CN111380882A - 单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置 - Google Patents

单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111380882A
CN111380882A CN202010330054.XA CN202010330054A CN111380882A CN 111380882 A CN111380882 A CN 111380882A CN 202010330054 A CN202010330054 A CN 202010330054A CN 111380882 A CN111380882 A CN 111380882A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detector
source
sample
diffraction analysis
ray
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010330054.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张鹏程
蔡吉庆
王欢
陈力
陈镐
马策
李云
罗晋如
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Materials of CAEP
Original Assignee
Institute of Materials of CAEP
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Materials of CAEP filed Critical Institute of Materials of CAEP
Priority to CN202010330054.XA priority Critical patent/CN111380882A/zh
Publication of CN111380882A publication Critical patent/CN111380882A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—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
    • G01N23/20—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 using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/20008—Constructional details of analysers, e.g. characterised by X-ray source, detector or optical system; Accessories therefor; Preparing specimens therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—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
    • G01N23/02—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 transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—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 transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G01N23/046—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 transmitting the radiation through the material and forming images of the material using tomography, e.g. computed tomography [CT]

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，包括用于发射X射线的X射线源、第一准直器、测角仪、样品放置台、第二准直器、第一探测器、第二探测器和计算机控制系统。本发明通过合理的结构及流程设计，将X射线衍射分析技术与计算机断层成像技术相结合，并利用硬件结构和信息数据耦合的方式，在一套装置上同时实现了衍射分析与计算机断层成像的功能，如此不仅拓展了现有技术的应用场景，更加灵活、全面地满足了实际应用的需求；而且通过上述方式，本发明能够实现材料内部夹杂物或第二相的原位物相分析以及颗粒相的分布均匀性检测，进而解决均匀物质中的夹杂物原位物相分析及多相材料中特定区域的物相分析等检测难题。

Description

单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置
技术领域
本发明属于材料工程测试技术领域，特别涉及一种用于对金属材料或土木工程材料内部夹杂物原位物相分析的装置，更具体地说是一种单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置。
背景技术
利用材料物相分析可以鉴定待测样品由哪些物相组成，它所指示出的通常是物相而不是元素，更侧重于元素间的化合状态和聚集状态结构的分析。而相同元素组成的化合物，如果其元素聚集态不同，则属于不同的物相。在金属材料及热处理领域中，很多问题都会涉及到材料测试，例如：钢铁中的碳化物、夹杂物，合金中的析出相，化学热处理层的物相分析等等。
目前应用最为广泛的物相分析方法为多晶X射线衍射分析法，又被称为粉末X射线衍射分析法。该方法把待测样品制备成颗粒细小的粉末，然后采用一定波长的X射线照射，记录对应的衍射花样，并通过数据库检索出与其唯一匹配的晶体物质，从而实现物相分析。然而，该方法需要对待测样品进行切割和研磨，本质上是一种有损的检测方法，对于超精密产品、古董等极其稀有或贵重的样件来说，这样的检测方法是不可接受的；另外，在一些特殊情况下，人们通常更关心样件内部特定条件下的材料物相状态，此时粉末X射线衍射分析法的应用也会受到极大的限制，并不能满足实际的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，可用来满足材料测试中原位物相分析的检测需求，特别是解决均匀物质中的夹杂物原位物相分析及多相材料中特定区域的物相分析等检测难题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，包括用于发射X射线的X射线源、第一准直器、测角仪、样品放置台、第二准直器、第一探测器、第二探测器和计算机控制系统；
所述X射线源、测角仪和第二探测器的中心位于同一水平位置；
所述样品放置台设置在测角仪上并与测角仪其中一个转动轴承连接，用于放置待测样品，并带动待测样品做360°的转动，使得X射线源发射的X射线充分照射到待测样品上；
所述第二探测器用于待测样品转动时，间隔特定的角度采集待测样品的投影数据；
所述计算机控制系统用于对投影数据进行图像重建，确定夹杂物的位置；
所述第一探测器通过连接架与侧脚仪的另一个转动轴承连接，用于确定夹杂物位置后，将其转动，从而记录衍射信号的位置和强度，并最终由计算机控制系统处理衍射信号得到待测样品的材料物相信息。
所述第一准直器设置在X射线源旁，并与升降机构连接，由生姜机构带动上下移动；所述第二准直器设置在第一探测器旁。
作为优选，所述X射线源为X射线管、激光等离子体光源、回旋加速器光源、直线加速器光源或同步辐射光源。
作为优选，所述第一准直器和第二准直器的内部准直截面形状为狭缝、圆孔或者方孔。
作为优选，所述第一准直器和第二准直器的数量均大于1。
作为优选，所述第一探测器和第二探测器均为点探测器、线阵探测器或面阵探测器。
进一步地，本发明还包括机械平台，所述X射线源、升降机构、测角仪和第二探测器均安装在该机械平台上。
作为优选，所述机械平台为框架类型或板台类型。
作为优选，所述第二探测器每隔1°采集待测样品的投影数据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置X射线源、测角仪、样品放置台、第一探测器、第二探测器和计算机控制系统，结合各个部件的位置设计以及各个部件在本发明方案中所起到的作用，以单源角度分辨的方式，充分满足了材料物相检测和分析的需求。本发明所设计的检测手段，无需事先将待测样品切割和研磨，只需将其放置在样品放置台上并做360°转动，然后探测器间隔特定的角度采集样品的投影数据，确定夹杂物位置，最后记录衍射信息(信号的位置和强度)，即可通过计算机控制系统分析获得样品材料的物相信息。可以看出，本发明不仅结构设计及检测流程简单，而且其克服了相关技术难点，通过巧妙的硬件结构设计，结合信息数据的耦合，最终在一套装置上同时实现了X射线衍射分析与计算机断层成像的功能，有效提高了检测的效率；更重要的是，第一，本发明提供的是一种无损检测手段，可以满足超精密产品、古董等极其稀有或贵重样件的物相检测需求；第二，在无损检测基础上，利用X射线衍射与断层成像的结合，能够实现材料内部夹杂物或第二相的原位物相分析以及颗粒相的分布均匀性检测，从而获取样件内部在特定条件下的材料物相状态。因此，本发明很好地突破了现有技术的限制，将材料物相分析技术提升到了一个新的高度，完全符合当前金属材料及热处理领域的检测需求。
(2)本发明不仅结构设计巧妙，在一套装置上同时实现了X射线衍射分析与计算机断层成像的功能，而且整体结构简单，具有占地面积小的特点；同时，本发明采用了开放式的结构布置，具有很强的拓展特性，可根据不同需求进行二次开发；并且，本发明还兼顾了X射线衍射仪及计算机断层成像系统的功能，设备使用的综合成本低廉；因此，本发明可以适用于学校、科研机构及工厂等多个不同场所的实验室环境，非常有利于产品的大规模推广。
附图说明
图1为本发明去除计算机控制系统后的结构示意图。
图2为本发明的俯视简图。
图3为本发明-实施例中的夹杂物重建图像。
图4为本发明-实施例中记录的衍射信号示意图。
其中，附图标记对应的名称为：
1-机械平台，2-X射线源，3-第一准直器，4-升降机构，5-测角仪，6-样品放置台，7-连接架，8-第二准直器，9-第一探测器，10-第二探测器，11-计算机控制系统。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
本发明提供了一种单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，可充分满足材料测试中原位物相分析的检测需求。如图1、2所示，本发明结构上，主要由机械平台1、X射线源2、第一准直器3、升降机构4、测角仪5、样品放置台6、第二准直器8、第一探测器9、第二探测器10和计算机控制系统11构成。所述的X射线源2、升降机构4、测角仪5和第二探测器10均安装在机械平台1上(机械平台可以为卧式或立式，类型为框架类型或板台类型)。所述样品放置台6设置在测角仪5上并与测角仪其中一个转动轴承连接，用于放置待测样品。所述第一准直器3设置在X射线源2旁，所述第二准直器8设置在第一探测器9旁，并且第一准直器3安装在升降机构4上，可随升降机构4上下升降。所述第一探测器9通过连接架7与测角仪5的另一个转轴轴承连接。
上述零部件中，X射线源2可以为X射线管、激光等离子体光源、回旋加速器光源、直线加速器光源或同步辐射光源。第一准直器3和第二准直器8的内部准直截面形状可以为狭缝、圆孔或者方孔，并且二者的数量均可以根据实际需要设定多个。第一探测器9和第二探测器10可以为点探测器、线阵探测器或面阵探测器，具有分辨X射线能量的功能。
下面介绍本发明检测待测样品物相信息的流程，如下所述：
第一步：转动测角仪5与连接架7相连的转动轴承，使第二准直器8和第一探测器9转动至与X射线透射方向垂直位置，使其不阻挡X射线；
第二步：通过升降机构4调整第一准直器3的位置，使其降低至不阻挡X射线的位置；
第三步：将X射线源2、测角仪5和第二探测器10的中心调至同一水平线位置；
第四步：将待测样品放在样品放置台6的合适位置；
第五步：接通X射线源2的电源，利用与样品放置台6连接的转动轴承，使待测样品匀速转动360°，并通过第二探测器10每隔一定角度(优选1°)采集投影数据；
第六步：利用计算机控制系统11对第五步得到的数据进行图像重建，确定夹杂物的位置；重建图像如图3所示；
第七步：将夹杂物位置移动至测角仪5的回转中心，通过升降机构4调整第一准直器3的位置，使第一准直器3处于X射线的传播路径上；
第八步：转动测角仪5与连接架7相连的转动轴承，使第二准直器8和第一探测器9从水平位置开始转动，并利用第一探测器9记录衍射信号的位置和强度；图4为本实施例记录的衍射信号示意图；
第九步：根据第八步测得的衍射信号，通过计算机控制系统11检索其物相信息，即得到待测样品的材料物相信息。
本发明通过合理的结构及流程设计，将X射线衍射分析技术与计算机断层成像技术相结合，并利用硬件结构和信息数据耦合的方式，在一套装置上同时实现了衍射分析与计算机断层成像的功能，如此不仅拓展了现有技术的应用场景，更加灵活、全面地满足了实际应用的需求；而且通过上述方式，本发明能够实现材料内部夹杂物或第二相的原位物相分析以及颗粒相的分布均匀性检测，进而解决均匀物质中的夹杂物原位物相分析及多相材料中特定区域的物相分析等检测难题。因此，本发明很好地突破了现有技术的限制，实现了创新，其与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，包括用于发射X射线的X射线源(2)、第一准直器(3)、升降机构(4)、测角仪(5)、样品放置台(6)、第二准直器(8)、第一探测器(9)、第二探测器(10)和计算机控制系统(11)；
所述X射线源(2)、测角仪(5)和第二探测器(10)的中心位于同一水平位置；
所述样品放置台(6)设置在测角仪(5)上并与测角仪其中一个转动轴承连接，用于放置待测样品，并带动待测样品做360°的转动，使得X射线源(2)发射的X射线充分照射到待测样品上；
所述第二探测器(10)用于待测样品转动时，间隔特定的角度采集待测样品的投影数据；
所述计算机控制系统(11)用于对投影数据进行图像重建，确定夹杂物的位置；
所述第一探测器(9)通过连接架(7)与侧脚仪(5)的另一个转动轴承连接，用于确定夹杂物位置后，将其转动，从而记录衍射信号的位置和强度，并最终由计算机控制系统处理衍射信号得到待测样品的材料物相信息；
所述第一准直器(3)设置在X射线源(2)旁，并与升降机构(4)连接，由生姜机构带动上下移动；所述第二准直器(8)设置在第一探测器(9)旁。
2.根据权利要求1所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，所述X射线源(2)为X射线管、激光等离子体光源、回旋加速器光源、直线加速器光源或同步辐射光源。
3.根据权利要求1所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，所述第一准直器(3)和第二准直器(8)的内部准直截面形状为狭缝、圆孔或者方孔。
4.根据权利要求3所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，所述第一准直器(3)和第二准直器(8)的数量均大于1。
5.根据权利要求1所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，所述第一探测器(9)和第二探测器(10)均为点探测器、线阵探测器或面阵探测器。
6.根据权利要求1～5任一项所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，还包括机械平台(1)，所述X射线源(2)、升降机构(4)、测角仪(5)和第二探测器(10)均安装在该机械平台(1)上。
7.根据权利要求6所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，所述机械平台(1)为框架类型或板台类型。
8.根据权利要求1～7任一项所述的单源角度分辨式X射线衍射分析与断层成像耦合装置，其特征在于，所述第二探测器(10)每隔1°采集待测样品的投影数据。
CN202010330054.XA 2020-04-24 2020-04-24 单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置 Pending CN111380882A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010330054.XA CN111380882A (zh) 2020-04-24 2020-04-24 单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010330054.XA CN111380882A (zh) 2020-04-24 2020-04-24 单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111380882A true CN111380882A (zh) 2020-07-07

Family

ID=71222880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010330054.XA Pending CN111380882A (zh) 2020-04-24 2020-04-24 单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111380882A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090003514A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 General Electric Company Integrated multi-sensor systems for and methods of explosives detection
CN102253065A (zh) * 2010-02-16 2011-11-23 帕纳科有限公司 X射线衍射和计算机层析成像
CN105510366A (zh) * 2016-02-03 2016-04-20 中国工程物理研究院材料研究所 一种便携式x射线衍射仪
US20170176353A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Tsinghua University Multi-modality detection system and method
CN106896122A (zh) * 2015-12-18 2017-06-27 清华大学 液体检测方法和系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090003514A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 General Electric Company Integrated multi-sensor systems for and methods of explosives detection
CN102253065A (zh) * 2010-02-16 2011-11-23 帕纳科有限公司 X射线衍射和计算机层析成像
US20170176353A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Tsinghua University Multi-modality detection system and method
CN106896122A (zh) * 2015-12-18 2017-06-27 清华大学 液体检测方法和系统
CN105510366A (zh) * 2016-02-03 2016-04-20 中国工程物理研究院材料研究所 一种便携式x射线衍射仪

Similar Documents

Publication Publication Date Title
LaManna et al. Neutron and X-ray Tomography (NeXT) system for simultaneous, dual modality tomography
CN111380881A (zh) 单源面探测器式x射线衍射分析与断层成像耦合装置
Szlachetko et al. Wavelength-dispersive spectrometer for X-ray microfluorescence analysis at the X-ray microscopy beamline ID21 (ESRF)
Wang et al. High-pressure x-ray tomography microscope: Synchrotron computed microtomography at high pressure and temperature
Miliucci et al. Silicon drift detectors system for high-precision light kaonic atoms spectroscopy
Takeuchi et al. High-energy X-ray nanotomography introducing an apodization Fresnel zone plate objective lens
CN111380883A (zh) 双源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置
Stone et al. A radial collimator for a time-of-flight neutron spectrometer
King et al. Recent tomographic imaging developments at the PSICHE beamline
CN111380884A (zh) 单源能量分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置
CN110161064A (zh) 一种xrd三维晶体学重构三轴样品台及使用方法
Tanaka et al. Development of a simple and rapid method of precisely identifying the position of 10B atoms in tissue: an improvement in standard alpha autoradiography
CN116359259A (zh) 一种材料内部荧光和衍射组合分析装置及分析方法
Duan et al. A three‐crystal spectrometer for high‐energy resolution fluorescence‐detected X‐ray absorption spectroscopy and X‐ray emission spectroscopy at SSRF
Mirakhor et al. A high coverage view of the thermodynamics and metal abundance in the outskirts of the nearby galaxy cluster Abell 2199
CN111380882A (zh) 单源角度分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置
Kowarik et al. A novel 3D printed radial collimator for x-ray diffraction
CN111426711A (zh) 双源能量分辨式x射线衍射分析与断层成像耦合装置
Ahmad et al. Role of XRD for nanomaterial analysis
Guo et al. A von Hamos full-cylindrical spectrometer based on striped Si/Ge crystal for advanced x-ray spectroscopy
Figueroa et al. OXIRIS project: Development of a new XRF device for the simultaneous detection and treatment of cancer
Wang et al. A multi-anvil, high-pressure facility for synchrotron radiation research at GeoSoilEnviroCARS at the Advanced Photon Source
Cocco et al. Three‐dimensional mapping of crystalline ceramic waste form materials
Stavro et al. SWAD: transient conductivity and pulse-height spectrum
Jambon et al. Medica-Plus: A Micromegas-based proof-of-concept detector for sub-becquerel tritium activity assessment at the service of oncological research

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200707