CN201434851Y - 一种使用x射线荧光光谱仪测量镀层的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，包括高压发生器、X射线管、准直器、镜片、摄像头、探测器、多道板、计算机，高压发生器连接X射线管，X射线管连接准直器，探测器连接多道板，多道板连接计算机。

Description

一种使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置

技术领域

本实用新型涉及核物理应用技术领域，特别是一种使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置。

背景技术

目前测量镀层的方法有磁感应测量法、电涡流测量法，电解测量法，超声波测量法等，广泛被国内外的企业、工厂、贸易公司、检测机构所使用。但磁感应测量法只能用在磁性产品，电涡流测量法只能测量非磁性产品，电解测量法要求测量面积大且对产品有破坏，超声波测量设备制造复杂，操作不便。

元素分析主要依靠化学分析法，化学分析法需要对样品破坏溶解，制样分析，操作既复杂有花费时间，对操作员的素质要求也高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置。

X射线荧光光谱仪可以解决以上两大类测量方法的致命缺点，有准确、快速、无损、多元素或镀层同时测量、操作简单、检测的费用低等优点。因此对提高测量精度、提高测量工作效率具有极其重要的意义。

技术解决方案

1、使用功率高达100W稳定的高压直流电源给X射线管，使得X射线管发出的X射线稳定，均匀。

2、使用大窗口封闭式正比计数器，在短时间内，快速提高稳定的记数率，因此单次测量只需十几秒就可以完成。可探测的元素范围从13号元素Al到92号元素U。

3、使用全自动三维样品台，超大样品仓，无论是大样品，小样品，不规则样品，都可以精确定位测量点。使用高精密彩色射像头辅助观察样品。样品图象清晰直观，减小人为对焦而引起的误差。

4、采用基本参数法软件，运用了严格的理论方程式，该方程式考虑到各种可能的元素间的相互影响，基本参数包括物质吸收系数，X荧光产率，跃迁几率，转换几率等等，加上硬件参数如X射线入射角、出射角、X射线管靶角、靶材、窗口材料和厚度、一次滤光材料和厚度、二次滤光材料和厚度等等。

一种使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，包括高压发生器、X射线管、准直器、镜片、摄像头、探测器、多道板、计算机，高压发生器连接X射线管，给X射线管提供高电压，X射线管连接准直器，探测器用于探测样品反射的X射线，由探测器将电信号转换为电脉冲，由放大器MCA放大，放大后的信号传送到多道板，由多道板形成通讯信号传送到计算机处理。

所述准直器设置于X射线管的X射线出口，准直器用于准直X射线管产生X射线。

所述准直器采用圆形，正方形，槽型形状。

所述镜片设置在X射线的通道中。

所述镜片折射形成图像信号，图像信号传输到摄像头，摄像头用于摄取图像信号。

所述摄像头是CCD摄像机的摄像头。

所述计算机连接高压发生器，并控制高压发生器。

优点和积极效果

1、分析元素范围：Na(11)-U(92)

2、分析元素极限：最薄0.002um，最后达50um。最小含量达1ppm，最大含量达99.99％。

3、适合样品尺寸：0.1×0.1×0.1mm到500×500×200mm。最小测量斑点为0.01mm2。

4、分析精度：第一层的精密度和准确度可达3％。第二层10％以内。最多可测6层。图1为本实用新型的图。

表1多种仪器测量同个铁上镀锌产品结果对照表(单位：um)

测量次数	磁感应测量仪	库仑测量仪	X射线荧光光谱仪
				1	10.8	11.2	10.82
2	10.9	11.6	10.75
				3	11.1	10.7	10.77
4	10.4	10.8	10.80
				5	11.0	11.3	10.85
6	10.7	10.5	10.74
				7	11.3	11.0	10.76
8	11.1	10.7	10.81
				9	10.5	11.1	10.80
10	10.7	11.3	10.78
				平均值	10.85	11.02	10.788
标准偏差	0.28	0.34	0.034
				相对标准差	2.62％	3.11％	0.318％

注：磁感应测量仪10秒测量一次，库仑测量仪60秒测量一次，X射线荧光光谱仪10秒测量一次。

从表1可以看出，X射线荧光光谱仪测量的稳定性和准确度远远高于磁感应测量仪、库仑测量仪。

附图说明

图1是X射线荧光光谱仪的基本结构图；

图2是X射线荧光光谱仪的工作原理图；

图3是使用X射线荧光光谱仪测量镀层装置结构示意图。

具体实施方式

图1是X射线荧光光谱仪的基本结构图；

X射线荧光光谱仪由高压发生器、探测器、多道板、CCD摄像机组成。高压发生器产生X射线，X射线照射样品。样品在X光的照射下产生不同强度的二次X光，即X荧光。用CCD摄像机拍摄X荧光。

图2是X射线荧光光谱仪的工作原理图；

X射线荧光光谱仪的工作原理：

荧光是——原子或分子吸收一定能量的光子，然后释放出低能量的光子，在此过程中产生的。X荧光是原子内层电子跃迁时释放出的能量转为成的光子。

由于管压的存在，阴极产生大量电子轰击阳极，而阳极是由特殊物质做成的靶材，不同的物质产生不同能量的X ray，在高速电子的轰击下产生一定强度的X ray穿过鈹箔(用来收束X光)，最终照射在样品上。样品中的不同元素在X光的照射下产生不同强度的二次X光，称之为X荧光。由于从X荧光的强度可以推算出激发该荧光的元素含量，所以使用这些特性，探测器检测后经过信号分析处理电路计算出物质含量或镀层厚度。

图中用X射线管照的X光照射样品，样品在X光的照射下产生不同强度的二次X光，即X荧光。用探测器探测X荧光。

图3是使用X射线荧光光谱仪测量镀层装置结构示意图。

1是高压发生器，2是X射线管，3是准直器，4是镜片，5是摄像头，6是图像信号，7是X射线，8是X荧光(样品反射的X射线)，9是探测器，10是多道板，11是计算机，12是被测样品，13是样品台。

X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，包括高压发生器1、X射线管2、准直器3、镜片4、摄像头5、探测器9、多道板10、计算机11、被测样品12、样品台13。

X射线荧光光谱仪测量镀层装置的组成和连接是，高压发生器1连接X射线管2，准直器3连接X射线管2，准直器3设置于X射线管2的X射线出口，在X射线7的通道设置有镜片4，探测器9连接多道板10，多道板10连接计算机11。

X射线荧光光谱仪测量镀层装置的的工作过程：

高压发生器1给X射线管2提供高电压，使X射线管2产生X射线，准直器3用于准直X射线管2产生X射线，X射线经过准直器3准直，准直的X射线7在镜片4折射形成的图像信号6由摄像头5摄取图像信号。经过准直器3准直的X射线7照射到样品12。样品在X光的照射下产生的X荧光8，被探测器9探测，由探测器9将电(能量)信号转换为电脉冲，由放大器MCA放大，放大后的信号传送到多道板10，由多道板10形成通讯信号传送到计算机11处理。计算机11连接高压发生器1，并控制高压发生器1。

X射线荧光光谱仪测量镀层的方法，镀层测试步骤如下：

(1)计算机通过软件给高压发生器提供命令，高压发生器收到命令后打开高压；

(2)高压发生器向X射线管输送高压，在X射线管中，由加热阴极产生的电子，在受到最大为50KV的可调高压的加速后，轰击阳极(通常由钨或钼组成)。电子的动能主要转化为韧致辐射。此外，在阳极(例如钨)上还会产生独特的，高强度的X射线荧光辐射。初级辐射就是这两种辐射的组合。最大能量为50KeV。

(3)采用不同大小和形状(圆形，正方形，槽型)的准直器；可选择X射线射到工件上的形状和尺寸，这样就可以测量小到约50X50μm的测量点。准直器由通透的可进行测量点光学成像的材料组成。X射线通过准直器打到样品表面。

(4)X射线到达样品表面后，样品被激发出X荧光，探测器窗口可接收X荧光；

(5)辐射信号使用辐射探测器来测量，通常采用充满氙气的比例计数器；X射线荧光辐射电离氙原子。释放出的电子朝着处于计数器中央的高压轴线加速。自由电子的数目与X射线荧光辐射的能量成正比。

探测器撞击轴线的电子转换为电脉冲，由放大器MCA放大，脉冲的高度与辐射能量成正比。

(6)放大器的信号传输到计算机中，采用基本参数方法，测试软件可根据相关的理论计算得出镀层厚度和成分，甚至可以允许无标准片测量；

(7)数据和样品的图像可由彩色显示器显示。

以上就是射线荧光光谱仪测量镀层薄膜厚度的全过程。

Claims (7)

1.一种使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，包括高压发生器(1)、X射线管(2)、准直器(3)、镜片(4)、摄像头(5)、探测器(9)、多道板(10)、计算机(11)，其特征在于，高压发生器(1)连接X射线管(2)，X射线管(2)连接准直器(3)，探测器(9)连接多道板(10)，多道板(10)连接计算机(11)。

2.根据权利要求1所述的使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，其特征在于，所述准直器(3)设置于X射线管(2)的X射线出口。

3.根据权利要求1或2所述的使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，其特征在于，所述准直器(3)采用圆形，正方形，槽型形状。

4.根据权利要求1所述的使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，其特征在于，所述镜片(4)设置在X射线(7)的通道中。

5.根据权利要求1或4所述的使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，其特征在于，所述镜片(4)折射形成图像信号(6)，图像信号(6)传输到摄像头(5)，摄像头(5)用于摄取图像信号(6)。

6.根据权利要求1所述的使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置，其特征在于，所述摄像头(5)是CCD摄像机的摄像头。

7.根据权利要求1所述的使用X射线荧光光谱仪测量镀层的装置置，其特征在于，所述计算机(11)连接高压发生器(1)，并控制高压发生器(1)。

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