CN200944095Y

CN200944095Y - 旋转式弯晶衍射分光与探测装置

Info

Publication number: CN200944095Y
Application number: CN 200620027371
Authority: CN
Inventors: 宋欣; 姜文贵
Original assignee: YIDONG ELECTROMECHANICAL DEVELOPMENT Co Ltd BEIJING
Current assignee: YIDONG ELECTROMECHANICAL DEVELOPMENT Co Ltd BEIJING
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2016-09-20

Abstract

一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于它的主体部件包括真空分光室、晶体分光计、晶体旋转机构、X射线探测器及X射线探测器位移机构；其优越性在于：①一个真空分光室实现多波长衍射分光；②减少分散晶体占有的空间，充分发挥弯晶高衍射分光效率、高单色性功能；③配置一个X射线探测器，且探测器跟随每个分光晶体的衍射角度移动，实现分时记录单色线强度；④配置紧凑、集中，缩短了光程，大大提高仪器的灵敏度；⑤大幅度降低机械结构的复杂程度，减少机械故障率，缩小仪器的体积，为实现光谱仪小型化、台式化甚至便携化提供了技术支撑。

Description

旋转式弯晶衍射分光与探测装置

(一)技术领域：

本实用新型涉及一种X射线衍射分光与探测装置，特别是一种旋转式对数螺线弯面晶体衍射分光与探测装置。

(二)背景技术：

目前，人们广泛应用的波长色散X射线荧光光谱仪大致有两类，一类采用平面晶体衍射分光技术做成扫描式光谱仪；另一类采用弯面晶体衍射分光技术做成固定通道式光谱仪。但是，对于采用平面晶体衍射分光技术做成扫描式光谱仪来说，其衍射效率低，且该类光谱仪需要配备数十仟瓦的X射线激发源，较适合科学研究机构、高等教育等领域使用；对于采用弯面晶体衍射分光技术做成固定通道式光谱仪，需要给每种元素配置一个固定道分光盒，每个分光盒又必需配备一个X射线探测器，然而在有效的X射线采样角度范围内只能装配有限数量的分光盒，限制了分析特定元素的数量，而且机械结构复杂，体积庞大，机械故障率高。

(三)实用新型内容：

本实用新型的目的在于提供一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，它采用多个弯面晶体集中于一体的设计思路，解决了固定通道光谱仪存在的不足，改变了弯晶固定道光谱仪的衍射分光与探测结构，是一种短光程、高灵敏、小空间、多元素、单探测器的衍射分光与探测装置。

本实用新型的技术方案：一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于它的主体部件包括真空分光室、晶体分光计、晶体旋转机构、X射线探测器及X射线探测器位移机构；所说的晶体分光计位于真空分光室内，依转轴I与晶体旋转机构连接；所说的X射线探测器位于真空分光室内，依摆轴II与X射线探测器位移机构连接。

上述所说的真空分光室上装有与外部辅助部件相连接的样品特征X射线的入射对接法兰、激发X射线的入射对接法兰、真空接口法兰及供电及信息传输接口。

上述所说的外部辅助部件包括送样器、X射线激发源、真空抽气单元、低压供电电源、数据采集器、系统控制单元和上位分析计算机；其中所说的送样器、X射线激发源分别与真空分光室配置的样品特征X射线的入射对接法兰、激发X射线的入射对接法兰连接；所说的真空抽气单元采用可实现真空分光室所需动态真空度的小抽气速率的机械泵，且依真空管路与真空接口法兰对接；所说的低压供电电源的输出端与供电及信息传输接口的输入端连接；所说的数据采集器的输入端通过供电及信息传输接口与真空室内的X射线探测器的输出端连接，其输出端与上位分析计算机连接；所说的系统控制器单元分别与上位分析计算机、晶体旋转机构和X射线探测器位移机构实施双向连接。

上述所说的X射线探测器由X射线探测器件、线性脉冲放大器和数控高压器组成，其电路连接为常规连接。

上述所说的X射线探测器的器件可以采用流气正比计管或充气正比计管或闪烁计数器。

上述所说的晶体分光计由截面为正N边形的正棱柱形晶体骨架和不少于一个的固定在棱柱面上的分光晶体组成，所说的正棱柱形晶体骨架依其中心轴与晶体旋转机构连接；其中正N边形截面中的N应满足360°/N的商为整数或有限小数，包括三角形、正方形、正五边形、正六边形、正八边形、正九边形、正十边形和正十六边形。

上述所说的晶体分光计中的晶体，其衍射曲面采用对数螺线结构，可以选择晶面间距为1.0-28.0埃的晶体，包括LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAlP(001)和TAM(020)的晶体中的至少一种。

上述所说的晶体旋转机构和X射线探测器位移机构可以采用普通微型直流电机和机械定位系统的结构，也可以采用伺服电机、伺服电机控制器和单片机组成的伺服系统结构。

上述所说的X射线激发源是X光管产生的原级X射线构成的光源也可以是同步辐射光的光束线构成的光源。

本实用新型的工作原理：根据X射线与弯面晶体相干散射的衍射原理及其对数螺线衍射光路的几何特性，通过更换不同对数螺线曲面的衍射晶体，以及X射线探测器的移动，采用一个探测器配合多个衍射分光晶体，实规对同一样品不同元素的分光与探测。真空分光室为晶体分光计和X射线探测器提供一种真空环境下的有效运转空间，送样器完成样品的输送，提供一个需要分析的样品，X射线激发源提供一个用于激发样品所需的原级X射线。晶体分光计对不同波长入射特征X射线进行衍射分光；正棱柱形晶体骨架的中心轴与晶体旋转机构连接，由机械传递或直接由晶体旋转机构的电机带动实现正反方向旋转，改变晶体骨架的旋转角度，从而实现分光晶体的旋转和换位；X射线探测器脉冲幅度可调，用于探测晶体分光后的单色X射线，探测器通过摆臂与X射线探测器位移机构连接，通过X射线探测器位移机构控制探测器沿设定的轨迹移动，并实观与相应分光晶体换位时的同步位移。

此外，真空分光室上的供电及信息传输接口相当于真空分光室内部部件与其外部部件的电讯转接口，由数据采集器通过供电及信息传输接口接收X射线探测器输出的脉冲信号，该数据采集器具有多道脉冲幅度分析功能，所采集的原始数据供上位计算机做进一步分析与处理；系统控制单元通过上位计算机输送的指令来控制送样器对样品的输送、允许原级X射线对样品的激发、允许特征X射线投射到衍射分光晶体等操作，并通过控制晶体旋转机构和X射线探测器位移机构完成对指定波长X射线的衍射分光与探测。

本实用新型的工作过程为：送样器将待分析样品传送到测试位置，在真空单元实现真空分光室处于真空状态时，原级X射线激发待测样品并产生元素特证X射线，由晶体旋转机构改变晶体骨架的旋转角度，完成不同对数螺线曲面的分光晶体的旋转换位，同时，X射线探测器位移机构控制探测器沿设定的轨迹移动，实观其与相应分光晶体换位的同步位移，根据换位晶体的衍射角度，调整X射线探测器位置，并记录该单色X射线的强度，做为进一步分析的原始数据。

本实用新型的优越性在于：①该装置和现行固定道分光与探测结构比较，取消了按波长设置的固定道分光盒，改由一个真空分光室实现多波长衍射分光；②该装置设计一个多面正棱柱体晶体骨架，把分散的弯面分光晶体装配在正棱柱面上，通过晶体骨架的旋转更换分光晶体，减少分散晶体占有的空间，充分发挥弯晶高衍射分光效率、高单色性功能；③该装置只需配置一个X射线探测器，且探测器跟随每个分光晶体的衍射角度移动，实现分时记录单色线强度；④衍射分光晶体和X射线探测器配置在真空分光室内，使分光与探测之间的配置紧凑、集中，从而缩短了光程，大大提高仪器的灵敏度；⑤大幅度降低机械结构的复杂程度，减少机械故障率，缩小仪器的体积，为实现光谱仪小型化、台式化甚至便携化提供了技术支撑。

(四)附图说明：

图1为本实用新型所涉一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置的整体配置结构框图；

图2为本实用新型所涉一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置中的截面为正八边形的晶体分光计的结构示意图；

图3为本实用新型所涉一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置的一种实施例的结构框图。

其中，1为真空分光室；2为晶体分光计；3为X射线探测器；4为样品特征X射线的入射对接法兰；5激发X射线的入射对接法兰；6为晶体旋转机构；7为X射线探测器位移机构；8为真空接口法兰；9为供电、信息接口；10为送样器；11为X射线激发源；12为真空抽气单元；13为低压电源；14为数据采集器；15为系统控制器单元；16为上位分析计算机；17为截面为正八边形的晶体骨架；18为分光晶体；19为转轴I。

(五)具体实施方案：

实施例：一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置(见图1)，其特征在于它的主体部件包括真空分光室1、晶体分光计2、晶体旋转机构6、X射线探测器3、X射线探测器位移机构7；所说的晶体分光计2位于真空分光室1内，依转轴I与晶体旋转机构6连接；所说的X射线探测器3位于真空分光室1内，依摆轴II与X射线探测器位移机构7连接。

上述所说的真空分光室1(见图1、3)上装有与外部辅助部件相连接的样品特征X射线的入射对接法兰4、激发X射线的入射对接法兰5、真空接口法兰8、供电及信息传输接口9。

上述所说的外部辅助部件(见图1、3)包括送样器10、X射线激发源11、真空抽气单元12、低压供电电源13、数据采集器14、系统控制单元15和上位分析计算机16；其中所说的送样器10、X射线激发源11分别与真空分光室1配置的样品特征X射线的入射对接法兰4、激发X射线的入射对接法兰5连接；所说的真空抽气单元12采用可实现真空分光室1所需动态真空度的小抽气速率的机械泵，且依真空管路与真空接口法兰8对接；所说的低压供电电源13的输出端与供电及信息传输接口9的输入端连接；所说的数据采集器14的输入端通过供电及信息传输接口9与真空室1内的X射线探测器3的输出端连接，其输出端与上位分析计算机16连接；所说的系统控制器单元15分别与上位分析计算机16、晶体旋转机构6和X射线探测器位移机构7实施双向连接。

上述所说的晶体分光计2(见图2)由截面为正八边形正棱柱形晶体骨架17和八个固定在棱面上的分光晶体18组成；所说的正棱柱形晶体骨架依其中心轴与晶体旋转机构6连接。

上述所说的X射线探测器3由X射线探测器件、线性脉冲放大器和数控高压器组成，其电路连接为常规连接。

上述所说的X射线探测器件是流气正比计管。

上述所说的晶体旋转机构6和X射线探测器位移机构7采用伺服电机控制器和单片机组成的伺服系统结构，其电路连接为常规连接。

上述所说的X射线激发源11(见图1、3)采用X光管产生的原级X射线。

上述所说的晶体分光计中的晶体，其衍射曲面采用对数螺线结构，包括LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAlP(001)和TAM(020)。

Claims

1、一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于它的主体部件包括真空分光室、晶体分光计、晶体旋转机构、X射线探测器及X射线探测器位移机构；所说的晶体分光计位于真空分光室内，依转轴I与晶体旋转机构连接；所说的X射线探测器位于真空分光室内，依摆轴II与X射线探测器位移机构连接。

2、根据权利要求1中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于所说的真空分光室上装有与外部辅助部件相连接的样品特征X射线的入射对接法兰、激发X射线的入射对接法兰、真空接口法兰及供电及信息传输接口。

3、根据权利要求2中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于所说的外部辅助部件包括送样器、X射线激发源、真空抽气单元、低压供电电源、数据采集器、系统控制单元和上位分析计算机；其中所说的送样器、X射线激发源分别与真空分光室配置的样品特征X射线的入射对接法兰、激发X射线的入射对接法兰连接；所说的真空抽气单元采用可实现真空分光室所需动态真空度的小抽气速率的机械泵，且依真空管路与真空接口法兰对接；所说的低压供电电源的输出端与供电及信息传输接口的输入端连接；所说的数据采集器的输入端通过供电及信息传输接口与真空室内的X射线探测器的输出端连接，其输出端与上位分析计算机连接；所说的系统控制器单元分别与上位分析计算机、晶体旋转机构和X射线探测器位移机构实施双向连接。

4、根据权利要求3中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于所说的X射线探测器的器件可以采用流气正比计管或充气正比计管或闪烁计数器。

5、根据权利要求1中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于上述所说的晶体分光计由截面为正N边形的正棱柱形晶体骨架和不少于一个的固定在棱柱面上的分光晶体组成，所说的正棱柱形晶体骨架依其中心轴与晶体旋转机构连接；其中正N边形截面中的N应满足360°/N的商为整数或有限小数，包括三角形、正方形、正五边形、正六边形、正八边形、正九边形、正十边形和正十六边形。

6、根据权利要求5中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于所说的晶体分光计中的晶体，其衍射曲面采用对数螺线结构，可以选择晶面间距为1.0-28.0埃的晶体，包括LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAlP(001)和TAM(020)的晶体中的至少一种。

7、根据权利要求1中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于所说的晶体旋转机构和X射线探测器位移机构可以采用普通微型直流电机和机械定位系统的结构，也可以采用伺服电机、伺服电机控制器和单片机组成的伺服系统结构。

8、根据权利要求1中所述一种旋转式弯晶衍射分光与探测装置，其特征在于所说的X射线激发源是X光管产生的原级X射线构成的光源也可以是同步辐射光的光束线构成的光源。