CN113008925B - 一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，包括：一个真空盒，两块对称的光闸兼荧光靶，一套实现反向对称运动的动力与传动机构，一个摄像头。两块对称挡光块在背面涂有等量荧光粉或者装有相同的两片闪烁晶体片，构成光闸兼荧光靶，它们与动力与传动机构一起安装在真空盒的盖板上，摄像头对准荧光靶面，显示光斑的形状、位置及其变化。光闸兼荧光靶在动力与传动机构的驱动下作反向对称运动，其反冲动量相消，消除了其变速运动引起的对外反冲震动。
Description
技术领域
本发明属于同步辐射相干X射线应用领域，具体涉及一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置。
背景技术
随着第四代同步辐射光源的建设和应用，一些同步辐射光束线技术对实验设备和样品的位置稳定性要求达到了纳米(nm)量级或埃
的量级，如纳米结构探针光束线站、纳米成像光束线站、相干衍射光束线站、X射线光子关联谱光束线站等等。面对如此高的稳定性要求，除了采用各种减震、隔震技术，更要尽可能地消除所有可能的震动源，其中，前三代光源所使用的光闸和荧光靶多采用电机或气缸驱动单块闸板插拔的方式实现光闸开关和荧光靶移入、移出光路的功能，因而在插入和拔出光路过程中闸板等部件的加(减)速运动会引起较大的反冲震动，而且光闸与荧光靶是分离的，使用两个真空盒，多占用了光束线上的空间，并增加了成本。
发明内容
为了消除光闸和荧光靶在插入和拔出光路时引起反冲震动的问题，本发明通过采用做反向对称运动的对称光闸兼荧光靶，从基本物理原理上完全消除震动源；背面涂抹了荧光粉或加装了闪烁晶体片的闸板兼作荧光靶，一举实现光闸和荧光靶的双重功能。
本发明的技术方案为：一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，包括：
真空盒，在真空盒两侧设置有用于连接光束线真空通道的入光口法兰和出光口法兰，还设置有两个用于观测光斑的窗口法兰；在真空盒上部安装有真空盒盖板，在真空盒盖板的底面竖直悬挂安装动力与传动机构；
光闸兼荧光靶，由两块材料与结构完全相同的对称挡光块在背面涂有等量荧光粉或者装有相同的两片闪烁晶体片构成,光闸兼荧光靶移入光路时阻断入射光束并同时显示光斑的形状、位置及其变化，移出光路时让光束通过；
动力与传动机构，用于控制两块光闸兼荧光靶做反向对称运动，动力与传动机构安装在真空盒的上面盖板上，开关操作时两对称挡光块在动力与传动机构作用下同时做反向对称运动，消除平动光闸加速运动所引起的对外反冲震动；
摄像头，装在真空盒侧面朝向来光方向的观察窗法兰上，用于观测荧光靶上的光斑，同时可监测两个对称挡光块在挡光时是否闭合。
进一步的，采用对称结构和对称运动方式，两块对称挡光块在背面涂抹等量荧光粉或安装同样的闪烁晶体片，作为光闸兼荧光靶，当它们运动到相互有重叠时，光闸关闭，入射光被阻断，同时显示光斑的形状和位置及其变化情况，发挥光闸和荧光靶的作用；由两块对称挡光块同时作反向对称运动，消除反冲动量，从而消除对外震动输出。
进一步的，所述动力与传动机构提供动力并传递给两块对称运动块，使其同步做反向对称运动，所述动力与传动机构采用如下之一的方式实现：
真空电机与同一根上有旋向相反、螺距导程相同的传动螺纹的螺杆；或
采用通过由弹簧连接的一对相同的电磁铁，或
采用充放气波纹管和拉推弹簧的组合。
进一步的，所述真空盒两侧有两个用于观测光斑的窗口法兰，朝向来光方向的窗口法兰上安装一个摄像头，用于观测荧光靶上的光斑位置，同时可监测两个对称挡光块是否闭合；当两块对称荧光靶发光效率恶化后，通过将整个装置的入光口和出光口对换，同时把摄像头也换到对侧的法兰窗口上，可继续使用该装置。
进一步的，电机底座与轴承座固定在真空盒盖板上，向下悬挂使用，保证在使用反向螺杆做动力传动机构时挡光块在重力作用下竖直向下；真空盒与真空盒底板设置密封刀口与螺栓孔，从而通过螺栓紧固，实现真空密封。
有益效果：
本发明的装置采用对称结构，两光闸兼荧光靶在作用力和反作用力下作反向对称运动，从基本物理原理上消除了传统开关光闸和荧光靶在插入和拔出光路时所引起的反冲震动，为第四代光源的应用提供了一种无震动的光闸兼荧光靶装置。本发明节省了安装空间，并降低了分开制造光闸和荧光靶的成本，为第四代光源的应用消除了两个比较严重的震动源。
附图说明
图1：为本发明的一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置示意图；
图2：对称挡光块与反向对称运动控制器原理图；
图3：本发明的动力与传动机构的又一实施例示意图；
图4：本发明的动力与传动机构的又一实施例示意图；
图5：用于同步辐射光束线的消反冲震动的平动光闸兼荧光靶外观图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明的实施例，提出一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，本发明包括了真空盒1、光闸兼荧光靶、动力与传动机构、摄像头。在设计思想上，用材料与结构完全相同的两个对称组件作为对称光闸兼荧光靶，开关时两对称组件在系统内力作用下做反向对称运动，牛顿第三定律保证了两个对称组件作对称运动的同时性，动量守恒定律消除了平动光闸加速运动所引起的对外反冲震动。
所述的真空盒1的上部安装有真空盒盖板8，在真空盒盖板8的底面竖直悬挂安装有一套动力与传动机构，用于提供动力并传递给两对称运动块7使其同步做反向对称运动，所述的动力与传动机构可以采用多种方式实现，可采用真空电机2与同一根轴上两段旋向相反的传动螺杆，也可以采用通过由弹簧连接的一对相同的电磁铁，还可以采用充放气波纹管和拉推弹簧的结合。
图1中动力与传动机构采用的是中点两侧的螺纹旋向相反的丝杠轴4，真空电机2安装在电机底座3上，通过联轴器4连接到丝杠轴5，所述丝杠轴4 固定在轴承与轴承座9上；整体竖直悬挂安装到真空盒盖板8的底面上；
根据本发明的实施例，光闸兼荧光靶是采用两块完全相同的对称金属板挡光块作光闸，同时在其背面涂抹等量荧光粉或安装相同的闪烁晶体片构成荧光靶，保证其对称结构；光闸兼荧光靶分别安装在一根丝杠轴5的旋向相反的两段上，当丝杠轴5旋转时，光闸兼荧光靶在大小相等方向相反的系统内力下作反向对称运动，当对称挡光块7插入光路时，入射光被阻断进入下游，发挥光闸作用，且X射线照射到闪烁晶体6上产生荧光，用于显示出光束位置，发挥荧光靶作用。
摄像头13用于观测荧光靶上的光斑，同时可监测两个对称挡光块在挡光时是否闭合，这就避免了以前传统技术所用的气动光闸快速插入光路时过冲，越过挡光位置，导致X光束关闭失败，这对于确保工作人员的辐射防护安全提供了保障。
真空盒1的入光口和出光口法兰连接光束线的X光真空飞行通道。摄像头装在真空盒1外壁上。所述真空盒1两侧设置有两个真空法兰窗口，朝向来光方向的法兰上安装一个摄像头，用于观测荧光靶上的光斑位置，同时可监测两个对称挡光块在挡光时是否闭合。当两块对称荧光靶发光效率恶化后，可把整个装置入光口和出光口对换，即入光口作为出光口，出光口作为入光口，同时把摄像头也换到对侧的法兰窗口上，继续使用该装置，从而能有效延长使用寿命。
根据本发明的实施例，电机底座3与轴承座9固定在真空盒盖板8上，向下悬挂使用，这样可保证动力传动机构的挡光块在重力作用下竖直向下，依靠自重保持竖直位置，防止螺杆或丝杆转动时，导致挡光块向两侧摆动；
所述真空盒1与真空盒底板10设置密封刀口与螺栓孔，目的为实现超高真空密封。
图1中，两挡光块位于重合状态故X射线无法通过，照射在荧光靶上发出荧光；
根据本发明的一个实施例，本发明的工作原理示意图如图2所示，动力与传动机构包括真空电机，以及与真空电机连接的反向对称旋转的丝杠，例如，所述丝杠的一侧为左旋，一侧为右旋；所述丝杠两端设置有轴承进行支撑；两块对称的挡光块通过螺母副安装在丝杠的两侧；采用完全相同的两块挡光块作为光闸，通过在其背面涂荧光粉或者贴闪烁晶体兼作荧光靶，操控它们在大小相等方向相反的系统内力下作反向对称运动的控制器可采用反向对称旋转的螺丝杆及真空电机，这些装置安装在真空盒中，真空盒上有摄像头对准光束打在荧光靶上的位置。
动力与传动机构提供动力并转换为两对称挡光块的同步反向对称运动。两对称挡光块相互重叠时，入射X射线被遮挡而无法通过，进入光闸关闭状态，同时照射在荧光粉或闪烁体上发出荧光，并可通过摄像头观察，用于指示X射线光束位置和形状；两对称挡光块相互不重叠时，X射线可以通过对称挡光块中间缝隙进入下游光路，进入光闸开启状态。挡光块、动力与传动机构以及摄像头均安装在真空盒体上。
根据本发明的另一个实施如图3所示，所述动力与传动机构包括滑杆、弹簧以及两块完全相同电磁铁，例如，所述完全相同电磁铁对称安装在滑杆上，可沿滑杆做直线运动；所述弹簧设置在两电磁铁之间且连接所述两电磁铁；采用完全相同的两块挡光块作为光闸，通过在其背面涂荧光粉或者贴闪烁晶体兼作荧光靶；通过控制流入电磁铁内的电流大小改变电磁铁之间的相互作用力使两电磁铁及对称挡光块在滑杆上作对称运动，例如电磁铁之间的相互作用力为排斥力，使得两块电磁铁受到相互的反作用力，分别向滑杆两端移动；当流入电磁铁电流减小，弹簧恢复原长带动电磁铁及对称挡光块恢复原位。
根据本发明的又一个实施例如图4所示，所述动力与传动机构包括气道，两完全相同的波纹管以及连接两波纹管的弹簧，所述例如，所述气道为T型气道，设置在两完全相同的波纹管之间，所述波纹管一侧密封，所述T型气道两侧分别设置有第一气孔、第二气孔、第三气孔，所述第三气孔位于T型气道中间，与第一气孔、第二气孔连通，用于鼓气和吸气；所述第一气孔、第二气孔分别对称连接两侧的波纹管，且波纹管的密封侧可沿波纹管轴向进行直线运动；两块对称的挡光块分别安装在两波纹管密封侧；采用完全相同的两块挡光块作为光闸，通过在其背面涂荧光粉或者贴闪烁晶体兼作荧光靶；通过T型气道中间位置的第三气孔向两完全相同的波纹管内鼓气或吸气时，两波纹管密封侧做反向对称运动，带动两对称的挡光块做反向对称运动；两挡光块之间连接有弹簧，当波纹管内气压降低，弹簧恢复原长带动波纹管及对称挡光块恢复原位。
图5为实施例外观图，本发明的兼具双重功能的设备装置通过腔体上的真空法兰11固定连接在同步辐射光束线上，同时保证腔体内处于超高真空状态。在另一真空法兰窗口12外架设摄像头13，可以观测X射线照射于闪烁晶体上发出的荧光，同时查看两挡光块的运动状态。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (5)
1.一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，其特征在于，包括：
真空盒，在真空盒两侧设置有用于连接光束线真空通道的入光口法兰和出光口法兰，还设置有两个用于观测光斑的窗口法兰；在真空盒上部安装有真空盒盖板，在真空盒盖板的底面竖直悬挂安装动力与传动机构；
光闸兼荧光靶，由两块材料与结构完全相同的对称挡光块在背面涂有等量荧光粉或者装有相同的两片闪烁晶体片构成,光闸兼荧光靶移入光路时阻断入射光束并同时显示光斑的形状、位置及其变化，移出光路时让光束通过；
动力与传动机构，用于控制两块光闸兼荧光靶做反向对称运动；动力与传动机构安装在真空盒的上面盖板上，开关操作时两对称挡光块在动力与传动机构作用下同时做反向对称运动，消除平动光闸加速运动所引起的对外反冲震动；
摄像头，装在真空盒侧面朝向来光方向的观察窗法兰上，用于观测荧光靶上的光斑，同时可监测两个对称挡光块在挡光时是否闭合。
2.根据权利要求1所述的一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，其特征在于：
采用对称结构和对称运动方式，两块对称挡光块在背面涂抹等量荧光粉或安装同样的闪烁晶体片，作为光闸兼荧光靶，当它们运动到相互有重叠时，光闸关闭，入射光被阻断，同时显示光斑的形状和位置及其变化情况，发挥光闸和荧光靶的作用；由两块对称挡光块同时作反向对称运动，消除反冲动量，从而消除对外震动输出。
3.根据权利要求1所述的一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，其特征在于：
所述动力与传动机构提供动力并传递给两块对称运动块，使其同步做反向对称运动，所述动力与传动机构采用如下之一的方式实现：
真空电机与同一根轴上有两段旋向相反、螺距导程相同的传动螺纹的螺杆；或
采用通过由弹簧连接的一对相同的电磁铁，或
采用充放气波纹管和拉推弹簧的组合。
4.根据权利要求1所述的一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，其特征在于，
所述真空盒两侧有两个用于观测光斑的窗口法兰，朝向来光方向的窗口法兰上安装一个摄像头，用于观测荧光靶上的光斑位置，同时可监测两个对称挡光块是否闭合；当两块对称荧光靶发光效率恶化后，通过将整个装置的入光口和出光口对换，同时把摄像头也换到对侧的法兰窗口上，从而能够继续使用该装置。
5.根据权利要求1所述的一种消反冲震动的平动光闸兼荧光靶装置，其特征在于，
电机底座与轴承座固定在真空盒盖板上，向下悬挂使用，保证在使用反向螺杆做动力传动机构时挡光块在重力作用下竖直向下；真空盒与真空盒底板设置密封刀口与螺栓孔，从而通过螺栓紧固，实现真空密封。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20220422 |