CN204649645U - 多功能同步辐射微聚焦样品控制平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，包括：多个运动控制器，其具有沿竖直方向自下而上依次螺接设置的沿光路方向设置的第一Y向移动平台和第一倾角位移台、沿水平方向设置的第一X向移动平台和第二倾角位移台、沿竖直方向设置的Z向移动平台以及沿水平面设置的旋转台，第一倾角位移台和第二倾角位移台的倾斜中心重合，竖直方向、光路方向和水平方向相互垂直；转接块，包括彼此活动连接的第一转接块底板和第三转接块顶板，第一转接块底板与旋转台连接；以及与第三转接块顶板螺接的样品架。本实用新型占用空间小，可根据需要增减运动控制器，灵活控制样品空间以适用多种实验手段的需求，便于增加原位设备以进行原位实验。

Description

多功能同步辐射微聚焦样品控制平台

技术领域

本实用新型涉及一种光学试验辅助装置，更具体地涉及用于同步辐射微聚焦实验站中X射线样品控制的一种多功能同步辐射微聚焦样品控制平台。

背景技术

接近光速的带电粒子在电磁场的作用下沿弯转轨道行进时所发出的电磁辐射叫做同步辐射。同步辐射光具有高亮度、高准直、高脉冲等突出优点，在基础科学、应用科学和工艺学等领域已得到广泛应用。同步辐射实验有X射线吸收谱、X射线荧光分析、X射线衍射和成像等多种实验手段。不同的实验手段对样品控制有不同的要求，比如：X射线吸收谱实验仅需要把样品放置在光路上即可；X射线荧光分析需要将样品表面倾斜45度放置在光路上，如果要得到样品表面的二维信息还需要控制样品在平行于样品表面的水平方向和垂直水平面的竖直方向上大范围移动；X射线透射式衍射方法需要将样品放置到样品平台的旋转中心，从而精确控制样品到探测器的距离；掠入射衍射方法需要使样品表面完全平行于光路；X射线CT成像要求样品可以绕旋转轴大尺度的旋转。

为了实现以上各种同步辐射的实验手段，一般需要建立多个相应的专用实验站。每个实验站主要实现一种实验手段，根据实验手段的不同采用各种专用的样品控制平台。比如，吸收谱实验站只需要一个高度可调节的样品支架；衍射实验站需要配备一部商业化的的六轴衍射仪；成像实验站需要配备高精度的旋转设备。因此，各样品控制平台往往只能根据一种实验手段进行优化，很难满足其他实验手段的需要。

近年来同步辐射技术发展的一个方向是微聚焦实验方法。微聚焦实验方法可以将X射线聚焦到微米甚至纳米尺度上，从而得到更好的空间分辨率。这种方法已应用在生命、环境、材料、地质和考古等诸多学科领域中，取得了丰硕成果。但这种方法仍旧具有局限性，比如，微聚焦实验方法需要建设专用的实验站和购买昂贵的设备来获得聚焦X光，因此，不可能建造很多微聚焦实验站以分别实现各种实验手段，只能寄希望于通过一个实验站同时实现吸收、衍射、成像等多种实验手段。另外，为了获得微小的聚焦X光斑，微聚焦实验站的聚焦设备与样品之间的空间非常狭小，不能直接使用常规实验中的样品控制平台。总之，由于现有技术中微聚焦实验站的样品控制平台使用的是特制的平台，功能单一，仅仅能满足实验站的空间需求，还不能够满足一个实验站同时实现各种实验手段的需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，从而解决现有技术中一个微聚焦实验站不能同时满足多种实验手段的问题。

本实用新型提供的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，该平台包括：多个运动控制器，运动控制器包括沿竖直方向自下而上依次螺接设置的第一Y向移动平台、第一X向移动平台、Z向移动平台、第一倾角位移台、第二倾角位移台以及旋转台，第一Y向移动平台和第一倾角位移台沿光路方向设置，第一X向移动平台和第二倾角位移台沿水平方向设置，Z向移动平台沿竖直方向设置，第一倾角位移台和第二倾角位移台的倾斜中心重合，竖直方向、光路方向和水平方向相互垂直；转接块，转接块包括彼此活动连接的第一转接块底板和第三转接块顶板，第一转接块底板与旋转台连接；以及样品架，样品架与第三转接块顶板螺接。

平台还包括第一模块，第一模块包括沿竖向自下而上依次螺接的第一转接块顶板、第二Y向移动平台、第二X向移动平台和第二转接块底板，第二Y向移动平台沿光路方向设置，第二X向移动平台沿水平方向设置，第一转接块顶板与第一转接块底板活动连接，第二转接块底板与第三转接块顶板活动连接。

平台还包括第二模块，第二模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第二转接块顶板、第三倾角位移台、第四倾角位移台和第三转接块底板，第四倾角位移台沿光路方向设置，第三倾角位移台沿水平方向设置，第二转接块顶板与第二转接块底板活动连接，第三转接块底板与第三转接块顶板活动连接，第三倾角位移台、第四倾角位移台的倾斜中心与第一倾斜位移台、第二倾斜位移台的倾斜中心重合。

第二X向移动平台采用最大行程为±30mm的大行程运动控制器。

第一Y向移动平台和第一X向移动平台是高负重的位移台。

第一倾角位移台、第二倾角位移台、第三倾角位移台和第四倾角位移台的倾斜半径各不相同。

平台还包括第二模块，第二模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第二转接块顶板、第三倾角位移台、第四倾角位移台和第三转接块底板，第四倾角位移台沿光路方向设置，第三倾角位移台沿水平方向设置，第二转接块顶板与第一转接块底板活动连接，第三转接块底板与第三转接块顶板活动连接，第三倾角位移台、第四倾角位移台的倾斜中心与第一倾斜位移台、第二倾斜位移台的倾斜中心重合。

本实用新型的装置占用空间小，可以满足微聚焦实验站的空间要求，同时可以适用多种实验手段的需求。该装置不仅可以使用在同步辐射微聚焦实验站，也可以使用在其他多种实验站。本实用新型还可根据需要增减运动控制器，灵活控制样品空间，方便增加原位设备(比如催化设备、加热设备、低温设备等)以进行原位实验。

附图说明

图1是本实用新型的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的坐标定义示意图；

图2是根据本实用新型的一个实施例的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的立体示意图；

图3是根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的爆炸示意图；

图4是根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第一模块的示意图；

图5是根据图4的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第一模块的爆炸示意图；

图6是根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第二模块的示意图；

图7是根据图6的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第二模块的爆炸示意图；

图8是根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第三模块的示意图；

图9是根据图8的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第三模块的爆炸示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。

图1为本实用新型提供的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的坐标定义示意图。如图1所示，X、Y、Z分别为满足右手螺旋定则直角坐标系的三个坐标轴，其中，为了描述方便，定义X为垂直于光路的水平方向，Y为光路的传播方向，Z为竖直方向；同时，俯仰角度1表示俯仰方向，即运动控制器可在平行于YZ平面的平面内俯仰；倾斜角度2为倾斜方向，即运动控制器可在平行于XZ平面的平面内倾斜；旋转角度3为旋转方向，即运动控制器可在平行于XY平面的平面内旋转。

图2为本实用新型提供的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的立体示意图。图3为图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的爆炸示意图。图4为根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第一模块的示意图。图5为图4的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第一模块的爆炸示意图。结合图4和图5可知，本实用新型的第一模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第一转接块顶板208、第二Y向移动平台209、第二X向移动平台210和第二转接块底板211。图6为根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第二模块的示意图。图7为图6的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第二模块的爆炸示意图。结合图6和图7可知，本实用新型的第二模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第二转接块顶板212、第三倾角位移台213、第四倾角位移台214和第三转接块底板215。图8为根据图2的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第三模块的示意图。图9为图8的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台的第三模块的爆炸示意图。结合图8和图9可知，本实用新型的第三模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第三转接块顶板216和样品架217。

结合图2-图9可知，本实用新型的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台包括多个运动控制器、转接块和样品架217。运动控制器包括沿Z轴自下而上依次设置的第一Y向移动平台201、第一X向移动平台202、Z向移动平台203、第一倾角位移台204、第二倾角位移台205、旋转台206、第二Y向移动平台209、第二X向移动平台210、第三倾角位移台213和第四倾角位移台214，其中，X、Y、Z向移动平台均沿图1中所示的坐标轴方向设置，第一倾角位移台204和第四倾角位移台214均沿Y轴方向设置，第二倾角位移台205和第三倾角位移台213均沿X轴方向设置。转接块包括第一转接块、第二转接块和第三转接块，其中，第一转接块包括沿Z轴方向自下而上叠置的第一转接块底板207和第一转接块顶板208，第二转接块包括沿Z轴方向自下而上叠置的第二转接块底板211和第二转接块顶板212，第三转接块包括Z轴方向自下而上叠置的第三转接块底板216和第三转接块顶板215。第一转接块夹置于旋转台206和第二Y向移动平台209之间，第一转接块底板207与旋转台206螺接，第一转接块顶板208与第二Y向移动平台209螺接。第二转接块夹置于第二X向移动平台210和第三倾角位移台213之间，第二转接块底板211与第二X向移动平台210螺接，第二转接块顶板212与第三倾角位移台螺接。第三转接块夹置于第四倾角位移台214和样品架217之间，第三转接块底板216与第四倾角位移台214螺接，第三转接块顶板215与样品架217螺接。各个转接块的两个部分之间为活动连接(可拆卸连接)，比如，第一转接块底板207与第一转接块顶板208为活动连接，第一转接块顶板208可以固定在第一转接块底板207上或者从第一转接块底板207上取下；第二转接块顶板212可以固定在第二转接块底板211上或者从第二转接块底板211上取下；第三转接块顶板216可以固定在第三转接块底板215上或者从第三转接块底板215上取下。由于本实用新型所采用的运动控制器和转接块均为现有产品，在此不再详述，仅对其位置关系进行详细说明。

样品控制平台最下方的第一Y向移动平台201具有高负载、大行程的特点，可控制样品仅沿Y方向移动。高负载的第一Y向移动平台201的顶端与一个高负载的第一X向移动平台202的底端螺接，高负载的第一X向移动平台202页具有高负载、大行程的特点，可控制样品仅沿X方向移动。高负载的第一X向移动平台202的顶端与一个高负载的Z向移动平台203底端螺接，高负载的Z向移动平台203具有高负载的特点，可控制样品仅沿Z方向移动。高负载的Z向移动平台203的顶端与一个高负载的第一倾角位移台204的底端螺接，高负载的第一倾角位移台204顶端与一个高负载的第二倾角位移台205的底端螺接，第一倾角位移台204和第二倾角位移台205的旋转中心重合，但旋转半径不同。第一倾角位移台204可控制样品在俯仰方向上倾斜，第二倾角位移台205可控制样品在倾斜方向上倾斜。第二倾角位移台205的顶端与一个旋转台206的底端螺接。旋转台206可控制样品在旋转方向上旋转。旋转台206的顶端与第一转接块底板207螺接。第一转接块底板207的顶端活动连接第一转接块顶板208，使得第一转接块顶板208可以固定在第一转接块底板207上或者从第一转接块底板207上取下。第一转接块顶板208的顶端与一个第二Y向移动平台209底端螺接，第二Y向移动平台209具有移动精度高、移动范围大的特点，可以控制样品在水平方向上高精度，大范围的移动。第二Y向移动平台209的顶端与一个第二X向移动平台210的底端连接。第二X向移动平台210可以控制样品在水平方向上高精度的移动。第二X向移动平台210的顶端与第二转接块底板211螺接。第二转接块底板211的顶端活动连接第二转接块顶板212，使得第二转接块顶板212可以固定在第二转接块底板211上或者从第二转接块底板211上取下。第二转接块顶板212与一个第三倾角位移台213连接，第三倾角位移台213的顶端与第四倾角位移台214的底端连接。第三倾角位移台213可以控制样品在倾斜方向上倾斜，第四倾角位移台214连接可以控制样品在俯仰方向上倾斜。第四倾角位移台214顶端与第三转接块底板215螺接。第三转接块顶板216的顶端活动连接第三转接块底板215，使得第三转接块顶板216可以固定在第三转接块底板215上或者从第三转接块底板215上取下。第三转接块顶板216与样品架217连接。样品架217可用于安装样品。

在本实用新型的实施例中，第一倾角位移台204、第二倾角位移台205、第三倾角位移台213、第四倾角位移台214的倾斜中心(即围绕其倾斜的不动点，该点大致在样品位置)重合，从而保证在倾斜运动时，样品不至于发生不可控的移动。

在本实施例中，第一转接块、第二转接块、第三转接块的顶板和底板结构完全相同，可以相互转接。而且由于各个转接块的两个部分之间为活动连接的，实验时可根据需要使用不同的模块，或将不用的模块取下，增大空间以放置大体积的原位设备，比如，本实用新型可根据实验类型的不同选用第一模块、第二模块中的一个，或者可以根据需要直接把样品架217安装在旋转台206之上。

在本实施例中，运动控制器的各运动维度均由电机驱动，各个运动控制器均与计算机(图中未示)进行连接以便于远程控制，通过计算机控制驱动器驱动电机运动，其均为本领域中的常见手段，在此不再详述。

通过本实用新型进行吸收谱实验时，不需使用第一模块、第二模块，将样品架217直接固定于Z向移动平台203上，仅使用第一X向移动平台202、第一Y向移动平台201和Z向移动平台203即可将样品移到聚焦X光斑点处进行实验。

通过本实用新型进行透射衍射实验、成像实验时，不需使用第二模块，第三模块的第三转接块顶板216直接与第一模块的第二转接块底板211活动连接，使用第一倾角位移台204、第二倾角位移台205将旋转台206的旋转轴调至竖直；使用第一X向移动平台202、第一Y向移动平台201将旋转台206的旋转轴调至通过聚焦X光斑点；使用Z向移动平台203、第二Y向移动平台209、第二X向移动平台210将样品调至旋转台206的旋转轴上即可进行实验。此时，样品、聚焦X光的焦点、旋转轴三者重合，所以实验时样品到探测器的距离固定一致，样品在旋转时也始终处于X光焦点上。透射式衍射和CT成像实验需求均能得到满足。

通过本实用新型进行二维荧光实验时，不采用第二模块，第三模块的第三转接块顶板216直接与第一模块的第二转接块底板211活动连接，使样品表面平行于第二Y向移动平台209的移动方向，转动旋转台206使样品表面与入射X光成45度，通过移动第一Y向移动平台201、Z向移动平台204、第二X向移动平台210可将样品置于聚焦X光的焦点上，即可扫描第二Y向移动平台209、Z向移动平台203进行实验，收集样品表面的二维荧光信息。

通过本实用新型进行掠入射实验时，首先，使用第三倾角位移台213、第四倾角位移台214将样品表面调至完全平行于光路的水平面；其次，使用第一X向移动平台202和第一Y向移动平台201将旋转台206的旋转轴调至通过聚焦X光斑点，即旋转轴与聚焦X光焦点重合；然后再移动第二X向移动平台210、第二Y向移动平台209和Z向移动平台，将样品置于聚焦光焦点上；最后根据需要调节第二倾角位移台205和第一倾角位移台204得到合适的倾角，旋转旋转台206即可进行实验。本实用新型中的第二Y向移动平台209优选采用大行程的运动控制器，最大行程可达±30mm，从而增大二维荧光实验的扫描范围。

本实用新型中使用的转接块采用同样的规格，从而可以方便将实验手段中用不到的运动控制器取下来以增加样品空间，进一步方便在样品处放置体积较大的原位实验装置。本申请中所采用的第一Y向移动平台201和第一X向移动平台202是高负重的位移台，二者的区别仅在于安装方式不同；第二X向移动平台210是短行程小尺寸的位移台。第一倾角位移台204、第二倾角位移台205、第三倾角位移台213和第四倾角位移台214除了倾斜半径各不相同外，其它方面均相同。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化，例如可以根据具体实验需要选用不同的模块。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (7)

1.一种多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，该平台包括：

多个运动控制器，所述运动控制器包括沿竖直方向自下而上依次螺接设置的第一Y向移动平台、第一X向移动平台、Z向移动平台、第一倾角位移台、第二倾角位移台以及旋转台，所述第一Y向移动平台和第一倾角位移台沿光路方向设置，所述第一X向移动平台和所述第二倾角位移台沿水平方向设置，所述Z向移动平台沿竖直方向设置，所述第一倾角位移台和所述第二倾角位移台的倾斜中心重合，所述竖直方向、所述光路方向和所述水平方向相互垂直；

转接块，所述转接块包括彼此活动连接的第一转接块底板和第三转接块顶板，所述第一转接块底板与所述旋转台连接；以及

样品架，所述样品架与所述第三转接块顶板螺接。

2.根据权利要求1所述的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，所述平台还包括第一模块，所述第一模块包括沿竖向自下而上依次螺接的第一转接块顶板、第二Y向移动平台、第二X向移动平台和第二转接块底板，所述第二Y向移动平台沿光路方向设置，所述第二X向移动平台沿水平方向设置，所述第一转接块顶板与所述第一转接块底板活动连接，所述第二转接块底板与所述第三转接块顶板活动连接。

3.根据权利要求2所述的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，所述平台还包括第二模块，所述第二模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第二转接块顶板、第三倾角位移台、第四倾角位移台和第三转接块底板，所述第四倾角位移台沿光路方向设置，所述第三倾角位移台沿水平方向设置，所述第二转接块顶板与所述第二转接块底板活动连接，所述第三转接块底板与所述第三转接块顶板活动连接，所述第三倾角位移台、所述第四倾角位移台的倾斜中心与所述第一倾斜位移台、所述第二倾斜位移台的倾斜中心重合。

4.根据权利要求2所述的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，所述第二X向移动平台采用最大行程为±30mm的大行程运动控制器。

5.根据权利要求2所述的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，所述第一Y向移动平台和所述第一X向移动平台是高负重的位移台。

6.根据权利要求3所述的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，所述第一倾角位移台、第二倾角位移台、第三倾角位移台和第四倾角位移台的倾斜半径各不相同。

7.根据权利要求1所述的多功能同步辐射微聚焦样品控制平台，其特征在于，所述平台还包括第二模块，所述第二模块包括沿Z轴自下而上依次螺接的第二转接块顶板、第三倾角位移台、第四倾角位移台和第三转接块底板，所述第四倾角位移台沿光路方向设置，所述第三倾角位移台沿水平方向设置，所述第二转接块顶板与所述第一转接块底板活动连接，所述第三转接块底板与所述第三转接块顶板活动连接，所述第三倾角位移台、所述第四倾角位移台的倾斜中心与所述第一倾斜位移台、所述第二倾斜位移台的倾斜中心重合。