧固以上支架紧固螺钉6及支架预紧螺钉10后，底板1与探测器支架2相对位置的稳定性。

本实施例中，为利于底板1与探测器支架2相对位置的稳定性，支架紧固螺钉6及支架预紧螺钉10设置于铰接轴的不同侧，支架紧固螺钉及支架预紧螺栓上均采用细牙螺纹，同时两者配合弹簧垫使用。

作为具体的对中反射镜4在本装置上的连接形式，还包括呈筒状的第一支座3，所述第一支座3的轴线与探测器支架2垂直，第一支座3的一端与探测器支架2固定连接，第一支座3的另一端设置有支座中心孔，所述支座中心孔的轴线与第一支座3的轴线共线，对中反射镜4设置于所述支座中心孔内。优选以上第一支座3与探测器支架2螺纹连接。

为便于调整对中反射镜4反射面朝向，所述支座中心孔与对中反射镜4间隙配合，第一支座3的侧壁上还螺纹连接有第一紧固螺钉5，所述第一紧固螺钉5的螺纹段端部与对中反射镜4的壁面接触。

为便于快速、准确的在底板1上设置球面晶体，所述底板1上还设置有至少一条球面晶体安装引导线，且球面晶体安装引导线均为等 径圆弧线，且等径圆弧线的圆心位于铰接轴的中心线上。

实施例3：

如图 1所示，本实施例在以上任意一个实施例提供的任意一个技术方案的基础上作进一步限定：为便于快速、准确的在底板1上设置球面晶体，所述底板1上还设置有多个球面晶体安装工位，多个球面晶体安装工位分布于至少一条等径弧形线上，所述等径弧形线的圆心位于铰接轴的中心线上。

为便于快速、准确的在探测器支架2上安装探测器，所述探测器支架2上还设置有用于探测器安装的螺钉孔。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.用于球面晶体谱仪对中的装置，包括用于固定球面晶体的底板（1）及用于固定探测器的探测器支架（2），其特征在于，还包括对中反射镜（4）、对中透光孔柱（7）、铰接轴、对中激光器（11）及紧固件；

所述铰接轴设置于底板（1）与探测器支架（2）之间，用于实现底板（1）与探测器支架（2）的相对转动；

所述紧固件用于实现底板（1）与探测器支架（2）的相互固定；

所述对中透光孔柱（7）设置于铰接轴上，且对中透光孔柱（7）上设置有透光孔，所述透光孔的中心线与铰接轴的轴线相交，且透光孔的中心线与铰接轴的轴线相互垂直；

所述对中反射镜（4）设置于探测器支架（2）上，对中反射镜（4）上设置有光反射镜面，且对中反射镜（4）与对中激光器（11）位于对中透光孔柱（7）的不同端。

2.根据权利要求1所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述底板（1）为扇形板。

3.根据权利要求2所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述铰接轴为固定于扇形板圆心上的第二支座（9），所述第二支座（9）为轴线与底板（1）垂直的圆筒状结构，第二支座（9）的一端与底板（1）固定连接，第二支座（9）的另一端设置有中心孔，所述中心孔的轴线与第二支座（9）的轴线共线，对中透光孔柱（7）设置于所述中心孔内，探测器支架（2）上设置有与第二支座（9）间隙配合的孔。

4.根据权利要求3所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述对中透光孔柱（7）为其上设置有透光孔的柱状结构，所述对中透光孔柱（7）与中心孔间隙配合，第二支座（9）的侧壁上还螺纹连接有第二紧固螺钉（8），所述第二紧固螺钉（8）的螺纹段端部与对中透光孔柱（7）的壁面接触。

5.根据权利要求1所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述紧固件包括支架紧固螺钉（6）及支架预紧螺栓（10），探测器支架（2）上设置有一个条形孔及一个通孔，所述支架紧固螺钉（6）及支架预紧螺栓（10）分别穿过条形孔及通孔与底板（1）螺纹连接，所述支架紧固螺钉（6）及支架预紧螺栓（10）的螺帽端宽度分别大于条形孔及通孔的宽度，且支架紧固螺钉（6）与铰接轴的距离大于支架预紧螺钉（10）与铰接轴的距离。

6.根据权利要求1所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，还包括呈筒状的第一支座（3），所述第一支座（3）的轴线与探测器支架（2）垂直，第一支座（3）的一端与探测器支架（2）固定连接，第一支座（3）的另一端设置有支座中心孔，所述支座中心孔的轴线与第一支座（3）的轴线共线，对中反射镜（4）设置于所述支座中心孔内。

7.根据权利要求6所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述支座中心孔与对中反射镜（4）间隙配合，第一支座（3）的侧壁上还螺纹连接有第一紧固螺钉（5），所述第一紧固螺钉（5）的螺纹段端部与对中反射镜（4）的壁面接触。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述底板（1）上还设置有至少一条球面晶体安装引导线，且球面晶体安装引导线均为等径圆弧线，且等径圆弧线的圆心位于铰接轴的中心线上。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述底板（1）上还设置有多个球面晶体安装工位，多个球面晶体安装工位分布于至少一条等径弧形线上，所述等径弧形线的圆心位于铰接轴的中心线上。

10.根据权利要求1至7中任意一项述的用于球面晶体谱仪对中的装置，其特征在于，所述探测器支架（2）上还设置有用于探测器安装的螺钉孔。