CN109540942B - 用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，包括：样品传送系统，用于间隔的将待测样品传送至预设测试位置；恒温管体，样品传送系统设置在恒温管体内，恒温管体用于提供恒温环境；恒温管体上与预设测试位置对应的位置处开设有第一束流入射窗口，第一束流入射窗口用于供粒子束流入射至预设测试位置；冷却系统，用于向恒温管体提供冷却介质，以保持测试所需的温度环境；加热装置，用于对流过待测样品的冷却介质进行加热，以改变待测样品所需的目标温度。该装置实现了多个待测样品依次自动更换的功能，并为实验提供所需的温度环境，节约了更换待测样品所需的时间，提高了实验效率。

Description

用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置

技术领域

本发明涉及材料分析和科学装置技术领域，具体涉及一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置。

背景技术

中子、X射线等实验过程是将中子或X射线发射到样品材料中，通过探测器分析、观察材料散射或衍射的现象，从而可以得出样品材料的微观结构特征。

材料测试实验中改变样品的温度可以获得不同温度时样品内部的微观结构信息，在低温条件下，原子的热振动、旋转等幅度降低，有些样品会发生相变或表现出某些优异的性质，因此，低温环境对于多学科领域的研究应用至关重要。实验过程中，若需要更换样品，则需要进行关闭射线束流、设备拆卸和屏蔽墙体开关等操作，为了提高实验效率和避免射线时间的浪费，一次性可进行多个样品的低温实验至关重要。

因此，现有技术有待提高和改进。

发明内容

本申请旨在提供一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，以实现自动更换待测样品的目的。

本申请提供了一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，包括：

样品传送系统，所述样品传送系统用于间隔的将待测样品传送至预设测试位置；

恒温管体，所述样品传送系统设置在所述恒温管体内，所述恒温管体用于提供恒温环境；所述恒温管体上与所述预设测试位置对应的位置处开设有第一束流入射窗口，所述第一束流入射窗口用于供粒子束流入射至所述预设测试位置；

冷却系统，所述冷却系统用于向所述恒温管体提供冷却介质，以保持测试所需的温度环境；

加热装置，所述加热装置用于对流过待测样品的冷却介质进行加热，以改变待测样品所需的目标温度。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述样品传送系统包括：传送机构，以及依次间隔的设置在所述传送机构上的多个样品容器；所述样品容器用于装载待测样品，所述传送机构用于间隔的传送各样品容器至所述预设测试位置。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述传送机构包括：驱动组件，以及与所述驱动组件传动连接的第一传送组件和第二传送组件；所述多个样品容器依次间隔的设置在所述第一传送组件和所述第二传送组件之间；所述驱动组件用于驱动所述第一传送组件和所述第二传送组件同步、且间隔的循环转动。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述第一传送组件和所述第二传送组件均为链式传送方式，所述驱动组件设置在所述第一传送组件或所述第二传送组件的外侧；所述第一传送组件的链条和所述第二传送组件的链条中多个位置相对应、且间隔一定距离的链节之间设置有连接杆，所述连接杆用于连接所述第一传送组件和所述第二传送组件，以保持所述第一传送组件和所述第二传送组件的同步转动。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述连接杆上设置有旋转件，所述旋转件可绕所述连接杆的轴心线转动，所述样品容器设置在所述旋转件上。

所述的可变温自动换样装置，其中，还包括：真空室，所述真空室用于提供真空环境以阻隔热交换；所述恒温管体设置在所述真空室内，所述真空室上设置有第二束流入射窗口，所述第二束流入射窗口用于供粒子束流入射至所述第一束流入射窗口。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述冷却系统包括：制冷机，管路以及冷却介质发生装置；所述管路的两端分别与所述恒温管体的两端连通；所述冷却介质发生装置连通至所述恒温管体，用于向所述恒温管体充入冷却介质；所述恒温管体和所述管路组成循环回路；所述制冷机用于冷却所述循环回路中的冷却介质。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述冷却系统还包括：第一负压装置，所述第一负压装置用于将所述循环回路抽真空。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述冷却系统还包括：第二负压装置，所述第二负压装置设置在所述管路上，所述第二负压装置用于为充入到所述循环回路中的冷却介质提供循环的动力。

所述的可变温自动换样装置，其中，所述恒温管体包括：主管体和与所述主管体可拆卸连接的盖体；所述盖体打开以更换待测样品。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，包括：样品传送系统，所述样品传送系统用于间隔的将待测样品传送至预设测试位置；恒温管体，所述样品传送系统设置在所述恒温管体内，所述恒温管体用于提供恒温环境；所述恒温管体上与所述预设测试位置对应的位置处开设有第一束流入射窗口，所述第一束流入射窗口用于供粒子束流入射至所述预设测试位置；冷却系统，所述冷却系统用于向所述恒温管体提供冷却介质，以保持测试所需的温度环境；加热装置，所述加热装置用于对流过待测样品的冷却介质进行加热，以改变待测样品所需的目标温度。该可变温自动换样装置能够间隔的将多个待测样品传送到预设测试位置，在该预设测试位置进行散射或衍射实验，实现了多个待测样品依次自动更换的功能，并为实验提供所需的温度环境，节约了更换待测样品所需的时间，提高了实验效率。

附图说明

图1为本发明提供的可变温自动换样装置的主视图；

图2为本发明提供的可变温自动换样装置的右视图；

图3为本发明提供的可变温自动换样装置中恒温管体打开的示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，包括：样品传送系统，恒温管体，冷却系统和加热装置。样品传送系统设置在恒温管体内，样品传送系统用于间隔的将待测样品传送至预设测试位置，恒温管体用于提供恒温环境，在恒温管体上与预设测试位置对应的位置处开设有第一束流入射窗口，第一束流入射窗口用于供粒子束流入射至预设测试位置，以对待测样品进行散射或衍射实验。冷却系统用于向恒温管体提供冷却介质，以保持测试所需的温度环境；加热装置用于对流过待测样品的冷却介质进行加热，以改变待测样品所需的目标温度。该预设测试位置上的样品容器的位置满足进行散射或衍射实验的条件，当待测样品处于该预设测试位置后，对待测样品进行散射或衍射实验。该可变温自动换样装置间隔的传送多个待测样品至预设测试位置，实现了多个待测样品依次自动更换的功能，节约了更换待测样品所需的时间，提高了实验效率。

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1至图3所示，该可变温自动换样装置具体包括：粒子束流发生器(图中未示出)，样品传送系统，恒温管体30，冷却系统，加热装置40以及真空室50。

样品传送系统用于将待测样品传送至预设测试位置。该样品传送系统包括：传送机构10和多个样品容器20，多个样品容器20依次间隔的设置在传送机构10上，样品容器20用于装载待测样品，传送机构10用于间隔的传送各样品容器20至预设测试位置，在该预设测试位置上，粒子束流发生器向样品容器20中的待测样品发射中子或X射线，从而对装载在样品容器20中的待测样品进行散射或衍射实验，以分析待测样品的微观结构。为保证实验的准确性，该预设测试位置上有且仅有一个样品容器20，且样品容器20在该预设测试位置时处于悬空状态。

恒温管体30用于提供恒温环境，以满足实验所需的恒温环境，具体的是保持恒温管体30内为冷却环境。样品传送系统设置在该恒温管体30中，在恒温管体30与预设测试位置对应的位置处开设有第一束流入射窗口31，在恒温管体30上与第一束流入射窗口31相对应的另一侧的管壁上开设有第一束流出射窗口32，第一束流入射窗口31用于供粒子束流入射至预设测试位置，以对待测样品进行散射或衍射实验。第一束流出射窗口32用于供轰击到待测样品上的粒子束流所发散的其他束流出射。

真空室50用于提供真空环境以阻隔热交换。恒温管体30设置在真空室50内，在真空室50上设置有第二束流入射窗口51，并且在真空室50上的第二束流入射窗口51相对应的另一侧侧壁上设置第二束流出射窗口52。第二束流入射窗口51用于供粒子束流入射至第一束流入射窗口31，第二束流出射窗口52用于供从第一束流出射窗口32出射的其他束流射出至真空室外。恒温管体30上的两个窗口和真空室50上的两个窗口还可用于实验人员从外部观察。

粒子束流发生器设置在真空室50外，其用于发射粒子束流，该粒子束流包括中子或X射线，并且粒子束流发生器的出射端对准第二束流出射窗口51，具体的是所发射的粒子束流对准第一束流入射窗口31，从而使得粒子束流对准待测样品。

冷却系统用于向恒温管体30提供冷却介质，以保持测试所需的温度环境。

加热装置用于对流过待测样品的冷却介质进行加热，以改变待测样品所需的目标温度。实现在冷却环境中，通过改变待测样品不同的目标温度，分析待测样品的微观结构。

如图1和图2中所示，传送机构10包括：驱动组件11，以及与该驱动组件11传动连接的第一传送组件12和第二传送组件13。上述的多个样品容器20依次间隔的设置在第一传送组件12和第二传送组件13之间，驱动组件11用于驱动第一传送组件12和第二传送组件13同步、且间隔的循环转动，以在第一传送组件12和第二传送组件13同步且循环转动的同时，将样品容器20传送到预设测试位置。在该预设测试位置处，根据待测样品进行测试所需的时间，驱动组件间隔该所需的时间停留，以对待测样品进行散射或衍射实验。

本实施例中，在第一传送组件12和第二传送组件13之间多个相对应、且间隔一定距离的位置处设置有连接杆14，该连接杆14用于连接第一传送组件12和第二传送组件13，以使驱动组件11在驱动第一传送组件12和第二传送组件13转动时，以保持第一传送组件12和第二传送组件13的同步转动。样品容器20具体是设置在连接杆14上，在连接杆14上设置旋转件，优选的，该旋转件为挂轮，该旋转件可绕连接杆14的轴心线转动，样品容器20设置在该旋转件上，以使得样品容器20在自身重力的作用下始终处于悬空状态，满足测试实验所需。

如图1至图3中所示，该传送机构10为竖直方向安装的结构，驱动组件11设置在竖直方向的顶端，在竖直方向上有且仅有样品容器20在传送机构10的底端时为不存在阻挡样品容器20的状态，因此，本可变温自动换样装置中的预设测试位置即为图中所示的传送机构10的底端。

本实施例中，第一传送组件12和第二传送组件13均为链式传送方式，驱动组件11设置在第一传送组件12或第二传送组件13的外侧，连接杆14设置在第一传送组件12的链条和第二传送组件13的链条多个位置相对应、且间隔一定距离的链节之间。

在其他实施例中，第一传送组件12和第二传送组件13也可为皮带式传送方式，该种方式下，在皮带上设置挂钩，将样品容器设置在挂钩上，样品容器也可处于悬空状态，满足测试实验所需的状态。下述实施方式中，以链式传送方式为例进行说明。

第一传送组件12包括：第一主动链轮122，第一从动链轮124，以及设置在第一主动链轮122和第一从动链轮124上的第一链条121。第二传送组件13包括：与第一主动链轮122位置对应的第二主动链轮132，与第一从动链轮位置对应的第二从动链轮(图中未示出)，以及设置在第二主动链轮122和第二从动链轮124上的第二链条131。连接杆14设置在第一链条121和第二链条131中多个相对应、且间隔一定距离的链节之间。驱动组件11设置在第一主动链轮122或第二主动链轮132的外侧，以驱动第一主动链轮122或第二主动链轮132同步转动。

驱动组件11包括：驱动电机111，与驱动电机111的电机轴传动连接的连杆114，以及设置在连杆114上的第一驱动链轮112和第二驱动链轮123，第一驱动链轮112用于与第一主动链轮122传动连接，第二驱动链轮113用于与第二主动链轮132传动连接。在第一主动链轮122的外侧设置有与第一主动链轮122传动连接的第一连接链轮123，第一连接链轮123用于和第一驱动链轮112啮合，以实现第一驱动链轮112与第一主动链轮122的传动连接。在第二主动链轮132的外侧设置有第二连接链轮133，第二连接链轮133用于与第二驱动链轮123啮合，以实现第二驱动链轮123与第二主动链轮132的传动连接。

本实施方式中，第一传送组件12和第二传送组件13为在竖直方向上设置的循环式传送组件，即样品传送系统为竖直方向设置的，如图1至图3中所示。当然，也可将该样品传送系统设置为在水平方向上的循环式传送组件。

在其他实施例中，也可将该样品传送系统设置为非循环式传送方式，该非循环式传送方式同样是依次间隔的将样品容器传送到预设测试位置，不同的是此种方式中的预设测试位置并非位于结构的端部，可根据实际需要进行设定。应当说明的是，该非循环式传送方式包括在直线方向上传送的方式，只需满足将样品容器依次间隔的传送到预设测试位置即可。

冷却系统包括：制冷机60，管路62，冷却介质发生装置64，第一负压装置63和第二负压装置65。制冷机60，冷却介质发生装置64，第一负压装置63和第二负压装置65均设置在真空室50外，制冷机的冷头61和管路62都位于真空室50内，管路62的两端分别与恒温管体30的两端连通，并且管路62缠绕在制冷机的冷头61上，第一负压装置63设置在管路62上，冷却介质发生装置64连通至恒温管体30，第二负压装置65同样连通至恒温管体30。冷却介质发生装置64用于向恒温管体30充入冷却介质，该冷却介质具体的是氦气。恒温管体30和管路62组成循环回路，制冷机60用于通过缠绕在冷头61上的管路62冷却该循环回路中的冷却介质，第一负压装置63用于将该循环回路抽真空，第二负压装置65用于为充入到该循环回路中的冷却介质提供循环的动力，在冷却介质发生装置64与恒温管体30之间设置有用于控制连接通路通断的第一阀门66，在第一负压装置63与恒温管体30之间设置有用于控制两连接通路之间通断的第二阀门67，在管路62上还设置有用于控制管路62通断的第三阀门68。

本实施例所提供的用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置的具体工作过程如下：

传送机构10将装载有待测样品的样品容器20依次的传送到预设测试位置后，第二阀门67打开，第一负压装置63工作将恒温管体30和管路62所形成的循环回路抽真空，之后第二阀门67关闭。第一阀门66打开，冷却介质发生装置64将冷却介质充入到循环回路中，第一阀门66关闭。第三阀门68打开，同时第二负压发生装置65工作，使得冷却介质在该循环回路中循环流动，循环流动的冷却介质在制冷机冷头61的作用下冷却，使得恒温管体30中的温度满足实验所需的温度环境。之后，开启束流发生器发射粒子束流，粒子束流穿过先后穿过第二束流入射窗口51和第一束流入射窗口31后入射至预设测试位置，使得粒子束流轰击待测样品。同时打开加热装置40加热冷却后的冷却介质，使得加热后的冷却介质流入到待测样品上，以为待测样品提供不同的目标温度，从而在低温环境下，对待测样品进行散射或衍射实验。

进一步的，在进行完实验需要对待测样品进行更换时，则可采用将恒温管体30打开的方式进行更换待测样品。因此，本可变温自动换样装置中的恒温管体30还包括：主管体33和与主管体33可拆卸连接的盖体34，主管体33和盖体34的端部都设置有法兰盘，以便于拆卸连接。该盖体34打开后以更换待测样品。

综上所述，本申请所提供的用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，能够依次间隔的将多个待测样品传送至预设测试位置，提供测试所需的温度环境，并改变待测样品的目标温度，结构简单，易于实现，节约了更换待测样品所需的时间，显著的提高了散射或衍射实现的的实验效率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种用于散射或衍射实验的可变温自动换样装置，其特征在于，包括：

样品传送系统，所述样品传送系统用于间隔的将待测样品传送至预设测试位置；

恒温管体，所述样品传送系统设置在所述恒温管体内，所述恒温管体用于提供恒温环境；所述恒温管体上与所述预设测试位置对应的位置处开设有第一束流入射窗口，所述第一束流入射窗口用于供粒子束流入射至所述预设测试位置；

冷却系统，所述冷却系统用于向所述恒温管体提供冷却介质，以保持测试所需的温度环境；

加热装置，所述加热装置用于对流过待测样品的冷却介质进行加热，以改变待测样品所需的目标温度；

还包括：真空室，所述真空室用于提供真空环境以阻隔热交换；所述恒温管体设置在所述真空室内，所述真空室上设置有第二束流入射窗口，所述第二束流入射窗口用于供粒子束流入射至所述第一束流入射窗口。

2.如权利要求1所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述样品传送系统包括：传送机构，以及依次间隔的设置在所述传送机构上的多个样品容器；所述样品容器用于装载待测样品，所述传送机构用于间隔的传送各样品容器至所述预设测试位置。

3.如权利要求2所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述传送机构包括：驱动组件，以及与所述驱动组件传动连接的第一传送组件和第二传送组件；所述多个样品容器依次间隔的设置在所述第一传送组件和所述第二传送组件之间；所述驱动组件用于驱动所述第一传送组件和所述第二传送组件同步、且间隔的循环转动。

4.如权利要求3所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述第一传送组件和所述第二传送组件均为链式传送方式，所述驱动组件设置在所述第一传送组件或所述第二传送组件的外侧；所述第一传送组件的链条和所述第二传送组件的链条中多个位置相对应、且间隔一定距离的链节之间设置有连接杆，所述连接杆用于连接所述第一传送组件和所述第二传送组件，以保持所述第一传送组件和所述第二传送组件的同步转动。

5.如权利要求4所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述连接杆上设置有旋转件，所述旋转件可绕所述连接杆的轴心线转动，所述样品容器设置在所述旋转件上。

6.如权利要求1所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述冷却系统包括：制冷机，管路以及冷却介质发生装置；所述管路的两端分别与所述恒温管体的两端连通；所述冷却介质发生装置连通至所述恒温管体，用于向所述恒温管体充入冷却介质；所述恒温管体和所述管路组成循环回路；所述制冷机用于冷却所述循环回路中的冷却介质。

7.如权利要求6所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述冷却系统还包括：第一负压装置，所述第一负压装置用于将所述循环回路抽真空。

8.如权利要求7所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述冷却系统还包括：第二负压装置，所述第二负压装置设置在所述管路上，所述第二负压装置用于为充入到所述循环回路中的冷却介质提供循环的动力。

9.如权利要求1所述的可变温自动换样装置，其特征在于，所述恒温管体包括：主管体和与所述主管体可拆卸连接的盖体；所述盖体打开以更换待测样品。

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