CN203405430U - 便携式微束x射线荧光光谱仪 - Google Patents
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Abstract
一种便携式微束X射线荧光光谱仪，包括主架，所述主架上安装X射线光管和X射线探测器，被检样品位于所述X射线光管的探测光束范围内，所述X射线探测器位于所述被检样品的正上方，所述荧光光谱仪还包括用于选择性地采集被检样品微区生成的X射线荧光的X射线组合折射透镜，所述X射线组合折射透镜与所述X射线探测器的下端相连，所述X射线探测器位于X射线组合折射透镜的像空间，所述被检样品位于所述X射线组合折射透镜的物空间；所述X射线探测器的上端与用于连接信息采集系统的接口相连，所述主架上还安装激光器，所述被检样品位于所述激光器的照射范围内。本实用新型微区分辨率小于10微米的同时、简化结构、减小尺寸、便于携带。
Description
技术领域
本实用新型涉及X射线探测和成像领域，尤其是一种微束X射线荧光光谱仪。
背景技术
X射线荧光光谱仪（XRF，X-Ray Fluorescence）能在常压下对各种形态（固态/液态/粉末等）样品进行简单、快速、高分辨率和无损的元素定量测量分析。近年来众多行业对XRF的微区分析能力、检测灵敏度和现场分析能力提出了更高的要求（比如要求微区分辨率小于10微米），因此轻量、便携、可现场分析的高分辨率、高灵敏度微束X射线荧光光谱仪（micro-XRF）成为当前的研究热点。
目前已有的X射线荧光光谱仪一般不配备X射线聚焦器件，微区分辨率通常为几十甚至上百微米，迄今为止，未见微区分辨率小于10微米的便携式微束X射线荧光光谱仪的相关报道。已有人提出基于X射线毛细管器件的荧光光谱仪（专利号：201010180956.6），因为使用了X射线毛细管器件进行聚焦，微区分辨率提高到几十微米，但是结构复杂、尺寸庞大，无法实现便携，且微区分辨率还不够高；另有人提出一种能量色散X射线荧光光谱仪（专利号：201010004423.2），用X射线发生装置产生的一次X射线去照射二次靶材，提高了检测灵敏度，但是仪器结构和控制装置复杂，微区分辨率不高。
发明内容
为了克服已有X射线荧光光谱仪的结构复杂、尺寸庞大、无法现实便携、微区分辨率不高的不足，本实用新型提供一种微区分辨率小于10微米的同时、简化结构、减小尺寸、便于携带的便携式微束X射线荧光光谱仪。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种便携式微束X射线荧光光谱仪，包括主架，所述主架上安装X射线光管和X射线探测器，被检样品位于所述X射线光管的探测光束范围内，所述X射线探测器位于所述被检样品的正上方，所述荧光光谱仪还包括用于选择性地采集被检样品微区生成的X射线荧光的X射线组合折射透镜，所述X射线组合折射透镜与所述X射线探测器的下端相连，所述X射线探测器位于X射线组合折射透镜的像空间，所述被检样品位于所述X射线组合折射透镜的物空间；
所述X射线探测器的上端与用于连接信息采集系统的接口相连，所述主架上还安装激光器，所述被检样品位于所述激光器的照射范围内。
进一步，所述主架的中部安装所述X射线探测器，所述主架的一侧安装第一悬臂梁，所述第一悬臂梁上安装所述X射线光管，所述主架的另一侧安装第二悬臂梁，所述第二悬臂梁上安装所述激光器。
再进一步，所述荧光光谱仪还包括用于放置所述被检样品的样品台，所述样品台位于所述X射线探测器的正下方。
更进一步，所述主架的后侧与第三悬臂梁的上端固定连接，所述第三悬臂梁的下端与所述样品台可拆卸地连接。
所述样品台安装在三维调节机构上。
所述信息采集系统包括嵌入式数字信号处理模块和信息输出模块，所述接口与所述嵌入式数字信号处理模块连接，所述嵌入式数字信号处理模块与所述信息输出模块连接。
本实用新型的技术构思为：X射线组合折射透镜是一种基于折射效应的新型X射线聚焦器件，其理论聚焦光斑尺寸可达纳米量级，实际测试所得聚焦光斑尺寸通常在几个微米，并具有尺寸小、制作工艺简单、鲁棒性好、可批量加工的优点，同时由于其基于折射效应，因此在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探测装置或仪器结构紧凑、尺寸小、重量轻，适合制作便携式仪器装置。
采用X射线组合折射透镜作为聚焦器件，利用其聚焦光斑小的特点来大幅度提高X射线荧光光谱仪的微区分辨率；利用其是色散器件的特点，依据其物像关系可有选择地采集特定波长的荧关传送入X射线探测器，实现了单一器件兼具聚焦和波长选择的功能。在结构上，采集系统通过一个通用接口与主体部分相连，既可连接嵌入式微处理模块进行现场分析，也可以连接普通PC机进行常规分析。样品台通过主架与主体部分连接成一体或分离，形成便携式台式谱仪或手持式便携式谱仪以适应不同的现场分析场合。
本实用新型的有益效果主要表现在：1、采用X射线组合折射透镜作为X射线荧光光谱仪的聚焦器件，达到更高的微区分辨率；2、X射线组合折射透镜是色散器件，通过它的物像关系，可以选择特定波长的X射线荧光进行分析；3、X射线组合折射透镜基于折射效应工作，在对X射线束聚焦时不需要折转光路，因此所形成的探测装置或仪器结构紧凑、尺寸小、重量轻，适合制作便携式仪器装置，可以实现现场分析。
附图说明
图1是本实用新型一种基于X射线组合折射透镜的便携式微束X射线荧光光谱仪的结构示意图，其中，1为主架，2为X射线光管，3为X射线组合折射透镜，4为样品，5为样品台，6为激光器，7为采集系统，8为X射线探测器，9为接口。
图2是已有技术微束X射线荧光光谱仪的结构示意图，其中，1′为X射线CCD，2′为X射线光管，3′为第一X射线毛细管聚焦器件，4′为样品，5′为样品台，6′为PC机，7′为采集系统，8′为X射线探测器，9′为第二X射线毛细管聚焦器件。
图3-1和图3-2是本实用新型一种基于X射线组合折射透镜的便携式微束X射线荧光光谱仪的主架的俯视图和正视图，其中，1-1为第一悬臂梁，1-2为第二悬臂梁，1-3为第三悬臂梁。
图4-1和图4-2是二维聚焦X射线组合折射透镜的正视图和俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1～图4，一种便携式微束X射线荧光光谱仪，包括主架1，所述主架1上安装X射线光管2和X射线探测器8，被检样品4位于所述X射线光管2的探测光束范围内，所述X射线探测器8位于所述被检样品4的正上方，所述荧光光谱仪还包括用于选择性地采集被检样品微区生成的X射线荧光的X射线组合折射透镜3，所述X射线组合折射透镜3与所述X射线探测器8的下端相连，所述X射线探测器8位于X射线组合折射透镜3的像空间，所述被检样品4位于所述X射线组合折射透镜3的物空间；
所述X射线探测器8的上端与用于连接信息采集系统的接口9相连，所述主架1上还安装激光器6，所述被检样品4位于所述激光器6的照射范围内。
进一步，所述主架1的中部安装所述X射线探测器8，所述主架1的一侧安装第一悬臂梁1-1，所述第一悬臂梁1-1上安装所述X射线光管2，所述主架的1另一侧安装第二悬臂梁1-2，所述第二悬臂梁1-2上安装所述激光器6。
再进一步，所述荧光光谱仪还包括用于放置所述被检样品的样品台5，所述样品台5位于所述X射线探测器8的正下方。
更进一步，所述主架1的后侧与第三悬臂梁1-3的上端固定连接，所述第三悬臂梁的1-3下端与所述样品台5可拆卸地连接。
所述样品台5安装在三维调节机构上。实现样品台的三维调节。
所述信息采集系统包括嵌入式数字信号处理模块和信息输出模块，所述接口与所述嵌入式数字信号处理模块连接，所述嵌入式数字信号处理模块与所述信息输出模块连接。
本实施例的便携式微束X射线荧光光谱仪，包括三个相对独立部分（如图1所示）：核心的主体部分是基于X射线组合折射透镜的X射线荧光探测系统，与主体部分通过接口相连的信息采集系统，可与主体部分分离的样品台。
所述主体部分包括X射线光管2，X射线探测器8、置于X射线探测器8光路前端的X射线组合折射透镜3，校准探测微区的激光系统，通过一根主架1固定为一体。
所述X射线光管，作为X射线荧光光谱仪的探测光源，功能是发射出X射线探测光束，照射被检样品表面。
所述X射线探测器，作为X射线荧光信息检测器，功能是检测X射线探测光与被检样品相互作用所产生的X射线荧光。
所述X射线组合折射透镜，能实现对X射线束的二维聚焦，作为特定X射线荧光采集和传送器，功能是利用其聚焦特性，选择性地采集样品微区生成的特定X射线荧光，并传送入X射线探测器。
所述激光系统，包括激光器6，作为X射线荧光光谱仪的照明系统，功能是对不可见的X射线荧光探测系统进行探测微区校准。
所述主架1，包括主架中心和3根从主架中心伸展出去的悬臂梁，主架中心一端连接X射线探测器，另一端连接X射线组合折射透镜，以保证X射线组合折射透镜采集到的荧光信息直接进入X射线探测器。所述X射线探测器另一端连接信息采集接口。
所述从主架伸展出去的第一悬臂梁连接X射线光管，X射线光管发射出进行荧光分析的X射线探测光束，射向被检样品表面；所述从主架伸展出去的第二悬臂梁，在第二悬臂梁上固定半导体激光器，通过光学系统设计，使其作为可见光源照射被检样品的探测微区；所述从主架伸展出去的第三悬臂梁，作为机械连接装置，实现与样品台的连接或分离。
所述信息采集系统，作为X射线荧光光谱仪的信息分析处理系统，通过信息采集接口与X射线探测器相连，包含嵌入式数字信号处理模块和信息输出模块；所述嵌入式处理模块，在便携式要求不高的场合可以采用PC机替代；所述信息输出模块，可以是屏幕显示或者是打印输出或者屏幕显示和打印输出二者兼有。
所述样品台，作为一个多维度可调的载物台，实现对被检样品的位置调节，以便X射线荧光光谱仪对被检样品的特定微区进行对准检测。所述样品台，可以通过所述主架与X射线荧光光谱仪连接或分离，连接状态，针对需放置于样品台的小型样品进行分析和检测，分离状态，X射线荧光光谱仪变换成手持式仪器，针对大型不可破坏性样品的局部微区进行分析和检测。
与已有技术的X射线荧光光谱仪（如图2所示）相比，本实用新型在发射通道上减掉了1个X射线聚焦器件，且X射线组合折射透镜是微结构器件，其本身尺寸和重量要比X射线毛细管聚焦器件小得多。因为从X射线管发出的X射线束未经聚焦，不再需要X射线CCD监控X射线微束光斑，因此同时减掉了X射线CCD，改用激光校准系统照明荧光激发区域，校准系统激光器采用半导体激光器，固定在主架上并可进行角度调节，几乎不增加X射线荧光光谱仪的尺寸和重量。因此，本实用新型的微束X射线荧光光谱仪能够满足轻量、便携的要求。
Claims (6)
1.一种便携式微束X射线荧光光谱仪，包括主架，所述主架上安装X射线光管和X射线探测器，被检样品位于所述X射线光管的探测光束范围内，所述X射线探测器位于所述被检样品的正上方，其特征在于：所述荧光光谱仪还包括用于选择性地采集被检样品微区生成的X射线荧光的X射线组合折射透镜，所述X射线组合折射透镜与所述X射线探测器的下端相连，所述X射线探测器位于X射线组合折射透镜的像空间，所述被检样品位于所述X射线组合折射透镜的物空间；
所述X射线探测器的上端与用于连接信息采集系统的接口相连，所述主架上还安装激光器，所述被检样品位于所述激光器的照射范围内。
2.如权利要求1所述的便携式微束X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述主架的中部安装所述X射线探测器，所述主架的一侧安装第一悬臂梁，所述第一悬臂梁上安装所述X射线光管，所述主架的另一侧安装第二悬臂梁，所述第二悬臂梁上安装所述激光器。
3.如权利要求1或2所述的便携式微束X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述荧光光谱仪还包括用于放置所述被检样品的样品台，所述样品台位于所述X射线探测器的正下方。
4.如权利要求3所述的便携式微束X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述主架的后侧与第三悬臂梁的上端固定连接，所述第三悬臂梁的下端与所述样品台可拆卸地连接。
5.如权利要求3所述的便携式微束X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述样品台安装在三维调节机构上。
6.如权利要求3所述的便携式微束X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述信息采集系统包括嵌入式数字信号处理模块和信息输出模块，所述接口与所述嵌入式数字信号处理模块连接，所述嵌入式数字信号处理模块与所述信息输出模块连接。
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