CN114721033B - 基于x射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法和装置 - Google Patents

基于x射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法和装置，瞄准方法包括以下步骤：S1：通过支撑调节机构将可出射4π全空间发散光的光纤头放置于待探测目标位置中心；S2：所述光纤头出射的激光进入探测设备的X射线记录器件的针孔后形成光斑，并照射于探测设备的灵敏面；S3：通过指向调节机构调节探测设备的方位，使得所述光斑覆盖所述探测设备的灵敏面；S4：将光纤头替换为探测目标，瞄准完成。本发明采用主、被动瞄准相结合的方式，实现了省时简便地瞄准，节省90%以上瞄准时间；且采用了激光穿过针孔引导瞄准的直接方式，因而瞄准精度高，精度由100um提升至10um，提升了1个数量级，因此本发明具有广阔且重要的应用前景。

Description

基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法和装置
技术领域
本发明涉及X射线成像设备瞄准领域，更具体地，涉及一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法和装置。
背景技术
基于X射线针孔成像原理的探测设备以其简便的成像原理，X射线图像大小易调节等优势，广泛应用于激光惯性约束聚变、高能量密度物理核物理、核物理以及实验室天体物理等研究领域。这些探测设备包括X射线针孔相机、X射线分幅相机、X射线空间分辨辐射流探测设备等一系列探测设备。通常采用的瞄准方法有：1、设置多级不同大小的小孔，通过肉眼利用小孔逐级瞄准靶点（探测目标），而后外推针孔瞄准靶点；2、通过长焦显微镜确定靶点和探测设备灵敏面中心连线的光路，而后将针孔阵列放置于该光路上，实现瞄准；3、采用环形透镜嵌套针孔，在确保透镜成像的物距、像距及成像位置与针孔成像基本一致的前提下，利用透镜可见光成像瞄准代替针孔X光成像瞄准。
现有瞄准方法存在以下不足：1、由于探测目标小（毫米量级），针孔尺寸小（十微米量级），X射线不可见，穿过针孔的可见光过弱难以观测，因而该类探测设备的瞄准一直是一个费时耗力的过程；2、尽管透镜可见光成像可辅助针孔X射线成像瞄准，不过，透镜的主光轴难以实现和针孔的主光轴相一致，经成像放大后这个不一致将显著放大，带来瞄准精度的显著下降。
现有技术中公开一种等离子体诊断用X射线光学系统的瞄准装置的瞄准方法，其特征在于，该装置包括模拟定位组件及其调整机构，所述的模拟定位组件包括定位杆、模拟定位件、滑块、支架、直线导轨及物镜组，所述的定位杆的一端连接模拟定位件，另一端连接滑块，所述的支架下侧设有直线导轨，上侧设有物镜组，所述的滑块与直线导轨滑动连接，所述的支架连接调整机构；瞄准方法为：利用工具显微镜的监视调节模拟定位件与方孔网格的标记孔重合，通过X射线网格成像实验，调节系统的最佳物点与方孔网格的最佳视场重合，将物镜组固定在支架上。该方案中瞄准方法费时耗力，且无法适用于激光惯性约束聚变、高能量密度物理核物理、核物理以及实验室天体物理等研究领域。
发明内容
本发明的首要目的是提供一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，解决现有技术中探测设备的瞄准费时耗力的问题。
本发明的进一步目的是提供一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，包括以下步骤：
S1：通过支撑调节机构将可出射4π全空间发散光的光纤头放置于待探测目标位置中心；
S2：所述光纤头出射的激光进入探测设备的X射线记录器件的针孔后形成光斑，并照射于探测设备的灵敏面；
S3：通过指向调节机构调节探测设备的方位，使得所述光斑覆盖所述探测设备的灵敏面；
S4：将光纤头替换为探测目标，瞄准完成。
上述方案中，通过可发射4π全空间发散光的光纤头，使得穿过针孔后的光斑亮度高、强度强，清晰可见，使得直接通过针孔进行瞄准变为了可能，也使瞄准过程变得省时简便。另一方面通过将光纤头精确定位到待探测区域的中心，光纤头出射的激光穿过针孔，经直线传播至探测设备灵敏面，瞄准精度仅受限于探测目标的方位调节精度，因而瞄准精度显著提高。
优选地，所述步骤S1中的支撑调节机构为具有精密指向调节定位的机构。
支撑调节机构可以为任意具有精密指向调节定位的机构，本方案中提供一种，具体为：将光纤头放置于支撑杆上，支撑杆固定连接有一夹持机构，所述夹持机构与水平面的一维移动平台连接，所述一维移动平台左右移动时，带动连接环，间接带动与连接环固定的支撑杆，起到精密指向调节定位的作用。
优选地，所述光纤头的直径尺寸在1微米至5毫米之间，光纤头的直径可在数微米到数毫米之间进行选择。
优选地，所述光纤头的出射激光的波长为可见光波段的波长。
优选地，所述光纤头的出射激光通过一针孔后形成的光斑的大小大于所述探测设备的灵敏面的大小。
优选地，所述步骤S3中的指向调节机构为具有精密指向调节定位的机构。
所述指向调节机构可为任意具有精密指向调节定位的机构，本方案中提供一种，具体为：所述指向调节机构为环状万向节轴承，所述环状万向节轴承固定于所述探测设备的外周，通过旋转环状万向节轴承的顶丝，调节环状万向节轴承的松紧，使探测设备往松一边转动，进而调节探测设备的指向，实现探测设备的精密指向调节。
优选地，所述的探测设备为激光惯性约束聚变、高能量密度物理、核物理以及实验室天体物理等研究领域中，诸如X射线针孔相机、X射线分幅相机和X射线空间分辨辐射流探测设备等基于X射线针孔成像原理的探测设备中的任意一种。
优选地，所述探测目标为发射X射线的辐射源。
优选地，所述步骤S2中针孔的直径在10微米至100微米之间。
一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准装置，包括激光器、光纤头、光纤、支撑调节机构、指向调节机构和探测设备，其中：
所述激光器通过光纤与所述光纤头连接，所述光纤头通过所述支撑调节机构放置于待探测目标位置中心，所述激光器的出射激光波长为可见光波段，所述光纤头出射4π全空间发散光；
所述探测设备的一端设置有针孔，所述光纤头的出射激光通过针孔进入探测设备的X射线记录器件中形成光斑，所述光斑通过探测设备照射于所述探测设备的灵敏面；
所述探测设备的外周设置有所述指向调节机构，所述指向调节机构用于调节所述探测设备的方位。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明采用主、被动瞄准相结合的方式，实现了省时简便地瞄准，节省90%以上瞄准时间；且采用了激光穿过针孔引导瞄准的直接方式，因而瞄准精度高，精度由100um提升至10um，提升了1个数量级，因此本发明具有广阔且重要的应用前景。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的装置结构示意图。
图3为实施例提供的一种支撑调节机构的结构示意图。
图4为实施例提供的一种指向调节机构的结构示意图。
图中，1为激光器，2为光纤，3为光纤头，4为支撑调节机构，5为探测设备，51为针孔，52为探测设备的灵敏面，6为指向调节机构，7为光斑，8为夹持机构，9为一维移动平台，10为环状万向节轴承，11为顶丝。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：通过支撑调节机构4将可出射4π全空间发散光的光纤头3放置于待探测目标位置中心；
S2：所述光纤头3出射的激光进入探测设备5的X射线记录器件的针孔51后形成光斑7，并照射于探测设备的灵敏面52；
S3：通过指向调节机构6调节探测设备5的方位，使得所述光斑7覆盖所述探测设备的灵敏面52；
S4：将光纤头3替换为探测目标，瞄准完成。
在具体实施过程中，在激光惯性约束聚变、高能量密度物理核物理、核物理以及实验室天体物理等研究领域中，通常情况下，探测目标小。基于X射线针孔成像原理的探测设备中针孔尺寸小，由于X射线的不可见，带来穿过针孔的可见光非常弱难以直接观测，这就带来这些探测设备的瞄准耗时费力。然而，根据实验研究发现，通过球光纤头引出的激光可实现全4π空间发光，穿过针孔后亮度高、强度强，形成的光斑清晰可见，这就使直接通过针孔进行瞄准变为了可能，也使瞄准过程变得省时简便。在另一方面，通过将光纤头精确定位到待探测区域的中心，光纤头出射的激光穿过针孔，经直线传播至探测器灵敏面，瞄准精度仅受限于探测目标的支撑调节机构的调节精度，因而瞄准精度显著提高。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，继续公开以下内容：
所述步骤S1中的支撑调节机构4为具有精密指向调节定位的机构。
如图3所示，支撑调节机构4可以为任意具有精密指向调节定位的机构，在本实施例中提供一种，具体为：将光纤头3放置于支撑杆上，支撑杆固定连接有一夹持机构8，所述夹持机构8与水平面的一维移动平台9连接，所述一维移动平台9左右移动时，带动夹持机构8，间接带动与夹持机构8固定的支撑杆，起到精密指向调节定位的作用。
所述光纤头3的直径尺寸在1微米至5毫米之间。
所述光纤头3的出射激光的波长为可见光波段的波长，利用可见光容易被观察的特点，实现精确快速的瞄准，解决了X射线不可见导致的穿过针孔51后的光斑7很难观察，难以瞄准的问题。
所述光纤头3的出射激光通过针孔51后形成的光斑7的大小大于所述探测设备的灵敏面52的大小。
所述步骤S3中的指向调节机构6为具有精密指向调节定位的机构。
如图4所示，所述指向调节机构6可为任意具有精密指向调节定位的机构，在本实施例中提供一种，具体为：所述指向调节机构6为环状万向节轴承10，所述环状万向节轴承10固定于所述探测设备5的外周，通过旋转环状万向节轴承10的顶丝11，调节环状万向节轴承10的松紧，进而调节探测设备5的指向，实现探测设备5的精密指向调节。
所述的探测设备5为基于X射线针孔成像原理的探测设备，包括X射线针孔相机、X射线分幅相机和X射线空间分辨辐射流探测设备中的任意一种。
当探测设备5为X射线针孔相机时，所述光纤头3出射的激光通过针孔51进入X射线针孔相机的X射线记录器件中形成光斑，并照射于X射线针孔相机的灵敏面；
当探测设备5为X射线分幅相机时，所述光纤头3出射的激光通过针孔阵列进入X射线分幅相机的X射线记录器件中形成光斑，并照射于X射线分幅相机的灵敏面；
当探测设备5为X射线空间分辨辐射流探测设备时，在X射线空间分辨辐射流探测设备的X射线记录器件的进光孔外部嵌套一个透镜，同时在X射线记录器件的内部添加限孔，所述光纤头3出射的激光通过透镜进入X射线空间分辨辐射流探测设备的X射线记录器件中形成光斑，并照射于X射线空间分辨辐射流探测设备的灵敏面。
所述探测目标为发射X射线的辐射源。
所述步骤S2中针孔51的直径在10微米至100微米之间。
本实施例还提供以下具体例子：
1、在采用X射线针孔成像+X射线CCD原理的X射线针孔相机的瞄准过程中，使用了本发明专利瞄准方法。瞄准用时仅为5分钟，瞄准精度达到10um量级，而以往用时为30分钟以上，瞄准精度在90um以上。
2、在采用X射线阵列针孔成像+微通道板+CCD原理的X射线分幅相机的瞄准过程中，使用了本发明专利瞄准方法。瞄准用时仅为10分钟，而以往用时为240分钟以上。
3、在采用X射线针孔成像+平响应X射线探测器原理的X射线空间分辨辐射流探测设备5的瞄准过程中，使用了本发明专利瞄准方法。瞄准用时仅为5分钟，瞄准精度达到10um量级，而以往用时为20分钟以上，瞄准精度在110um以下。
实施例3
本实施例提供一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准装置，如图2所示，包括激光器1、光纤头3、光纤2、支撑调节机构4、指向调节机构6和探测设备5，其中：
所述激光器1通过光纤2与所述光纤头3连接，所述光纤头3通过所述支撑调节机构4放置于待探测目标位置中心，所述激光器1的出射激光波长为可见光波段，所述光纤头3出射4π全空间发散光；
所述探测设备5的一端设置有针孔51，所述光纤头3的出射激光通过针孔51进入探测设备5的X射线记录器件中形成光斑7，所述光斑7通过探测设备5照射于所述探测设备的灵敏面52；
所述探测设备5的外周设置有所述指向调节机构6，所述指向调节机构6用于调节所述探测设备5的方位。
如图3所示，本实施例中支撑调节机构4可以为任意具有精密指向调节定位的机构，在本实施例中提供一种，具体为：将光纤头3放置于支撑杆上，支撑杆固定连接有一夹持机构8，所述夹持机构8与水平面的一维移动平台9连接，所述一维移动平台9左右移动时，带动夹持机构8，间接带动与夹持机构8固定的支撑杆，起到精密指向调节定位的作用。
如图4所示，本实施例中所述指向调节机构6可为任意具有精密指向调节定位的机构，在本实施例中提供一种，具体为：所述指向调节机构6为环状万向节轴承10，所述环状万向节轴承10固定于所述探测设备5的外周，通过旋转环状万向节轴承10的顶丝11，调节环状万向节轴承10的松紧，进而调节探测设备5的指向，实现探测设备5的精密指向调节。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准装置，其特征在于，包括激光器、光纤头、光纤、支撑调节机构、指向调节机构和探测设备，其中：
所述激光器通过光纤与所述光纤头连接，所述光纤头通过所述支撑调节机构放置于待探测目标位置中心，所述激光器的出射激光波长为可见光波段，所述光纤头出射4π全空间发散光；
所述探测设备的一端设置有针孔，所述光纤头的出射激光通过针孔进入探测设备的X射线记录器件中形成光斑，所述光斑通过探测设备照射于所述探测设备的灵敏面；
所述探测设备的外周设置有所述指向调节机构，所述指向调节机构用于调节所述探测设备的方位。
2.一种基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述瞄准方法应用于权利要求1所述的瞄准装置，瞄准方法包括以下步骤：
S1：通过支撑调节机构将可出射4π全空间发散光的光纤头放置于待探测目标位置中心；
S2：所述光纤头出射的激光进入探测设备的X射线记录器件的针孔后形成光斑，并照射于探测设备的灵敏面；
S3：通过指向调节机构调节探测设备的方位，使得所述光斑覆盖所述探测设备的灵敏面；
S4：将光纤头替换为探测目标，瞄准完成。
3.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述步骤S1中的支撑调节机构为具有精密指向调节定位的机构。
4.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述光纤头的直径尺寸在1微米至5毫米之间。
5.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述光纤头的出射激光通过针孔后形成的光斑的大小大于所述探测设备的灵敏面的大小。
6.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述步骤S3中的指向调节机构为具有精密指向调节定位的机构。
7.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述的探测设备为基于X射线针孔成像原理的探测设备，包括X射线针孔相机、X射线分幅相机和X射线空间分辨辐射流探测设备中的任意一种。
8.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述探测目标为发射X射线的辐射源。
9.根据权利要求2所述的基于X射线针孔成像原理的探测设备的瞄准方法，其特征在于，所述步骤S2中针孔的直径在10微米至100微米之间。
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