CN109596646A - 一种用于中子衍射谱仪的原位x射线ct成像装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，包括固定座、纳米焦点X射线管、X射线探测器、密封容器及移动结构，纳米焦点X射线管及X射线探测器安装于固定座相对两侧，移动结构滑动安装于固定座，密封容器安装于移动结构，样品收容于密封容器内，一中子发生器产生中子束，中子束的轴线与纳米焦点X射线管的轴线的夹角为45°，X射线穿过样品并被X射线探测器探测到，从而对样品进行实时三维成像。可以满足X射线成像与中子应力测量同时进行，没有相互干扰，可通过X射线成像技术测量样品的膨胀尺寸，内部缺陷，实现非接触膨胀系数测定及实时内部缺陷测定。
Description
技术领域
本发明涉及中子衍射领域，尤其涉及一种用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置。
背景技术
目前，随着科学技术的发展进步，金属材料原位试验被逐步推广，金属材料原位试验通常需要在高温或低温情况下进行，如测量膨胀系数，内部应力，相变等。为建立金属材料性能、内部残余应力、微观缺陷之间的关系，通常需要采取多个试验分别进行。当对同一样品分别进行原位应力测量和膨胀系数测定，即无法保证测量位置的同一性，也会因为加热两次而导致样品膨胀系数或者内部微观组织结构的改变。因此开发一种在原位实验中，可以同时测量样品内部缺陷、膨胀量级残余应力的装置具有重大意义。该试验装置通过设置封闭容器满足环境温度要求，通过设置X射线检测装置测量内部微观缺陷及膨胀量，并将装置整体放置于中子谱仪样品台上来解决以上问题。
目前国内尚无相关类似装置产品介绍，现有金属材料原位试验装置无法满足不同样品不同技术要求下同时进行残余应力、内部缺陷及膨胀量的测量需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其能解决无法满足不同样品不同技术要求下同时进行残余应力、内部缺陷及膨胀量的测量需求的问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，包括固定座、纳米焦点X射线管、X射线探测器、密封容器及移动结构，所述纳米焦点X射线管及所述X射线探测器安装于所述固定座相对两侧，所述移动结构滑动安装于所述固定座，所述密封容器安装于所述移动结构，样品收容于所述密封容器内，一中子发生器产生中子束，所述中子束的轴线与所述纳米焦点X射线管的轴线的夹角为45°，X射线穿过所述样品并被所述X射线探测器探测到，从而对所述样品进行实时三维成像。
进一步地，所述衍射谱仪原位X射线CT成像装置还包括感应加热线圈，所述感应加热线圈环绕所述样品，所述感应加热线圈位于所述密封容器内。
进一步地，所述衍射谱仪原位X射线CT成像装置还包括热电偶，所述热电偶为贴片热电偶，所述热电偶位于所述密封容器内。
进一步地，所述移动结构还包括转动台，所述密封容器安装于所述转动台，所述转动台带动所述密封容器中的所述样品转动。
进一步地，所述固定座包括两个侧部安装板及第一滑轨，两个所述侧部安装板分布于所述固定座相对两侧，所述纳米焦点X射线管及所述X射线探测器分别安装于两个所述侧部安装板上；所述移动结构滑动安装于所述第一滑轨。
进一步地，所述移动结构包括第一电机、第一丝杆及第一移动件，所述第一电机与所述第一丝杆固定连接并带动所述第一丝杆转动，所述第一移动件包括第一配合部，所述第一丝杆螺接于所述第一配合部。
进一步地，所述移动结构还包括第二电机、第二丝杆、第二移动件及第二滑轨，所述第二电机与所述第二丝杆固定连接并带动所述第二丝杆转动，所述第二滑轨包括第二配合部，所述第二配合部螺接于所述第二丝杆。
进一步地，所述第二丝杆垂直于所述第一丝杆。
进一步地，所述固定座包括两个侧部安装板，所述纳米焦点X射线管与侧部安装板之间设置有第一直线驱动器，第一直线驱动器可以驱动纳米焦点X射线管在竖直方向移动。
进一步地，所述固定座包括两个侧部安装板，所述X射线探测器与侧板之间设置有第二直线驱动器，第二直线驱动器可以驱动X射线探测器在竖直方向移动。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
所述纳米焦点X射线管及所述X射线探测器安装于所述固定座相对两侧，所述移动结构滑动安装于所述固定座，所述密封容器安装于所述移动结构，样品收容于所述密封容器内，一中子发生器产生中子束，所述中子束的轴线与所述纳米焦点X射线管的轴线的夹角为45°，X射线穿过所述样品并被所述X射线探测器探测到从而对所述样品进行实时三维成像。可以满足X射线成像与中子应力测量同时进行，没有相互干扰，可通过X射线成像技术测量样品的膨胀尺寸，实现非接触膨胀系数测定，采用纳米焦点X射线机及高分辨探测器，满足亚微米及尺寸及缺陷的测量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置中一较佳实施例的俯视图；
图2为图1所示用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置的立体图；
图3为图1所示用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置中A处的局部放大图；
图4为图1所示用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置的另一立体图；
图5为图1所示用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置的局部立体图；
图6为图1所示用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置的另一局部立体图；
图7为图1所示用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置的又一局部立体图。
图中：10、固定座；11、侧部安装板；12、第一滑轨；20、纳米焦点X射线管；21、第一直线驱动器；30、X射线探测器；31、第二直线驱动器；40、密封容器；50、移动结构；51、第一电机；52、第一丝杆；53、第一移动件；531、第一配合部；54、第二电机；55、第二丝杆；56、第二移动件；561、第二配合部；57、第二滑轨；60、感应加热线圈；70、热电偶；80、转动台；90、转动台底座；200、中子束；300、中子探测器；400、准直器；500、样品。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1-7，一种用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，包括固定座10、纳米焦点X射线管20、X射线探测器30、密封容器40、移动结构50、中子探测器300及准直器400，所述纳米焦点X射线管20及所述X射线探测器30安装于所述固定座10相对两侧，所述移动结构50滑动安装于所述固定座10，所述密封容器40安装于所述移动结构50，样品500收容于所述密封容器40内，一中子发生器产生中子束200，所述中子束200的轴线与所述纳米焦点X射线管20的轴线的夹角为45°，X射线穿过所述样品500并被所述X射线探测器30探测到从而对所述样品500进行实时三维成像。可以满足X射线成像与中子应力测量同时进行，没有相互干扰，可通过X射线成像技术测量样品的膨胀尺寸，实现非接触膨胀系数测定，采用纳米焦点X射线机及高分辨探测器，满足亚微米及尺寸及缺陷的测量。
所述用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置还包括第一直线驱动器21及第二直线驱动器32，优选的，纳米焦点X射线管20通过第一直线驱动器21安装于一侧部安装板11，所述X射线探测器30通过第二直线驱动器32安装于另一侧部安装板11，纳米焦点X射线管20和X射线探测器30位于所述固定座10相对两侧。
优选的，纳米焦点X射线管20、X射线探测器30位于所述密封容器40外侧，不受内部高温影响，可实现样品的高精度三维测量。所述衍射谱仪原位X射线CT成像装置还包括感应加热线圈60，所述感应加热线圈60环绕分布于所述样品500，感应加热线圈60位于密封容器40内。
优选的，所述衍射谱仪原位X射线CT成像装置还包括热电偶70，所述热电偶70与转动台底座90连接，热电偶70位于密封容器40内。
优选的，所述用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置还包括转动台底座90，所述移动结构50还包括转动台80，所述转动台底座90固定安装于所述移动结构50，所述密封容器40安装于所述转动台底座90，所述转动台80安装于所述转动台底座90，所述转动台80带动所述样品500转动，可以实现样品360°回转，满足X射线CT扫描功能。具体的，热电偶70导线与转动台80接口连接，在样品旋转时同样可以测量样品温度。
优选的，所述固定座10包括两个侧部安装板11及第一滑轨12，两个所述侧部安装板11分布于所述固定座10相对两侧，所述纳米焦点X射线管20通过第一直线驱动器21安装于所述侧部安装板11上，并实现上下移动；所述X射线探测器30通过第二直线驱动器32安装于所述侧部安装板11上，并实现上下移动；所述移动结构50滑动安装于所述第一滑轨12。
优选的，所述移动结构50包括第一电机51、第一丝杆52及第一移动件53，所述第一电机51与所述第一丝杆52固定连接并带动所述第一丝杆52转动，所述第一移动件53包括第一配合部531，所述第一丝杆52螺接于所述第一配合部531；所述移动结构50还包括第二电机54、第二丝杆55、第二移动件56及第二滑轨57，所述第二电机54与所述第二丝杆55固定连接并带动所述第二丝杆55转动，所述第二滑轨57包括第二配合部561，所述第二配合部561螺接于所述第二丝杆55。结构新颖，设计巧妙，适用性强，便于推广。
具体的，所述第二丝杆55垂直于所述第一丝杆52，所述第一丝杆52与所述纳米焦点X射线管20的轴线的夹角为45°。
优选的，所述密封容器40内部抽真空或填充惰性气体，防止样品在较低高温环境下氧化。所述密封容器40采用铝制金属材料，降低对中子及X射线的衰减作用。具体的，所述密封容器40为圆柱型封闭中空结构，可实现中子及X射线机任意方向的照射，且散射中子及X射线衰减程度基本相同。配置高性能计算机，对CT成像数据进行实时处理，及时获得时变图像信息。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，包括固定座、纳米焦点X射线管、X射线探测器、密封容器及移动结构，其特征在于：所述纳米焦点X射线管及所述X射线探测器安装于所述固定座相对两侧，所述移动结构滑动安装于所述固定座，所述密封容器安装于所述移动结构，样品收容于所述密封容器内，一中子发生器产生中子束，所述中子束的轴线与所述纳米焦点X射线管的轴线的夹角为45°，X射线穿过所述样品并被所述X射线探测器探测到，从而对所述样品进行实时三维成像。
2.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述衍射谱仪原位X射线CT成像装置还包括感应加热线圈，所述感应加热线圈环绕所述样品，所述感应加热线圈位于所述密封容器内。
3.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述衍射谱仪原位X射线CT成像装置还包括热电偶，所述热电偶为贴片热电偶，所述热电偶位于所述密封容器内。
4.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述移动结构还包括转动台，所述密封容器安装于所述转动台，所述转动台带动所述密封容器中的所述样品转动。
5.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述固定座包括两个侧部安装板及第一滑轨，两个所述侧部安装板分布于所述固定座相对两侧，所述纳米焦点X射线管及所述X射线探测器分别安装于两个所述侧部安装板上；所述移动结构滑动安装于所述第一滑轨。
6.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述移动结构包括第一电机、第一丝杆及第一移动件，所述第一电机与所述第一丝杆固定连接并带动所述第一丝杆转动，所述第一移动件包括第一配合部，所述第一丝杆螺接于所述第一配合部。
7.如权利要求6所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述移动结构还包括第二电机、第二丝杆、第二移动件及第二滑轨，所述第二电机与所述第二丝杆固定连接并带动所述第二丝杆转动，所述第二滑轨包括第二配合部，所述第二配合部螺接于所述第二丝杆。
8.如权利要求7所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述第二丝杆垂直于所述第一丝杆。
9.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述固定座包括两个侧部安装板，所述纳米焦点X射线管与侧部安装板之间设置有第一直线驱动器，所述第一直线驱动器驱动纳米焦点X射线管在竖直方向移动。
10.如权利要求1所述的用于中子衍射谱仪的原位X射线CT成像装置，其特征在于：所述固定座包括两个侧部安装板，所述X射线探测器与侧板之间设置有第二直线驱动器，所述第二直线驱动器驱动X射线探测器在竖直方向移动。
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