CN114486965B - 一种测量表面法向衍射信号的方法、装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种测量表面法向衍射信号的方法、装置及存储介质，其中方法包括：将ω和2θ均初始化为0，调整χ以使样品表面法线与ω的旋转轴垂直，并设置ω＝θ，以使X射线二维探测器的探测方向为样品表面法线的方向，根据样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，并生成连接不少于两个的衍射斑的直线，利用X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿直线进行倒易空间扫描，待X射线二维探测器按照预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，对第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号。本申请实现了获得高信噪比的表面衍射信号的发明目的。
Description
本申请要求于2021年6月29日提交中国专利局、申请号为202110728861.1、发明名称为“一种测量表面法向衍射信号的装置和方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及衍射信号采集领域，特别是涉及一种测量表面法向衍射信号的方法、装置及存储介质。
背景技术
随着科学技术水平的发展，晶体截断杆技术被越来越多的应用于表征晶体的表界面的原子结构及电子密度信息，该技术对于理解材料的构性关系，进而调控材料物理性质来说是非常重要的。
现阶段晶体截断杆技术多采用的传统X射线衍射方法实现表征材料的表界面结构，然而由于传统X射线衍射方法对衍射信号的采集质量及准确率较差，导致采集的衍射信号的信噪比较低，从而导致后续解析的衍射信号精度较低。因此，如何获得高信噪比的衍射信号，已经成为相关领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种测量表面法向衍射信号的方法、装置及存储介质，以实现获得高信噪比的表面衍射信号。具体技术方案如下：
一种测量表面法向衍射信号的方法，包括：
通过X射线源发出X射线，沿入射光路照射样品，其中，所述入射光路为所述X射线由所述X射线源发出后，照射入所述样品的过程中，所述X射线经过的路径。
使用X射线二维探测器沿所述样品表面法向进行倒易空间扫描，获得所述倒易空间中的信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号。
所述沿所述样品表面法向进行倒易空间扫描具体包括：
使用所述X射线二维探测器进行扫描，在所述扫描过程中进行如下处理：
将ω和2θ均初始化为0，调整χ以使所述样品表面法线与所述ω的旋转轴垂直，并设置所述ω＝θ，以使所述X射线二维探测器的探测方向为所述样品表面法线的方向，其中，所述ω为所述样品绕预设X轴转动的角度，所述2θ为所述X射线二维探测器绕所述预设X轴转动的角度，所述χ为所述样品绕预设Y轴转动的角度。
根据所述样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，并生成连接所述不少于两个的衍射斑的直线，其中，所述样品的块材参数反映了所述样品在所述倒易空间中的衍射斑的坐标。
利用所述X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿所述直线进行倒易空间扫描，待所述X射线二维探测器按照所述预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，
其中，所述预设倒易空间衍射矢量值区间包括：所述样品在所处的倒易空间中的第二数量个连续的倒易衍射空间矢量的值，所述第二数量个倒易衍射空间矢量的值按照由小到大的顺序或由大到小的顺序排列。
对所述第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个所述信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号，其中，所述第一数量和第三数量的数值相同或不同。
可选的，所述根据所述样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，包括：
根据预设数据库中存储的所述样品的块材参数，控制所述X射线二维探测器查找所述倒易空间中的第一数量个衍射斑，并将所述第一数量个衍射斑，按照预设的衍射斑的强度值进行筛选，获得所述不少于两个的衍射斑，其中，在所述不少于两个的衍射斑中，每个衍射斑的衍射强度均不小于预设阈值。
可选的，所述利用所述X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿所述直线进行倒易空间扫描，待所述X射线二维探测器按照所述预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，包括：
利用所述X射线二维探测器，按照第一预设时长对所述倒易空间进行扫描，获取扫描步长。
控制所述X射线二维探测器按照所述扫描步长，在所述预设倒易空间衍射矢量值区间内沿所述直线对所述倒易空间进行扫描，获得所述第一数量个衍射信号图片。
可选的，所述对所述第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个所述信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号，包括：
对所述衍射信号图片中的每个图片，进行均等区域划分，并对每个区域的衍射信号值进行求和运算，获得每个区域对应的衍射信号总值。
对所述衍射信号总值进行比对，将所述衍射信号总值中最大的数值对应的区域确定为兴趣区域。
对每个图片进行背底扣除，其中，所述背底扣除包括：
将除所述兴趣区域外的其他区域对应的所述衍射信号总值取平均值，获得非兴趣区域衍射信号均值，利用所述兴趣区域的所述衍射信号总值减去所述非兴趣区域衍射信号均值，获得该图片的带有信噪比值的所述晶体截断杆衍射信号。
将所述第一数量个衍射信号的图片所对应的所述带有信噪比值的晶体截断杆衍射信号，与所述预设信噪比值进行比较，获得第三数量个所述信噪比值大于所述预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号。
可选的，所述扫描步长的数值不小于预设阈值，所述预设阈值的数值，为所述X射线二维探测器采集到的每个衍射峰中第一数量个数据点的个数。
可选的，还包括：
在所述入射光路和出射光路上设置X射线屏蔽罩，以使所述X射线穿过所述X射线屏蔽罩，其中，所述出射光路为所述X射线由所述样品射出后，射入所述X射线二维探测器的过程中，所述X射线经过的路径。
可选的，所述X射线二维探测器位于X射线衍射以上，所述X射线衍射仪为不少于四个衍射圆的X射线衍射仪。
一种测量表面法向衍射信号的装置，包括：
X射线源，所述X射线源包括但不限于同步辐射光源、X射线管光源。
X射线二维探测器，所述X射线二维探测器具有高动态范围、低噪声、高灵敏特性，用于测量衍射信号强度。
X射线衍射仪，所述X射线衍射仪用于支撑样品和所述X射线二维探测器，并至少为样品提供Z轴方向的升降和ω、χ两个旋转自由度，并至少为所述X射线二维探测器提供一个2θ旋转自由度。
X射线屏蔽罩，所述X射线屏蔽罩放置在所述X射线源与样品之间的入射光路、以及样品与所述X射线二维探测器之间的出射光路上，用来减少空气对X射线的散射，并屏蔽外部背景射线落入所述X射线二维探测器。
可选的，所述X射线屏蔽罩内部充有低密度气体。
一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如上述任一项所述的测量表面法向衍射信号的方法。
本申请实施例提供的一种测量表面法向衍射信号的方法、装置及存储介质，通过预设倒易空间矢量值区间，将倒易空间坐标系下的扫描范围转换至样品晶体截断面坐标系下的扫描步长，进而对样品在倒易空间中的CTR衍射信号进行采集，可以保证获得的图像数据中的衍射峰峰型不失真，从而提高最终获得的衍射信号的信噪比，同时，本申请将倒易空间坐标系和样品晶体截断面所在坐标系进行转换，使得本申请可以使用于不同晶体截断面的样品，提高了本申请的普遍适用性。最后本申请通过先获取样品表面法向的多个衍射斑，再围绕经过多个衍射斑的虚拟直线进行扫描的方式，使得本申请相较于现有技术沿样品表面法向扫描的方式，可以降低样品倒易空间中CTR衍射信号漏采的风险，提高最终获取到的CTR衍射信号的信噪比及信号准确度。可见，本申请实现了获得高信噪比的表面衍射信号的发明目的。
当然，实施本申请的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种测量表面法向衍射信号的方法的流程图；
图2为本申请的一个具体实施例提供的CTR衍射信号曲线及信噪比分析示意图；
图3为本申请的一个具体实施例提供的沿样品表面法向z的电子密度分布曲线示意图；
图4为本申请实施例提供的一种测量表面法向衍射信号的装置的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种测量表面法向衍射信号的方法，方法包括：
通过X射线源发出X射线，沿入射光路照射样品，其中，入射光路为X射线由X射线源发出后，照射入样品的过程中，X射线经过的路径。
可选的，上述X射线源包括但不限于：X射线管和同步辐射光源灯，具体选择可以根据实际应用场景自行选择，本申请对此不做过多限定。
使用X射线二维探测器沿样品表面法向进行倒易空间扫描，获得倒易空间中的信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号。
可选的，在本申请的一个可选实施例中，上述X射线二维探测器相较于现有技术中采用的点探测器，具有低噪声和高灵敏读的特点，在采集样品倒易空间中的晶体截断杆衍射信号(Crystal Truncation Rod，CTR)时，其效率更高，单点采集时间更长，信号信噪比更高，从而提高了最后解析出的电子密度分布的效率。
如图1所示，沿样品表面法向进行倒易空间扫描具体包括：
使用X射线二维探测器进行扫描，在扫描过程中进行如下处理：
步骤S101、将ω和2θ均初始化为0，调整χ以使样品表面法线与ω的旋转轴垂直，并设置ω＝θ，以使X射线二维探测器的探测方向为样品表面法线的方向，其中，ω为样品绕预设X轴转动的角度，2θ为X射线二维探测器绕预设X轴转动的角度，χ为样品绕预设Y轴转动的角度。
可选的，在本申请的一个可选实施例中，上述X射线二维探测器位于衍射仪上，本申请需要采用的衍射仪需要不少于四个衍射圆(ω，χ，ψ，2θ)。同步辐射及常规实验室使用的衍射仪通常为“4S+2D”六圆模式和“3S+1D”四圆模式(S：样品D：探测器)。其中，样品的4个旋转圆为μ，ω，χ，ψ，探测器的2个旋转圆为2θ，υ。
步骤S102、根据样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，并生成连接不少于两个的衍射斑的直线，其中，样品的块材参数反映了样品在倒易空间中的衍射斑的坐标。
可选的，上述块材参数是材料的晶体学晶格常数，该晶格常数可以反映材料晶体内部的成分、受力状态等的变化。
可选的，在本申请的一个可选实施例中，上述衍射仪中配置的预设算法从预设数据库中，查找样品对应的块材参数和扫描方式，控制X射线二维探测器沿样品表面法线方向进行联动扫描，获得满足预设要求的多个衍射斑，并基于薄膜衍射标准命令(hklscan)对衍射斑进行标记。其中，上述预设要求是指每个衍射斑中的数据点个数大于预设阈值。上述预设数据库中存储有分别对应于不同样品的块材参数和倒易空间衍射矢量值区间。上述hklscan命令，可以是控制X射线二维探测器，沿着根据块材参数计算出的倒易空间中的点阵平面指标表征的方向，进行连续扫描的指令。需要说明的是，上述hklscan命令的具体实施方式，为本领域技术人员所公知，本申请并不做过多赘述和限制。
可选的，在本申请的另一个可选实施例中，在获得不少于两个的上述衍射斑并对其进行标记后，上述预设算法生成倒易空间中经过上述标记的不少于两个的衍射斑的一条直线，控制X射线二维探测器沿该直线进行扫描和数据采集。由于CTR衍射信号存在于样品晶体截断面法线方向上的棒状衍射信号，因此，本申请通过先获取样品表面法向的多个衍射斑，再围绕经过多个衍射斑的虚拟直线进行扫描的方式，使得本申请相较于现有技术沿样品表面法向扫描的方式，可以提高最终获取到的CTR衍射信号的信噪比。
步骤S103、利用X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿直线进行倒易空间扫描，待X射线二维探测器按照预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，其中，预设倒易空间衍射矢量值区间包括：样品在所处的倒易空间中的第二数量个连续的倒易衍射空间矢量的值，第二数量个倒易衍射空间矢量的值按照由小到大的顺序或由大到小的顺序排列。
可选的，在本申请的一个可选实施例中，由于倒易空间坐标系是相对于衍射仪的坐标系确定的，而上述薄膜衍射标准命令所依据的坐标系是相对于样品晶体截断面确定的，因此，根据上述预设倒易空间衍射矢量值区间，可以获得上述X射线二维探测器沿直线进行倒易空间扫描的扫描步长L：
其中，Q为上述预设倒易空间衍射矢量值区间中每个倒易空间衍射矢量的强度值，C为样品对应的转换系数，不同的样品其转换系数不同。预设算法将上述预设倒易空间衍射矢量值区间转换为扫描步长，并控制上述X射线二维探测器按照该扫描步长L，沿上述直线进行倒易空间扫描，获得第一数量个衍射信号图片。本申请通过选择不同样品对应的扫描步长获取样品在倒易空间中的衍射斑，可以保证获得的图像数据中的衍射峰峰型不失真，从而提高最终获得的衍射信号的信噪比，同时，本申请将倒易空间坐标系和样品晶体截断面所在坐标系进行转换，使得本申请可以使用于不同晶体截断面的样品，提高了本申请的普遍适用性。
步骤S104、对第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号，其中，第一数量和第三数量的数值相同或不同。
可选的，在本申请的一个可选实施例中，上述筛选的方式包括但不限于均等区域换分、兴趣区域确定和背地扣除等。
本申请通过预设倒易空间矢量值区间，将倒易空间坐标系下的扫描范围转换至样品晶体截断面坐标系下的扫描步长，进而对样品在倒易空间中的CTR衍射信号进行采集，可以保证获得的图像数据中的衍射峰峰型不失真，从而提高最终获得的衍射信号的信噪比，同时，本申请将倒易空间坐标系和样品晶体截断面所在坐标系进行转换，使得本申请可以使用于不同晶体截断面的样品，提高了本申请的普遍适用性。最后本申请通过先获取样品表面法向的多个衍射斑，再围绕经过多个衍射斑的虚拟直线进行扫描的方式，使得本申请相较于现有技术沿样品表面法向扫描的方式，可以降低样品倒易空间中CTR衍射信号漏采的风险，提高最终获取到的CTR衍射信号的信噪比及信号准确度。可见，本申请实现了获得高信噪比的表面衍射信号的发明目的。
可选的，根据样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，包括：
根据预设数据库中存储的样品的块材参数，控制X射线二维探测器查找倒易空间中的第一数量个衍射斑，并将第一数量个衍射斑，按照预设的衍射斑的强度值进行筛选，获得不少于两个的衍射斑，其中，在不少于两个的衍射斑中，每个衍射斑的衍射强度均不小于预设阈值。
可选的，利用X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿直线进行倒易空间扫描，待X射线二维探测器按照预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，包括：
利用X射线二维探测器，按照第一预设时长对倒易空间进行扫描，获取扫描步长。
控制X射线二维探测器按照扫描步长，在预设倒易空间衍射矢量值区间内沿直线对倒易空间进行扫描，获得第一数量个衍射信号图片。
可选的，对第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号，包括：
对衍射信号图片中的每个图片，进行均等区域划分，并对每个区域的衍射信号值进行求和运算，获得每个区域对应的衍射信号总值。
对衍射信号总值进行比对，将衍射信号总值中最大的数值对应的区域确定为兴趣区域。
对每个图片进行背底扣除，其中，背底扣除包括：将除兴趣区域外的其他区域对应的衍射信号总值取平均值，获得非兴趣区域衍射信号均值，利用兴趣区域的衍射信号总值减去非兴趣区域衍射信号均值，获得该图片的带有信噪比值的晶体截断杆衍射信号。
将第一数量个衍射信号的图片所对应的带有信噪比值的晶体截断杆衍射信号，与预设信噪比值进行比较，获得第三数量个信噪比值大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号。
可选的，扫描步长的数值不小于预设阈值，预设阈值的数值，为X射线二维探测器采集到的每个衍射峰中第一数量个数据点的个数。
可选的，方法还包括：
在入射光路和出射光路上设置X射线屏蔽罩，以使X射线穿过X射线屏蔽罩，其中，出射光路为X射线由样品射出后，射入X射线二维探测器的过程中，X射线经过的路径。
可选的，在本申请的一个可选实施例中，上述X射线屏蔽罩的外壳可以为不透明的材料制成，用以屏蔽外部环境干扰光线落入X射线二维探测器中，从而影响采集的CTR衍射信号的精度。X射线屏蔽罩的X射线进入端和输出端的封堵材料为轻质材料，用于屏蔽外部环境干扰光线通过X射线屏蔽罩两端开口落入X射线二维探测器中，该轻质材料的类型包括但不限于：聚酰亚胺薄膜和碳膜。X射线屏蔽罩内部充填低密度气体，该低密度气体包括但不限于：氦气、氖气等惰性气体，用以减少X射线屏蔽罩内部光路上气体对入射X射线的散射作用，从而提高背底信号。
可选的，X射线二维探测器位于X射线衍射以上，X射线衍射仪为不少于四个衍射圆的X射线衍射仪。
为了方便对本方案的理解，请结合图2和图3，对本申请的一个具体实施例进行理解：
本具体实施例在上海同步辐射光源BL14B衍射站实施的。
该衍射站具有六圆衍射仪，六个旋转圆具体包括：样品的ω、χ、ψ、μ和探测器的2θ、υ，满足上述条件。X射线源为同步辐射。X射线二维探测器采用Dectris公司的单光子计数硅基二维探测器Eiger-X500k，该探测器计数动态范围高达107光子/秒/像素，无读出噪声和暗电流，可以有效保障数据的信噪比。本实施例中的研究对象为SrTiO3/LaMnO3/LaAlO3(STO/LMO/LAO)外延薄膜。
步骤S201，将光子能量调至10keV，将二维探测器(Eiger-X500k)安装到衍射仪2θ圆的悬臂上，将外延薄膜样品放置在衍射仪中心。调整样品高度z，样品角度ω、χ和探测器角度2θ，完成样品的初调平，设置ω、2θ初始角度为0。
步骤S202，找到衬底STO的002峰，再次旋转样品ω、χ使得衍射强度最大，校正晶面与表面的错切角，设置ω值为2θ的一半，完成样品调平步骤(这是薄膜衍射的标准步骤，普通技术人员公知，不详述)。
步骤S203，进行ω-2θ联动扫描，保持ω＝θ，即沿样品表面法向对CTR衍射信号进行扫描测量。选择合适的扫描步长，保证测量到的每个衍射峰包含≥8个数据点，以保证数据中的峰形不会失真。
步骤S204，找到001和004衍射斑位置，标记为hkl001和hkl004，再沿着衍射倒易空间中连接这两个标记点的直线方向做hklscan扫描(hklscan为薄膜衍射标准命令，不详述)。采集的信号范围尽可能的大，为L＝0.5～2.88。这里L＝3.905×Q/2π，即3.905为样品STO/LMO/LAO对应的转换系数C。
步骤S205，采集完数据后，对采集到的图像数据逐帧进行处理：对每个Q值所获取的衍射图片，选择合适的范围进行信号积分和背底扣除，得到该点的衍射强度值。逐点进行分析，最终得到如图3所示的沿样品表面法线的CTR信号曲线。
其中，步骤201和步骤S202为图1所示步骤S101的具体实施方式，步骤S203和步骤S204为图1所示步骤S102的具体实施方式，步骤S205为图1所示步骤S104的一种具体实施方式。
其中，CTR达到的最大Q值是多少，决定了后面解析出来的电子密度的最高分辨率。如图2所示的CTR衍射信号曲线及信噪比分析示意图，通过对每个数据点的信噪比进行分析，发现L从0.5到2.43，信噪比都大于1；到L＝2.45，数据点信噪比明显很差，小于1。据此判断，有效的CTR衍射信号可达到的最大值为L＝2.43。
本具体实施例采用相干布拉格倒易杆解析方法(coherentBraggrodalalysis，COBRA)解析了前述的CTR信号，得到如图3所示的沿样品表面法向z的电子密度分布曲线示意图，这个结果对应了该薄膜样品的层状结构。
其中，COBRA方法是通过测量样品的沿着晶体截断杆方向的衍射强度，计算薄膜的结构因子，再由散射因子的傅里叶变化得到电子密度分布的一种分析方法。
将已经测得的衍射强度分布曲线带入到COBRA程序中，获得薄膜的散射因子。将获得的散射因子进行傅里叶变换得到三维电子密度的解。这个解满足以下条件：第一，薄膜范围内都为正值，薄膜外都为零；第二衬底范围内是接近已知的衬底结构。通过获得的三维电子密度来计算结构因子和衍射强度，与实验结果进行比较，然后重复迭代得到准确的结构。COBRA得到的是由衬底决定的晶胞中的电子密度分布。最后可以获得沿着薄膜面外法向Z方向的薄膜界面到表面的每一原子层的电子密度分布。
在本具体实施例中是STO(SrTiO3)衬底上生长一层的LMO(LaMnO3)再生长6-7层的LAO(LaAlO3)，表面法向z就是从衬底STO和LMO界面处为零，沿着表面法线方向的位置，电子密度就是样品中所有原子的电子密度。
将获取的样品的衍射强度随L的分布曲线带入到COBRA分析方法中，获得如图3所示的沿样品表面法向z的电子密度分布曲线。
根据前文中的公式，我们估算了该电子密度曲线的分辨率Δd，为0.027nm。详细计算过程如下方公式所示：
本申请通过预设倒易空间矢量值区间，将倒易空间坐标系下的扫描范围转换至样品晶体截断面坐标系下的扫描步长，进而对样品在倒易空间中的CTR衍射信号进行采集，可以保证获得的图像数据中的衍射峰峰型不失真，从而提高最终获得的衍射信号的信噪比，同时，本申请将倒易空间坐标系和样品晶体截断面所在坐标系进行转换，使得本申请可以使用于不同晶体截断面的样品，提高了本申请的普遍适用性。最后本申请通过先获取样品表面法向的多个衍射斑，再围绕经过多个衍射斑的虚拟直线进行扫描的方式，使得本申请相较于现有技术沿样品表面法向扫描的方式，可以降低样品倒易空间中CTR衍射信号漏采的风险，提高最终获取到的CTR衍射信号的信噪比及信号准确度。可见，本申请实现了获得高信噪比的衍射信号。
与上述方法实施例相对应，本申请还提供了一种测量表面法向衍射信号的装置，如图4所示，装置包括：
X射线源100，X射线源包括但不限于同步辐射光源、X射线管光源。
X射线二维探测器200，X射线二维探测器具有高动态范围、低噪声、高灵敏特性，用于测量衍射信号600的强度。
X射线衍射仪300，X射线衍射仪用于支撑样品400和X射线二维探测器200，并至少为样品提供Z轴方向的升降和ω、χ两个旋转自由度，并至少为X射线二维探测器提供一个2θ旋转自由度。
X射线屏蔽罩500，X射线屏蔽罩500放置在X射线源与样品之间的入射光路、以及样品与X射线二维探测器之间的出射光路上，用来减少空气对X射线的散射，并屏蔽外部背景射线落入X射线二维探测器200。
可选的，X射线屏蔽罩500内部充有低密度气体。
本申请提出的用于测量表面法向衍射信号的装置相较于现有技术，至少具有以下优势中的至少一个：
优势1，本申请光路上加了屏蔽罩，可以有效降低空气对X射线的散射，并能屏蔽外部背景射线落入探测器，从而提高信号的信噪比。
优势2，本申请采用二维探测器，在采集某个Q位置对应的CTR信号时，比传统点探测器更有效率、单点采集时间更长，信号信噪比更高。
优势3，本申请采用的二维探测器具有低噪声、高灵敏度特性，可以提高信号的信噪，进而提高最后解析出的电子密度分布的分辨率。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，当计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如上述任一项的测量表面法向衍射信号的方法。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种测量表面法向衍射信号的方法，其特征在于，包括：
通过X射线源发出X射线，沿入射光路照射样品，其中，所述入射光路为所述X射线由所述X射线源发出后，照射入所述样品的过程中，所述X射线经过的路径；
使用X射线二维探测器沿所述样品表面法向进行倒易空间扫描，获得所述倒易空间中的信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号；
所述沿所述样品表面法向进行倒易空间扫描具体包括：
使用所述X射线二维探测器进行扫描，在所述扫描过程中进行如下处理：
将ω和2θ均初始化为0，调整χ以使所述样品表面法线与所述ω的旋转轴垂直，并设置所述ω＝θ，以使所述X射线二维探测器的探测方向为所述样品表面法线的方向，其中，所述ω为所述样品绕预设X轴转动的角度，所述2θ为所述X射线二维探测器绕所述预设X轴转动的角度，所述χ为所述样品绕预设Y轴转动的角度；
根据所述样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，并生成连接所述不少于两个的衍射斑的直线，其中，所述样品的块材参数反映了所述样品在所述倒易空间中的衍射斑的坐标；
利用所述X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿所述直线进行倒易空间扫描，待所述X射线二维探测器按照所述预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，
其中，所述预设倒易空间衍射矢量值区间包括：所述样品在所处的倒易空间中的第二数量个连续的倒易衍射空间矢量的值，所述第二数量个倒易衍射空间矢量的值按照由小到大的顺序或由大到小的顺序排列；
对所述第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个所述信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号，其中，所述第一数量和第三数量的数值相同或不同；
所述对所述第一数量个衍射信号图片进行筛选，获得第三数量个所述信噪比大于预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号，包括：
对所述衍射信号图片中的每个图片，进行均等区域划分，并对每个区域的衍射信号值进行求和运算，获得每个区域对应的衍射信号总值；
对所述衍射信号总值进行比对，将所述衍射信号总值中最大的数值对应的区域确定为兴趣区域；
对每个图片进行背底扣除，其中，所述背底扣除包括：
将除所述兴趣区域外的其他区域对应的所述衍射信号总值取平均值，获得非兴趣区域衍射信号均值，利用所述兴趣区域的所述衍射信号总值减去所述非兴趣区域衍射信号均值，获得该图片的带有信噪比值的所述晶体截断杆衍射信号；
将所述第一数量个衍射信号的图片所对应的所述带有信噪比值的晶体截断杆衍射信号，与所述预设信噪比值进行比较，获得第三数量个所述信噪比值大于所述预设信噪比值的晶体截断杆衍射信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述样品的块材参数，确定不少于两个的衍射斑，包括：
根据预设数据库中存储的所述样品的块材参数，控制所述X射线二维探测器查找所述倒易空间中的第一数量个衍射斑，并将所述第一数量个衍射斑，按照预设的衍射斑的强度值进行筛选，获得所述不少于两个的衍射斑，其中，在所述不少于两个的衍射斑中，每个衍射斑的衍射强度均不小于预设阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述X射线二维探测器在预设倒易空间衍射矢量值区间内，沿所述直线进行倒易空间扫描，待所述X射线二维探测器按照所述预设倒易空间衍射矢量值区间采集完毕后，获得第一数量个衍射信号图片，包括：
利用所述X射线二维探测器，按照第一预设时长对所述倒易空间进行扫描，获取扫描步长；
控制所述X射线二维探测器按照所述扫描步长，在所述预设倒易空间衍射矢量值区间内沿所述直线对所述倒易空间进行扫描，获得所述第一数量个衍射信号图片。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扫描步长的数值不小于预设阈值，所述预设阈值的数值，为所述X射线二维探测器采集到的每个衍射峰中第一数量个数据点的个数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述入射光路和出射光路上设置X射线屏蔽罩，以使所述X射线穿过所述X射线屏蔽罩，其中，所述出射光路为所述X射线由所述样品射出后，射入所述X射线二维探测器的过程中，所述X射线经过的路径。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述X射线二维探测器位于X射线衍射仪上，所述X射线衍射仪为不少于四个衍射圆的X射线衍射仪。
7.一种测量表面法向衍射信号的装置，其特征在于，所述装置用于执行如权利要求1至6中任一项所述的测量表面法向衍射信号的方法，所述装置包括：
X射线源，所述X射线源包括但不限于同步辐射光源、X射线管光源；
X射线二维探测器，所述X射线二维探测器具有高动态范围、低噪声、高灵敏特性，用于测量衍射信号强度；
X射线衍射仪，所述X射线衍射仪用于支撑样品和所述X射线二维探测器，并至少为样品提供Z轴方向的升降和ω、χ两个旋转自由度，并至少为所述X射线二维探测器提供一个2θ旋转自由度；
X射线屏蔽罩，所述X射线屏蔽罩放置在所述X射线源与样品之间的入射光路、以及样品与所述X射线二维探测器之间的出射光路上，用来减少空气对X射线的散射，并屏蔽外部背景射线落入所述X射线二维探测器。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述X射线屏蔽罩内部充有低密度气体。
9.一种计算机可读存储介质，当所述计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如权利要求1至6中任一项所述的测量表面法向衍射信号的方法。
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