CN204613131U - 一种x射线衍射信息的实时弧形探测器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种X射线衍射信息的实时弧形探测器，包括衍射线输入端口、光纤束、信号输出端口和接收端口，衍射线输入端口的外侧具有附着波长转换涂层的凹圆弧面，凹圆弧面与X射线衍射的聚焦圆相匹配，衍射线输入端口的内侧安装光纤束，光纤束的光纤入射端按预定规律有序排列在凹圆弧面上，光纤束中的每根光纤入射端的端面与波长转换涂层无间距耦合，光纤束的光纤出射端与信号输出端口连接，光纤束中的每根光纤出射端按与入射端相同的规律有序排列，信号输出端口与接收端口配合连接。本实用新型体积小，重量轻，无常规测角仪的转动部件，实现了免维护，降低了成本，由于采用非扫描方式工作，速度快，实现了X射线衍射图谱的实时检测。

Description

一种X射线衍射信息的实时弧形探测器

技术领域

本实用新型涉及一种专用探测器，尤其是一种X射线衍射信息的实时弧形探测器，属于X射线衍射探测技术领域。

背景技术

据申请人了解，X射线衍射分析（X-ray diffraction，简称XRD），是利用晶体的X射线衍射，对组成晶态物质的原子大小和空间分布的结构分析方法。具体来讲是将特定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在晶体内遇到规则排列原子构成的格子结构而发生衍射，从而显示与结晶结构相对应的衍射现象。目前X射线衍射分析的探测器由于测量方式不同而有所区别。现有的对材料X射线衍射信息进行探测主要采用测角仪进行，θ轴位置放置粉晶样品，2θ轴位置放置点探测器，点探测器分闪烁计数器和正比计数器。常规X射线衍射分析时，采用测角仪进行扫描式测量，如图1所示，点探测器在衍射圆上以二倍于样品的角速度进行旋转，当衍射角符合布拉格公式发生衍射，探测器同时采集样品的衍射和背景信号。通常对2θ为50°范围的衍射图谱进行物相分析需要10分钟左右，这种检测方式不仅检测速度慢，不能进行原位分析和实时捕捉物质结构的变化，而且由于X射线的光源是随着时间变化的，在探测器旋转过程中光源的原始强度发生改变，不同衍射位置的强度信息可比性差。少数X射线衍射分析系统采用二维平面探测技术，例如IP板，而能够接收X射线衍射线的高分辨二维探测器（IP板）主要是价格极其昂贵，维护费用高，另外衍射信息不在同一衍射聚焦圆上，其衍射强度需要进行换算，从而影响了这种检测方式的使用。因此IP板大多用于分辨率要求不高医学成像方面，IP是CT成像的核心，可将肉眼看不到的X射线直接转换成为图像的数字化信号。

检索发现，公开号为104316547的中国专利文献公开了一种用于X 射线检查设备的旋转弧形探测器盒，包括圆弧形探测器集成块和使所述弧形探测器旋转和转动的转动机构；所述圆弧形探测器集成块的开口部朝向X光机辐射源，所述圆弧型探测器固定在远离所述开口部一侧的回转轴上，使所述圆弧型探测器集成块沿所述回转轴为中心旋转，所述转动机构设置在远离所述圆弧形探测器集成块开口的一侧。虽然该专利的探测器集成模块呈圆弧形，但是技术方案主要应用于管道、油罐及气罐X射线探伤检测领域，而非物质结构检测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种X射线衍射信息的实时弧形探测器，可以在样品X射线衍射的聚焦圆实时同时接收大角度（2θ）范围衍射线，且单次接收时间为毫秒级，保证了在任何衍射角上,在同一测试时刻,衍射信息不受光源强度随时间的改变的影响。该探测器对物质结构分析尤其是原位分析具有极高的意义。

为了达到以上目的，本实用新型X射线衍射信息的实时弧形探测器，主要包括衍射线输入端口、光纤束、信号输出端口和接收端口，衍射线输入端口的外侧具有附着波长转换涂层的凹圆弧面，凹圆弧面与X射线衍射的聚焦圆相匹配，衍射线输入端口的内侧安装光纤束，光纤束的光纤入射端按预定规律有序排列在凹圆弧面上，光纤束中的每根光纤入射端的端面与波长转换涂层无间距耦合；光纤束的光纤出射端与信号输出端口连接，并且光纤束中的每根光纤出射端按与入射端相同的规律有序排列，信号输出端口与接收端口配合连接。

由于本实用新型的探测器前端设计一凹圆弧面，可将经样品衍射的X射线在特定范围内同时全部接收，无需测角仪和点探测器的扫描式测量，实现了实时捕捉待测量物质结构信息的功能，保证了在任何衍射角上,在同一测试时刻,衍射信息不受光源强度随时间的改变的影响。另凹圆弧面半径可定制，使得X射线衍射信息的测量范围没有限制，可根据需要调整弧形探测器的半径。在凹圆弧面上设计波长转换涂层，转换涂层采用高分辨率的发光材料，当X射线光子激发波长转换涂层时，发光材料受激发可产生特定波长的可见激发光。由于衍射线聚集在衍射圆上，经等半径处转换涂层转换后，产生了在弧形空间分布的可见光，再经光纤系统传导至位置对应的平行光束，便于线性光电耦合器件进行实时测量。

本实用新型的细化设计包括：

上述技术方案中，衍射线输入端口具有沿竖直方向设置的第一光纤接口，光纤束的光纤入射端安装在第一光纤接口内，将光纤束中的每根光纤按预定规律并沿聚焦圆半径延长方向紧密有序排列在凹圆弧面上，使光纤束中的光纤在衍射线输入端口呈扇形排布，然后将每根光纤依次固定在聚焦圆半径方向的延长线上。

上述技术方案中，信号输出端口具有沿竖直方向设置的第二光纤接口，光纤束的光纤出射端安装在第二光纤接口内，并且光纤束中的每根光纤的出射端对应其入射端紧密有序排列在信号输出端口的外侧平面上，使光纤束中的光纤在信号输出端口呈线性排列。

上述技术方案中，第一光纤接口为贯穿衍射线输入端口厚度方向的精密狭缝，第二光纤接口为贯穿信号输出端口厚度方向的精密狭缝。

上述技术方案中，波长转换涂层可将X射线转换为可见光，其发光材料为钨酸铝、锗酸铋、氟化钡、硅酸镥中的至少一种。

上述技术方案中，接收端采用可见光电荷耦合器件（CCD）。

本实用新型的优点是弧形探测器体积小，重量轻，易于安装。由于没有常规测角仪的转动部件，实现了免维护，降低了成本，而且采用非扫描方式工作，测量时间极短，速度快，实现了X射线衍射图谱的实时检测，特别适用于原位分析和在线分析。

附图说明

    下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为常规测角仪（点探测器）的工作示意图。

图2为本实用新型一个实施例的结构示意图。

图3为本实用新型一个实施例的工作示意图。

图4为本实用新型中衍射线输入端口及其内侧光纤排列的结构示意图。

图5为图4中衍射线输入端口的局部放大图。

图6为图4中衍射线输入端口处光纤排列的局部放大图。

图7为信号输出端口及其内光纤排列的结构示意图。

图8为图7中信号输出端口的局部放大图。

图9为图7中信号输出端口处光纤排列的局部放大图。

图10为本实用新型中传导光纤的排列结构示意图。

图中：1.特征X射线光源，2.聚焦圆，3.点探测器，4.粉晶样品，5.衍射线输入端口，6.光纤束，7.信号输出端口，8. 转换涂层，9.接收端口。

具体实施方式

实施例一

本实施例X射线衍射信息的实时弧形探测器，其结构如图2所示，包括波长转换涂层8，衍射线输入端口5，光纤束6，信号输出端口7和接收端口9，其中转换涂层8将经过粉晶样品4衍射的X射线转换为特定波长的可见光；衍射线输入端口5用于导入可见光；光纤束6采用直径25μm左右的传导光纤，可将衍射线输入端口5的可见光传送至信号输出端口7，其结构如图10所示；信号输出端口7用于将光纤束6传导的光纤信号传递至接收端9；接收端9用于高速采集光纤信号并将光纤信号实时转变为数字信号，实现X射线衍射信息位置和强度的同步转化，最终获取X射线的实时衍射图谱。

衍射线输入端口5的外侧具有与X射线衍射聚焦圆2相匹配的凹圆弧面，内侧与柔性传导光纤束6的光纤入射端连接。衍射线输入端口5上具有沿竖直方向设置的第一光纤接口，第一光纤接口为贯穿衍射线输入端口5厚度方向的精密狭缝，传导光纤束6的光纤入射端就安装在第一光纤接口内，并且传导光纤束6的每根光纤入射端按预定规律紧密有序排列在凹圆弧面上，且每根光纤入射端的端面与波长转换涂层8无间距耦合。具体地是将传导光纤束6中的每根光纤入射端按预定规律并沿聚焦圆2半径延长方向紧密有序地依次排列在凹圆弧面上，使传导光纤束6中的光纤在衍射线输入端口5呈扇形排布（见图4、图5和图6）。

传导光纤束6的光纤出射端与信号输出端口7连接，信号输出端口7的外侧平面与接收端口9配合连接。信号输出端口7上具有沿竖直方向设置的第二光纤接口，第二光纤接口为贯穿信号输出端口7厚度方向的精密狭缝，该精密狭缝用来安装固定传导光纤束6的光纤出射端，传导光纤束6的每根光纤出射端对应其入射端的相对位置安装在精密狭缝中，使传导光纤束6中的光纤在信号输出端口7呈线性依次平行排列，并且每根光纤的出射端与接收端口9无间距耦合（见图7、图8和图9）。这样，光纤束6中的每根传导光纤在衍射线输入端口5沿凹圆弧面紧密有序地排列，然后依次固定在聚焦圆半径方向的延长线上，最后在信号输出端口7上将光纤束6中的每根光纤按对应关系重新进行线性排列，即传导光纤束6的每根光纤出射端按与入射端相同的规律紧密有序排列，使得每根光纤的相对位置在信号输出端口7与衍射线输入端口5一一对应，按照入射顺序排列出射，最终被接收端9接收。

另外，凹圆弧面上附着有波长转换涂层8，波长转换涂层8的材质为钨酸铝、锗酸铋、氟化钡、硅酸镥中的至少一种，上述材料的颗粒细小，单个颗粒的直径远小于单根光纤的直径，多个颗粒发出的特定波长可见光可以同时进入单根光纤，保证了特定波长可见光的接收传导效率，并且提高了后期信号处理的信噪比。生产时可将发光材料以薄层形式涂布于衍射线输入端口5的凹圆弧面的外侧，形成转换涂层8。

工作时，如图3所示，特征X射线光源1、粉晶样品4和本实施例的弧形探测器分别置于聚焦圆2的相应位置，特征X射线光源1发出的X射线经粉晶样品4后发生衍射，衍射后的X射线被衍射线输入端口5凹圆弧面上的转换涂层8接收并转换变为特定波长的可见光，特定波长的可见光进入衍射线输入端口5的传导光纤中，然后经传导光纤传递至信号输出端口7，信号输出端口7出射的线性阵列光纤信号被接收端口9接收，导向可见光CCD，最终将光信号实时转变为数字信号，获取X射线的实时衍射图谱。

本实施例X射线衍射信息的实时弧形探测器体积小，重量轻，易于安装。由于没有常规测角仪的转动部件，实现了免维护，降低了成本，而且采用非扫描方式工作，测量速度快（单次测量时间为毫秒级），实现了X射线衍射图谱的实时检测。光纤束6采用直径25μm的传导光纤，加工后在半径为100mm的衍射圆上可实现角度分辨率0.01°，并且对衍射信息读取和转换时间为毫秒级，能够完全满足物相分析及原位分析的要求。

除上述实施例，本实用新型还可有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种X射线衍射信息的实时弧形探测器，其特征在于：包括衍射线输入端口、光纤束、信号输出端口和接收端口，所述衍射线输入端口的外侧具有附着波长转换涂层的凹圆弧面，所述凹圆弧面与X射线衍射的聚焦圆相匹配，所述衍射线输入端口的内侧安装光纤束，所述光纤束的光纤入射端按预定规律有序排列在凹圆弧面上，所述光纤束中的每根光纤入射端的端面与波长转换涂层无间距耦合；所述光纤束的光纤出射端与信号输出端口连接，并且所述光纤束中的每根光纤出射端按与入射端相同的规律有序排列，所述信号输出端口与接收端口配合连接。

2.根据权利要求1所述X射线衍射信息的实时弧形探测器，其特征在于：所述衍射线输入端口具有沿竖直方向设置的第一光纤接口，所述光纤束的光纤入射端安装在第一光纤接口内，将所述光纤束中的每根光纤按预定规律有序排列在凹圆弧面上，并依次固定在聚焦圆半径方向的延长线上。

3.根据权利要求1所述X射线衍射信息的实时弧形探测器，其特征在于：所述信号输出端口具有沿竖直方向设置的第二光纤接口，所述光纤束的光纤出射端安装在第二光纤接口内，并且所述每根光纤的出射端对应其入射端有序排列在信号输出端口的外侧平面上，使所述光纤束中的光纤在信号输出端口呈线性排列。

4.根据权利要求2所述X射线衍射信息的实时弧形探测器，其特征在于：所述第一光纤接口为贯穿衍射线输入端口厚度方向的精密狭缝。

5.根据权利要求3所述X射线衍射信息的实时弧形探测器，其 特征在于：所述第二光纤接口为贯穿信号输出端口厚度方向的精密狭缝。

6.根据权利要求1所述X射线衍射信息的实时弧形探测器，其特征在于：所述接收端采用可见光电荷耦合器件。