CN106950236B - 一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置。所述装置中准直器腔内固定的限束光阑与步进电机连接。在准直器腔内的制动件与高精度激光水准仪刚性连接。气动单元分别固定连接轨道、控制电脑、空气压缩机。制动件与轨道刚性连接；高精度激光水准仪与操作手柄连接、与制动件刚性连接；源光阑置于准直器腔外的前端；准直伸缩管与准直器腔固定连接。样品光阑置于准直伸缩管上。制动件能够进行三维运动。调试过程中，将高精度激光水准仪推进中子束流位置，调整制动件的水平竖直旋转机构，使发出的激光束能够同时穿过限束光阑。本发明能够与基于反应堆和散裂中子源的中子小角散射谱仪联用，能够快速对不同原位环境设备上的样品快速定位。

Description

一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置
技术领域
本发明属于中子小角散射实验领域，具体涉及一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置，能够在各种样品环境加载条件下实现不同环境加载条件样品的中子小角散射实验研究。
背景技术
中子小角散射是研究亚微观结构和形态特征的一种重要技术和手段，现已广泛应用于聚合物、生物大分子、凝聚态物理和材料科学等学科，研究领域涉及合金、悬浮物、乳液、胶体、高分子溶液、天然大分子、液晶、薄膜、聚电解质、复合物、纳米材料和分形等。在发达国家，每一个研究堆都有一台或几台中子小角散射谱仪作为材料研究的重要技术手段。中子小角散射主要研究材料内部微观粒子尺寸、尺寸分布、形状、分形等参数。在中子小角散射研究中，样品环境包括电磁场、高温、低温、拉伸、高压、流变等多种设备，样品材料在各种环境加载条件下，内部微结构如何演化是材料研究表征的重要内容，因此一个样品或一系列样品有时需要使用不同环境，或者一次实验使用一种样品环境设备，在完成后另一批次实验需要使用另一种样品环境，那么就需要将原来样品环境移走，而换上另一种样品环境，这时样品所放的位置是否处于中子束流位置，就成为一个问题。如果采用中子来对准，由于中子不可见，需要使用探测器测量中子通过样品的直穿束流强度来进行判断，需要不断调整样品位置，使直穿束流强度最大，这样确定样品位置会有如下不利因素：（1）所花费时间长，如果样品环境设备移动困难，需要使用天车进行吊运；2）样品定位不准确。现有技术中的中子小角散射谱仪对样品位置进行定位时，使用与中子束流垂直的激光束通过源光阑处的棱镜进行全反射，激光束通过光阑孔到达样品位置而达到定位的目的。其不足之处在于：1.对样品进行定位时，需要将棱镜移动到源光阑处，定位完成后需将棱镜移出，容易造成棱镜位置的重复性差；2.发出激光的激光水准仪处于与中子束流垂直的准直器腔外角落，工作人员进出容易碰到激光水准仪，而造成激光水准仪发出的激光不与中子束流垂直，无法通过光阑孔到达样品位置；3.由于以上两种的不确定性造成对样品位置进行定位费时，中子源非常昂贵，样品定位时间越长，浪费的束流时间越多。
发明内容
为了克服现有技术中中子小角散射谱仪样品定位困难的不足，本发明提供一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置，本发明能够在堆源和散裂源的中子小角散射谱仪上进行应用。
本发明的技术方案如下
本发明的一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置，其特点是，所述的快速定位样品位置的装置包括气动单元、制动件、高精度激光水准仪、航空插头、操作手柄、控制电脑、空气压缩机、准直器腔、限束光阑Ⅰ、限束光阑Ⅱ、限束光阑Ⅲ、准直伸缩管、样品光阑、源光阑。其中，准直器腔为密封真空腔，其连接关系是，准直器腔内通过支架分别固定有限束光阑Ⅰ、限束光阑Ⅱ、限束光阑Ⅲ，在准直器腔的侧壁分别固定连接有三个步进电机，限束光阑Ⅰ、限束光阑Ⅱ、限束光阑Ⅲ分别与步进电机连接。在准直器腔内还设置有制动件、高精度激光水准仪。所述的气动单元穿过准直器腔，气动单元在准直器腔内的一端固定连接有轨道，制动件固定在轨道上，并与轨道刚性连接；高精度激光水平仪固定在制动件上，并与制动件刚性连接。气动单元在准直器腔外的一端通过线缆与控制电脑电连接，还通过气动管道与空气压缩机连接。高精度激光水准仪通过航空插头与操作手柄连接。源光阑置于准直器腔外的前端的插槽内。准直伸缩管与准直器腔的底端固定连接。样品光阑置于准直伸缩管的插槽内。
所述的气动单元通过电动件替代。
所述的限束光阑Ⅰ、限束光阑Ⅱ、限束光阑Ⅲ、样品光阑、源光阑平行设置。
所述的限束光阑Ⅰ、限束光阑Ⅱ、限束光阑Ⅲ、样品光阑、源光阑均设置有直径为8mm、16mm、30mm的光阑孔。
本发明使用激光模拟中子束流，对各种环境设备加载到中子小角散射谱仪样品台上，提供激光束斑的位置，该位置代表中子束流照射的位置，样品放置在该位置可以获得最大的中子强度。本发明中，气动单元作为软件控制的运动组件；制动件能够在水平、竖直方向运动，且可以在水平方向旋转，当制动件调整到位后能够将此时的位置锁死。
本发明的有益效果是：
1、本发明中的高精度激光水准仪、制动件和与气动单元一起组成一个整体，便于对样品进行定位时整体推进推出。
2、本发明使用的是高精度激光水准仪放置在密封真空的准直器腔内，采用光的直线传播方式进行对样品定位，省时且便于控制。
3、本发明将高精度激光水准仪的电源控制部分进行改装，使其能够从腔外供电并实现远程线控。
4、本发明中的高精度激光水准仪的运动采用电动（或气动）方式，打开电源采用远程线控，避免了因手动而造成偏差。
5、本发明的应用前景：与基于反应堆和散裂中子源的中子小角散射谱仪联用，能够快速对不同原位环境设备上的样品快速定位。
附图说明
图1为本发明的一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置的结构示意图。
图中，1.气动单元 2.制动件 3.高精度激光水准仪 4.航空插座 5.操作手柄 6.线缆 7.控制电脑 8.气动管道 9. 空气压缩机 10.准直器腔 11. 限束光阑Ⅰ 12. 限束光阑Ⅱ 13. 限束光阑Ⅲ 14.准直伸缩管 15.样品光阑 16.源光阑 17.样品。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述。
实施例1
图1为本发明的一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置的结构示意图，在图1中，本发明的用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置，包括气动单元1、制动件 2、高精度激光水准仪3、航空插头4、操作手柄5、控制电脑7、空气压缩机9、准直器腔10、限束光阑Ⅰ11、限束光阑Ⅱ12、限束光阑Ⅲ13、准直伸缩管14、样品光阑15、源光阑16；其中，准直器腔10为密封真空腔，其连接关系是，准直器腔10内通过支架分别固定有限束光阑Ⅰ11、限束光阑Ⅱ12、限束光阑Ⅲ13，在准直器腔10的侧壁分别固定连接有三个步进电机，限束光阑Ⅰ11、限束光阑Ⅱ12、限束光阑Ⅲ13分别与对应的步进电机连接。在准直器腔10内还设置有制动件2、高精度激光水准仪3。所述的气动单元1穿过准直器腔10，气动单元1在准直器腔10内的一端固定连接有轨道，制动件2固定在轨道上，并与轨道刚性连接；高精度激光水平仪3固定在制动件2上，并与制动件2刚性连接。气动单元1在准直器腔10外的一端通过线缆6与控制电脑7电连接，还通过气动管道8与空气压缩机9连接。高精度激光水准仪3通过航空插头4与操作手柄5连接。源光阑16置于准直器腔10外的前端设置的插槽内。准直伸缩管14与准直器腔10的底端固定连接。样品光阑15置于准直伸缩管14底端设置的插槽内。样品17置于样品光阑15的下方。
所述的限束光阑Ⅰ11、限束光阑Ⅱ12、限束光阑Ⅲ13、样品光阑15、源光阑16平行设置。
本发明中，气动单元1含有电子阀门、活塞，电子阀门用于控制高压气体对活塞的运动，活塞杆与准直器腔10内的轨道固定连接，通过高压气体推动活塞杆的运动，带动轨道上制动件和高精度激光水平仪运动，使其进入或移出中子束流位置。
本实施例中，限束光阑Ⅰ11、限束光阑Ⅱ12、限束光阑Ⅲ13、样品光阑15、源光阑16均设置有直径为8mm的光阑孔。
本发明在安装调试过程中，首先将经过改装电路的高精度水准仪固定在制动件上，高精度水准仪与制动件形成一个整体。制动件固定在气动单元活塞相连的轨道上，气动单元通过软件驱动轨道到中子束流位置，通过操作手柄打开高精度激光水准仪的电源，使其发出激光束，调整制动件，使高精度激光水准仪的激光束能够完全通过三个限束光阑、源光阑和样品光阑的光阑孔，然后将制动件锁死。本发明中，准直器腔使用时是处于密封真空状态，高精度激光器、制动件、气动单元、限束光阑Ⅰ、限束光阑Ⅱ、限束光阑Ⅲ都处于真空中。控制电脑给气动单元发出指令，通过空气压缩机提供动力，也可以通过电动方式提供动力。
本发明结合中子小角散射谱仪对样品位置进行快速定位的步骤为：
1.使用软件将制动件连同高精度激光水准仪一起通过气动单元推进中子束流位置。
2.在远程使用操作手柄打开高精度激光水准仪的电源，使高精度激光水准仪发出激光通过样品光阑。
3.使用二维运动平台，将样品放置在二维运动平台上的样品架中，通过软件控制将样品运动到激光束斑照射位置。
4.完成样品位置定位后，关闭高精度激光水准仪电源，将高精度激光水准仪移出中子束流位置。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，所述的气动单元1通过电动部件替代；限束光阑Ⅰ11、限束光阑Ⅱ12、限束光阑Ⅲ13、样品光阑15、源光阑16均设置有直径为16mm的光阑孔。

Claims (1)

1.一种用于中子小角散射谱仪快速定位样品位置的装置，其特征在于，所述的快速定位样品位置的装置包括气动单元(1)、制动件(2)、高精度激光水准仪(3)、航空插头(4)、操作手柄(5)、控制电脑(7)、空气压缩机(9)、准直器腔(10)、限束光阑Ⅰ(11)、限束光阑Ⅱ(12)、限束光阑Ⅲ(13)、准直伸缩管(14)、样品光阑(15)、源光阑(16)；其中，准直器腔(10)为密封真空腔，其连接关系是，准直器腔(10)内通过支架分别固定有限束光阑Ⅰ(11)、限束光阑Ⅱ(12)、限束光阑Ⅲ(13)，在准直器腔(10)的侧壁分别固定连接有三个步进电机，限束光阑Ⅰ(11)、限束光阑Ⅱ(12)、限束光阑Ⅲ(13)分别与对应的步进电机连接；在准直器腔(10)内还设置有制动件(2)、高精度激光水准仪(3)；所述的气动单元(1)穿过准直器腔(10)，气动单元(1)在准直器腔(10)内的一端固定连接有轨道，制动件(2)固定在轨道上，并与轨道刚性连接；高精度激光水准仪(3)固定在制动件(2)上，并与制动件(2)刚性连接；气动单元(1)在准直器腔(10)外的一端通过线缆(6)与控制电脑(7)电连接，还通过气动管道(8)与空气压缩机(9)连接；高精度激光水准仪(3)通过航空插头(4)与操作手柄(5)连接；源光阑(16)置于准直器腔(10)外的前端设置的插槽内；准直伸缩管(14)与准直器腔(10)的底端固定连接；样品光阑(15)置于准直伸缩管(14)底端设置的插槽内；所述的限束光阑Ⅰ(11)、限束光阑Ⅱ(12)、限束光阑Ⅲ(13)、样品光阑(15)、源光阑(16)平行设置；所述的限束光阑Ⅰ(11)、限束光阑Ⅱ(12)、限束光阑Ⅲ(13)、样品光阑(15)、源光阑(16)均设置有直径为8mm、16mm、30mm的光阑孔。
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