CN218601190U - 一种用于同步辐射x射线散射测试的超声悬浮样品台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，包括沿X射线的入射方向在第一光轴上依次设置的实时检测对光装置和超声悬浮装置，超声悬浮装置设置为使样品悬浮在第一光轴上；实时检测对光装置包括在与第一光轴垂直的第二光轴上依次排布的CCD相机、电动变倍镜筒和平面反射镜，平面反射镜位于第一光轴和第二光轴的交点处；平面反射镜上设置有供X射线通过的通孔。本实用新型的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，通过超声悬浮装置使样品在散射测试时能够悬浮，避免其他支撑材料对散射信号造成影响；通过实时检测对光装置使得测试时的光路与X射线同轴，消除视场差，同时可以实时确保X射线照射在样品的预设位置。

Description

一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台

技术领域

本实用新型涉及同步辐射X射线散射测试技术领域，更具体地涉及一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台。

背景技术

同步辐射X射线技术是研究液体(熔体)材料在外场作用下微观结构演变规律的重要手段，例如，液体纳米材料动态自组装行为、胶体液滴蒸发相转变行为和软物质溶体冷却结晶行为等。

由于重力原因，目前液体(熔体)材料在进行同步辐射X射线散射测试时需封装在特定材质的腔体内，这对散射信号的收集以及数据的解析带来了极大的不便，比如：液体(熔体)材料电子云密度差异小，腔体材料对X射线的吸收会进一步削弱液体(熔体)材料的散射信号，甚至会导致液体(熔体)材料散射信号的消失；腔体材料也存在散射信号(散射环、取向、杂散等)，这些散射信号可能会遮蔽液体(熔体)材料的散射信号，加大数据解析的难度；腔体材料与液体(熔体)材料接触，会影响液体(熔体)材料在外力场作用下微观结构演变行为等。

若液体(溶体)材料在进行同步辐射X射线散射测试时能够采用超声悬浮装置实现悬浮，不与其他支撑材料接触，使X射线光路上无其他窗口材料，可以很好地解决上述问题。但是，由于用于同步辐射X射线散射测试的实验站空间小，内部设备多，因此，超声悬浮装置与实验站的其他设备的空间布局是一个亟待解决的技术问题；此外，由于X射线是不可见光，X光束到达实验站的样品点处后如何确保X射线入射悬浮样品的具体部位则是另一个亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，使样品在测试时能够悬浮，同时引导X射线入射在样品的预设位置并实时检测样品的对光状态。

基于上述目的，本实用新型提供一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，包括沿X射线的入射方向在第一光轴上依次设置的实时检测对光装置和超声悬浮装置，所述超声悬浮装置设置为使样品悬浮在第一光轴上。

所述实时检测对光装置包括在与第一光轴垂直的第二光轴上依次排布的CCD相机、电动变倍镜筒和平面反射镜，所述平面反射镜位于所述第一光轴和所述第二光轴的交点处。

所述平面反射镜上设置有供X射线通过的通孔。

进一步地，所述实时检测对光装置还包括第一电动平台和第二电动平台，所述第一电动平台设置在所述第二电动平台上，所述CCD相机和所述电动变倍镜筒设置在所述第一电动平台上，所述第二电动平台设置为调整所述第一电动平台的X轴和Z轴位置，所述第一电动平台设置为调整所述CCD相机和电动变倍镜筒在镜头调焦轴和Y轴的位置。

进一步地，所述第二电动平台包括X轴滑台和Z轴滑台，所述Z轴滑台设置在所述X轴滑台上或所述X轴滑台设置在所述Z轴滑台上，所述X轴滑台设置为可在X轴移动，所述Z轴滑台设置为可在Z轴移动。

进一步地，所述第二电动平台上设置有调节平台，所述平面反射镜设置在所述调节平台上，所述调节平台设置为调节所述平面反射镜与X轴的倾角和绕Z轴的旋转角，以使X射线可完全穿过所述平面反射镜上的通孔。

进一步地，所述调节平台包括倾角台和旋转台，所述倾角台设于在所述支撑架上，所述旋转台设于所述倾角台上，所述平面反射镜位于所述旋转台上，所述倾角台设置为调节所述平面反射镜与X轴的俯仰角，所述旋转台设置为调节所述平面反射镜绕Z轴的旋转角。

进一步地，所述实时检测对光装置还包括外壳，所述CCD相机、所述电动变倍镜筒、所述平面反射镜、所述第一电动平台和所述第二电动平台均设置在所述外壳内，所述外壳上开设有供X射线穿过的通孔。

进一步地，还包括控制装置，所述控制装置与所述CCD相机电连接或通信连接。

进一步地，所述平面反射镜为椭圆形；和/或，所述平面反射镜上镀有膜；和/或，所述平面反射镜与所述第一光轴和所述第二光轴的夹角均为45°。

进一步地，所述超声悬浮装置包括超声发生器、变幅杆、发射端、反射端、反射端支撑平台和C型架，所述超声发生器与所述变幅杆电连接，所述变幅杆和所述发射端固定在所述C型架的顶端，所述反射端支撑平台设置于所述C型架的底端，所述反射端设置在所述反射端支撑平台上，所述反射端支撑平台设置为调节所述反射端的位置，以使所述反射端与所述变幅杆和所述发射端同心设置且位于所述变幅杆和所述发射端的正下方。

进一步地，还包括加热装置和测温装置，所述加热装置设置为对样品进行加热，所述测温装置设置为监测样品的实时温度。

本实用新型的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，通过超声悬浮装置使样品在散射测试时能够悬浮，避免其他支撑材料对散射信号造成影响；通过实时检测对光装置使得测试时的光路与X射线同轴，消除视场差，同时可以实时确保X射线照射在样品的预设位置；通过加热装置对样品进行加热，便于研究样品在热外力作用状态下的微观结构演变规律。

附图说明

图1为根据本实用新型实施例的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施例的调节平台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，包括沿X射线的入射方向在第一光轴I上依次设置的实时检测对光装置100和超声悬浮装置200，超声悬浮装置200用于使样品700悬浮在第一光轴I上，实时检测对光装置100用于使X射线入射在样品700的预设位置并实时检测样品的对光状态。在一些实施例中，第一光轴I为水平光轴(即Y轴)，X射线为光束线站提供的同步辐射X光。

实时检测对光装置100包括在第二光轴II上依次排布的CCD相机101、电动变倍镜筒102和平面反射镜103，电动变倍镜筒102固定在CCD相机101上，以调节放大倍数，实现CCD相机101上图像的放大和缩小，平面反射镜103位于第一光轴I和第二光轴II的交点处，用于将照射在其上的光反射至CCD相机101。具体地，测试过程中，可见光照射在样品700上，然后被样品700反射，反射光则沿第一光轴I到达平面反射镜103后，被其反射至CCD相机101，CCD相机101则利用样品700的反射光进行成像。平面反射镜103上设置有供X射线通过的通孔(例如，在中心凿设直径为2mm的通孔，图中未示出)，其中，第二光轴II为水平面内与第一光轴I垂直的轴(即X轴)。在一些实施例中，实时检测对光装置100可进一步包括第二电动平台105，第二电动平台105上设置有第一电动平台104，CCD相机101和电动变倍镜筒102设置在第一电动平台104上，第一电动平台104设置为调节CCD相机101和电动变倍镜筒102在镜头调焦轴和Y轴的位置，从而调节焦距并使镜头视野对中。在本实施例中，镜头调焦轴可与X轴重合。第二电动平台105设置为可在X轴和Z轴同方向上(即第三轴III，其与水平面垂直)移动，从而调整位于其上的装置(例如第一电动平台104)的X轴和Z轴位置。

第二电动平台105可以为滚珠丝杠结构组成的滑台。具体地，第二电动平台105可包括X轴滑台1051和Z轴滑台1052，X轴滑台1051和Z轴滑台1052均采用滚珠丝杠结构，通过电机驱动滚珠丝杆结构，使X轴滑台1051可实现X轴移动，Z轴滑台1052可实现Z轴移动，Z轴滑台1052安装在X轴滑台1051上，这样X轴滑台1051可带动Z轴滑台1052在X轴移动，而Z轴滑台1052本身可实现Z轴移动，因此，位于Z轴滑台1052上的装置即可同时实现X轴和Z轴移动。在其他实施例中，也可以将X轴滑台1051安装在Z轴滑台1052上，这样，Z轴滑台1052可带动X轴滑台1051在Z轴移动，从而使位于X轴滑台1051上的装置可以同时实现X轴和Z轴移动。同理，第一电动平台104也可以采用类似的结构，只需将滚珠丝杠结构的方向调整为镜头调焦轴和Y轴即可。

在一些实施例中，平面反射镜103为椭圆形，厚度为6mm。在另外一些实施例中，平面反射镜103的法线与第一光轴I和第二光轴II的夹角均为45°，且平面反射镜103的镜面面向CCD相机101，这样既可以使样品700的反射光在CCD相机101中被观察到，又可以使CCD相机101的占用空间最小，从而使散射测试更便利。平面反射镜103表面还可以镀膜，以增加光的反射率。

在测试时，需要先使CCD相机101的视场中心与X射线聚焦在样品700的同一点，从而标定X射线的位置，实现通过CCD相机101的成像图谱引导X射线入射至样品700的预设位置(例如样品的中心)的功能。由于X射线是不可见光，因此，在标定X射线位置时，需要先在放置样品700前，在样品700将要放置的位置放置一闪烁晶体(可通过支架固定)，即，闪烁晶体与样品700需要放置在同一位置，这样，X射线照射到闪烁晶体后会产生可见光斑，然后通过CCD相机101可看见该可见光斑，通过第一电动平台104调节CCD相机101和电动变倍镜筒102的位置，使闪烁晶体上的可见光斑清晰并移动至CCD相机101的视场中心处(即十字光标处)，这样CCD相机101的视场中心即X射线的入射位置；然后只需将闪烁晶体拆除，并将样品700悬浮，通过调节超声悬浮装置200的位置使样品700处于CCD相机101的视场中心，这样即可以使CCD相机101的视场中心与X射线聚焦在样品700的同一点(即预设位置)。

CCD相机101可与控制装置110电连接或通信连接，CCD相机101将样品700的成像传输至控制装置110，并通过控制装置的显示装置实时显示并存储，便于实时观察和记录测试数据。实验站的控制系统还可与第一电动平台104和第二电动平台105电连接或通信连接，从而控制它们的移动，以实时调整样品700的对光状态(即保证X射线照射到样品700的预设位置)。

平面反射镜103可安装在调节平台108上，该调节平台108用于调节平面反射镜103沿X轴的俯仰角和绕Z轴的旋转角，从而使X射线可以完全穿过平面反射镜103上的孔，而不会被平面反射镜103的任意一个位置挡住。调节平台108可通过支撑架109安装在第二电动平台105上，例如，支撑架109固定在第二电动平台105上，调节平台108则固定在支撑架109上，这样，可先通过第二电动平台105自动将平面反射镜103的位置调整到第一光轴I和第二光轴II的交点，实现粗调，然后再通过调节平台108调节平面反射镜103与X轴的俯仰角和绕Z轴的旋转角，实现精调。

如图2所示，调节平台108包括倾角台1081和旋转台1082，倾角台1081通过螺丝与支撑架109相连，实现反射镜绕X轴的俯仰角调节，旋转台1082通过螺丝固定在倾角台上，实现反射镜绕Z轴的旋转角调节，平面反射镜103支撑架通过螺丝固定在旋转台上，从而实现平面反射镜的不同姿态调整，保证平面反射镜镜面中心通孔的任何部位不会阻挡X光。倾角台1081和旋转台1082均为本领域的常用装置，其具体结构和原理此处不再赘述。

继续参照图1，实时检测对光装置100和超声悬浮装置200可设置在实验站的支撑平台600上，该支撑平台600与水平面平行。

实时检测对光装置100还可包括外壳106，CCD相机101、电动变倍镜筒102、平面反射镜103、第一电动平台104和第二电动平台105等均设置在外壳106内，外壳106上还开设有供X射线穿过的通孔1061，这样即可以保护其内的部件，又不影响X射线的通过。在一个具体的实施例中，外壳106固定在底座107上，底座107则固定在支撑平台600上。外壳106具有可拆卸的前后挡板，当需要对光时，将前后挡板拆卸掉，调节好后，再将挡板安装上。

超声悬浮装置200包括超声发生器201、变幅杆202、发射端203、反射端204、反射端支撑平台205和C型架207，变幅杆202和发射端203固定在C型架207的顶端，反射端支撑平台205设置于C型架207的底端，反射端204设置在反射端支撑平台205上，反射端支撑平台205用于调节反射端204的位置，保证反射端204与变幅杆202和发射端203同心设置且位于变幅杆202和发射端203的正下方；超声发生器201与变幅杆202电连接，用于产生超声并将超声传输给变幅杆202，然后由发射端203发出超声，超声在反射端204的端面上反射，从而在反射端204和发射端203两端面之间形成一个声场，声场中有许多驻波点，使得样品700可以悬浮在驻波点处。C型架207可固定在第三电动平台206上，第三电动平台206用于调节C型架207的X轴和Z轴位置，以使样品700可以悬浮在第一光轴I上。超声悬浮装置的结构和原理可参见公告号为CN211062302U的中国实用新型专利，此处不再赘述。

在一些实施例中，该超声悬浮样品台还可包括加热装置300和测温装置400，它们均设置在支撑平台600上，其中，加热装置300用于对样品700进行加热，便于研究样品700在热外力作用状态下(例如液体蒸发、熔体熔融状态)微观结构演变规律；测温装置400用于监测样品700的实时温度。加热装置300和测温装置400可设置于第一光轴I旁边，避免挡住X射线。

在一个具体的实施例中，加热装置300可以采用激光加热，其包括激光器301和调节台302，激光器301设置在调节台302上，激光器301用于发出经过各级聚焦形成的小的激光光束，以对样品700进行加热；调节台302用于调整激光器301的位置，以使激光器301发出的激光光束可以精确地照射在样品700上。加热装置300还可包括防护板303，其可以设置于超声悬浮装置200上，用于保护其余装置不被激光照射，从而避免造成损坏。防护板303可以由铁或不锈钢等耐辐照(激光照射后不会变形不会融化)的材料制成。

在本实施例中，通过加热装置300可实现的温控范围为室温～200℃，温控精度为±1℃。

在一个实施例中，测温装置400包括红外热像仪401和万向节控制架402，红外热像仪401安装在万向节控制架402上，万向节控制架402用于调节红外热像仪401的姿态，以准确测量样品700的温度。

支撑平台600上还可设置有用于同步辐射小角散射的探测器500，其位于第一光轴I上，且位于超声悬浮装置200远离实时检测对光装置100的一侧，以接收来自样品的散射信号。

实验站中，除了放置超声悬浮样品台的地方，其他地方都安装有真空管道，光束线站的X射线通过真空管道照射至超声悬浮样品台，以保证X射线一直处于低真空状态，避免样品信号被空气杂质削弱。本实用新型的实时检测对光装置100的厚度可以低至9mm，超声悬浮装置200也较薄，加热装置300和测温装置400则安装在光路侧面(即第一光轴I)，从而尽量缩短光路上的空气段长度，结构紧凑，样品信号好，很好地解决了空间布局问题。

本实用新型实施例的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，通过超声悬浮装置200使样品700在散射测试时能够悬浮，避免其他支撑材料对散射信号造成影响；通过实时检测对光装置100使得测试时的光路与X射线同轴，消除视场差，同时可以实时确保X射线照射在样品700的预设位置；通过加热装置300对样品700进行加热，便于研究样品700在热外力作用状态下的微观结构演变规律。本实用新型的超声悬浮样品台可作为小角散射线站常规实验液体(熔体)样品台，有利于提高小角散射线站液体(熔体)散射数据质量，促进相关研究领域的研究成果。

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。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 (10)

1.一种用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，包括沿X射线的入射方向在第一光轴上依次设置的实时检测对光装置和超声悬浮装置，所述超声悬浮装置设置为使样品悬浮在第一光轴上；

所述实时检测对光装置包括在与第一光轴垂直的第二光轴上依次排布的CCD相机、电动变倍镜筒和平面反射镜，所述平面反射镜位于所述第一光轴和所述第二光轴的交点处；

所述平面反射镜上设置有供X射线通过的通孔。

2.根据权利要求1所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述实时检测对光装置还包括第一电动平台和第二电动平台，所述第一电动平台设置在所述第二电动平台上，所述CCD相机和所述电动变倍镜筒设置在所述第一电动平台上，所述第二电动平台设置为调整所述第一电动平台的X轴和Z轴位置，所述第一电动平台设置为调整所述CCD相机和电动变倍镜筒在镜头调焦轴和Y轴的位置。

3.根据权利要求2所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述第二电动平台包括X轴滑台和Z轴滑台，所述Z轴滑台设置在所述X轴滑台上或所述X轴滑台设置在所述Z轴滑台上，所述X轴滑台设置为可在X轴移动，所述Z轴滑台设置为可在Z轴移动。

4.根据权利要求2所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述第二电动平台上设置有调节平台，所述平面反射镜设置在所述调节平台上，所述调节平台设置为调节所述平面反射镜与X轴的倾角和绕Z轴的旋转角，以使X射线可完全穿过所述平面反射镜上的通孔。

5.根据权利要求4所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述调节平台包括倾角台和旋转台，所述倾角台通过支撑架安装在所述第二电动平台上，所述旋转台设于所述倾角台上，所述平面反射镜位于所述旋转台上，所述倾角台设置为调节所述平面反射镜与X轴的俯仰角，所述旋转台设置为调节所述平面反射镜绕Z轴的旋转角。

6.根据权利要求2所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述实时检测对光装置还包括外壳，所述CCD相机、所述电动变倍镜筒、所述平面反射镜、所述第一电动平台和所述第二电动平台均设置在所述外壳内，所述外壳上开设有供X射线穿过的通孔。

7.根据权利要求1所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置与所述CCD相机电连接或通信连接。

8.根据权利要求1所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述平面反射镜为椭圆形；和/或，所述平面反射镜上镀有膜；和/或，所述平面反射镜与所述第一光轴和所述第二光轴的夹角均为45°。

9.根据权利要求1所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，所述超声悬浮装置包括超声发生器、变幅杆、发射端、反射端、反射端支撑平台和C型架，所述超声发生器与所述变幅杆电连接，所述变幅杆和所述发射端固定在所述C型架的顶端，所述反射端支撑平台设置于所述C型架的底端，所述反射端设置在所述反射端支撑平台上，所述反射端支撑平台设置为调节所述反射端的位置，以使所述反射端与所述变幅杆和所述发射端同心设置且位于所述变幅杆和所述发射端的正下方。

10.根据权利要求1所述的用于同步辐射X射线散射测试的超声悬浮样品台，其特征在于，还包括加热装置和测温装置，所述加热装置设置为对样品进行加热，所述测温装置设置为监测样品的实时温度。

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