CN106872502A - 一种带光束调整的edxrf检测装置 - Google Patents

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蔺春波
王慧利
张雪鹏
孙强
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    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
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Abstract

一种带光束调整的EDXRF检测装置属于X射线检测技术领域，目的在于解决现有技术存在的XRF检测过程中初级X射线的光强和光束形状对检测精度和探测稳定性影响大的问题。本发明包括支撑壳体、设置在支撑壳体上的发光机构、样品存放机构和探测分析机构以及设置在发光机构和样品存放机构之间的光束调整机构；所述光束调整机构包括圆筒状挡光机构以及嵌套在挡光机构内的聚光机构，所述挡光机构的外壁为不透光部分对初级X射线进行遮挡；发光机构发出的初级X射线的边缘光束经挡光机构进行遮挡，中间光束经聚光机构会聚成平行光束或会聚光束打到样品存放机构的样品上，激发样品所含元素的特征X射线经探测分析机构接收。

Description

一种带光束调整的EDXRF检测装置
技术领域
本发明属于X射线检测技术领域，具体涉及一种带光束调整的EDXRF检测装置。
背景技术
X射线荧光检测技术，是一种通过检测元素内层电子跃迁产生的X射线来进行物质成分分析的检测技术。能量色散型X射线荧光(EDXRF)检测是目前常用的一种XRF检测方法。
参见附图1，现有的EDXRF检测装置包括支撑壳体以及设置在支撑壳体上的发光机构、样品存放机构和探测分析机构，所述发光机构采用X光管发出的X射线作为激发源，X射线光束(又名初级X射线)以一定的发散角从X光管发出，经过一定的传输距离打到样品存放机构的样品上，激发样品所含元素的特征X射线(又名，次级X射线)，探测分析机构通过分析不同波长(对应不同能量)X射线的强度，确定某种元素的含量多少。当需要检测的目标元素含量较低，特别是痕量检测时，探测分析机构接收到的X射线强度对分析结果影响很大。一方面，X光管发出的X射线光束边缘部分会被探测分析机构接收，另一方面，X射线能量相对分散，探测分析机构接收靶面尺寸较小，受X光管成本和尺寸限制，常规的X光管不能充分激发样品中目标元素。如上所述，探测分析机构接收信号存在干扰，并且对痕量元素的检测属于弱信号处理范畴，检测结果存在不稳定和精度不高的问题。
目前，EDXRF检测装置的检测精度主要受限于初级X射线的光强和光束形状。为了能够得到较好的检测结果和检测精度，可以通过选择高能量的X光管，但这样不仅增加了成本，增大了装置尺寸，此外高能量的X光管会增大对X射线的安全防护成本和难度。
发明内容
本发明的目的在于提出一种带光束调整的EDXRF检测装置，解决现有技术存在的XRF检测过程中初级X射线的光强和光束形状对检测精度和探测稳定性影响大的问题，通过对初级X射线进行光束整理，对边缘光束进行遮挡，并对初级X射线光束发散角和光强密度进行调整，实现稳定准确检测。
为实现上述目的，本发明的一种带光束调整的EDXRF检测装置包括支撑壳体、设置在支撑壳体上的发光机构、样品存放机构和探测分析机构以及设置在发光机构和样品存放机构之间的光束调整机构；
所述光束调整机构包括圆筒状挡光机构以及嵌套在挡光机构内的聚光机构，所述挡光机构的外壁为不透光部分对初级X射线进行遮挡；所述挡光机构不透光部分一端固定在发光机构的光束出射位置，聚光机构远离发光机构一端固定在样品存放机构一侧；
发光机构发出的初级X射线的边缘光束经光束调整机构的挡光机构进行遮挡，中间光束经光束调整机构的聚光机构会聚成平行光束或会聚光束打到样品存放机构的样品上，激发样品所含元素的特征X射线经探测分析机构接收。
所述聚光机构包括空心玻璃毛细管束和套在空心玻璃毛细管束两端的固定套，空心玻璃毛细管束的中心导管是直导管，其余导管以中心导管为轴，依次分层排列，每一层空心玻璃毛细管束的曲率相同，多层空心玻璃毛细管束由内向外曲率逐渐减小，聚光机构一端的固定套和挡光机构配合连接。
所述光束调整机构的入射口的直径d通过以下公式获得：
d＝2*L*tanθ
其中：L为发光机构中X射线靶面到出射口的距离；θ为发光机构X射线光束色散角度。
所述挡光机构和聚光机构在光束入射口处对齐，挡光机构内部中空尺寸等于聚光机构的外部尺寸，紧密贴合。
所述挡光机构固定在支撑壳体上，外部尺寸大于发光机构出光口尺寸。
所述支撑壳体为封闭壳体。
所述挡光机构的材料为金属材料。
所述挡光机构的材料为铜、钢或合金。
本发明的有益效果为：X射线能够穿透大部分材料，但X射线可以通过一定厚度的金属材料或者铅板遮挡进行屏蔽，并且X射线可以通过聚焦设备对光束进行聚焦整形。本发明的一种带光束调整的EDXRF检测装置通过在X射线光束调整装置对初级X射线光束进行整形，减小初级X射线的散射杂光，以及对X射线光束的出射角度和光强密度进行调整。X射线光束调整装置包括挡光机构和聚光机构。挡光机构分为透光部分和不投光部分，透光部分能够套在聚光机构外侧，保证两机构中间没有缝隙，不透光机构外围尺寸不小于X射线发光机构的出射口径。聚光机构外径等于挡光机构透光机构尺寸，聚光机构安装于挡光机构的透光位置。采用本发明的检测装置实现了对X射线光束调整的，高精度，高可靠性的EDXRF检测装置，该装置工作时，光束调整装置能够通过挡光机构完成杂光的滤除，保证光束中心部分的高能量部分能够进入到光路的下一个机构，聚焦结构能够保证对中心部分的高能量光束部分完成发散角的汇聚，使经过调整厚度的光束具有更小的光斑尺寸，从而把能量汇聚到更小尺寸内，提高出射光束的光照强度。经过光束调整机构，能够有效解决EDXRF对痕量元素检测中精度不高和稳定性不好的问题。
附图说明
图1为现有技术中的EDXRF检测设备结构示意图；
图2为本发明的一种带光束调整的EDXRF检测装置结构示意图；
其中：1、支撑壳体，2、发光机构，3、样品存放机构，31、待测样品，32、照射区域，4、探测分析机构，5、光束调整机构，51、挡光机构，52、聚光机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
参见附图2，本发明的一种带光束调整的EDXRF检测装置包括支撑壳体1、设置在支撑壳体1上的发光机构2、样品存放机构3和探测分析机构4以及设置在发光机构2和样品存放机构3之间的光束调整机构5；
所述光束调整机构5包括圆筒状挡光机构51以及嵌套在挡光机构51内的聚光机构52，所述挡光机构51的外壁为不透光部分对初级X射线进行遮挡；所述挡光机构51不透光部分一端固定在发光机构2的光束出射位置，聚光机构52远离发光机构2一端固定在样品存放机构3一侧；
发光机构2发出的初级X射线的边缘光束经光束调整机构5的挡光机构51进行遮挡，中间光束经光束调整机构5的聚光机构52会聚成平行光束或会聚光束打到样品存放机构3的待测样品31的照射区域32上，激发样品所含元素的特征X射线经探测分析机构4接收。
挡光机构51为中空结构，中间透光部分为聚光机构52的光束入口，入口处挡光机构51与聚光机构52对齐，挡光机构51与聚光机构52嵌套牢固，接触部分不存在缝隙，挡光机构51不透光部分外围尺寸大于发光机构2的光束出射尺寸，保证能把光束边缘所有出射的光束都遮挡掉，沿着光束出射方向，挡光机构51不透光部分厚度能够保证发光机构2发出的光束不会击穿挡光机构51。聚光机构52能够把发散进入的光束经过多次全反射把发散光束整形成平行光束或会聚光束，提高聚光机构52的出射光束的光照强度。通过上述光束调整装置的作用，可以对光束进行外围遮挡，滤除杂散光，对光束中心部分进行光束汇聚，提高出射光束光照强度。
所述聚光机构52包括空心玻璃毛细管束和套在空心玻璃毛细管束两端的固定套，空心玻璃毛细管束的中心导管是直导管，其余导管以中心导管为轴，依次分层排列，每一层空心玻璃毛细管束的曲率相同，多层空心玻璃毛细管束由内向外曲率逐渐减小，聚光机构52一端的固定套和挡光机构配合连接。
所述光束调整机构4的入射口的直径d通过以下公式获得：
d＝2*L*tanθ
其中：L为发光机构2中X射线靶面到出射口的距离；θ为发光机构2中X射线光束色散角度。
所述挡光机构51和聚光机构52在光束入射口处对齐，挡光机构51内部中空尺寸等于聚光机构52的外部尺寸，紧密贴合。
所述挡光机构51固定在支撑壳体1上，外部尺寸大于发光机构2出光口尺寸。
所述支撑壳体1为封闭壳体。
所述挡光机构51的材料为金属材料。
所述挡光机构51的材料为铜、钢或合金。

Claims (8)

1.一种带光束调整的EDXRF检测装置，包括支撑壳体(1)以及设置在支撑壳体(1)上的发光机构(2)、样品存放机构(3)和探测分析机构(4)，其特征在于，
还包括设置在发光机构(2)和样品存放机构(3)之间的光束调整机构(4)；
所述光束调整机构(4)包括圆筒状挡光机构(51)以及嵌套在挡光机构(51)内的聚光机构(52)，所述挡光机构(51)的外壁为不透光部分对初级X射线进行遮挡；所述挡光机构(51)不透光部分一端固定在发光机构(2)的光束出射位置，聚光机构(52)远离发光机构(2)一端固定在样品存放机构(3)一侧；
发光机构(2)发出的初级X射线的边缘光束经光束调整机构(4)的挡光机构(51)进行遮挡，中间光束经光束调整机构(4)的聚光机构(52)会聚成平行光束或会聚光束打到样品存放机构(3)的样品上，激发样品所含元素的特征X射线经探测分析机构(4)接收。
2.根据权利要求1所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述聚光机构(52)包括空心玻璃毛细管束和套在空心玻璃毛细管束两端的固定套，空心玻璃毛细管束的中心导管是直导管，其余导管以中心导管为轴，依次分层排列，每一层空心玻璃毛细管束的曲率相同，多层空心玻璃毛细管束由内向外曲率逐渐减小，聚光机构(52)一端的固定套和挡光机构配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述光束调整机构(4)的入射口的直径d通过以下公式获得：
d＝2*L*tanθ
其中：L为发光机构(2)中X射线靶面到出射口的距离；θ为发光机构(2)X射线光束色散角度。
4.根据权利要求1所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述挡光机构(51)和聚光机构(52)在光束入射口处对齐，挡光机构(51)内部中空尺寸等于聚光机构(52)的外部尺寸，紧密贴合。
5.根据权利要求1所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述挡光机构(51)固定在支撑壳体(1)上，外部尺寸大于发光机构(2)出光口尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述支撑壳体(1)为封闭壳体。
7.根据以上任意一项权利要求所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述挡光机构(51)的材料为金属材料。
8.根据权利要求7所述的一种带光束调整的EDXRF检测装置，其特征在于，所述挡光机构(51)的材料为铜、钢或合金。
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