連續(xù)衍射分光與探測(cè)裝置及順序式x射線熒光光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及X射線熒光光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，特別公開(kāi)一種連續(xù)衍射分光與探測(cè)裝置及順序式X射線熒光光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線熒光光譜分析是利用初級(jí)X射線光子或其他微觀粒子激發(fā)待測(cè)物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光(次級(jí)X射線)而進(jìn)行物質(zhì)成分分析和化學(xué)態(tài)研究的方法。
[0003]X射線熒光光譜儀主要由激發(fā)、色散、探測(cè)、記錄及數(shù)據(jù)處理等單元組成。激發(fā)單元的作用是產(chǎn)生初級(jí)X射線。它由高壓發(fā)生器和X光管組成。色散單元的作用是分出想要波長(zhǎng)的X射線。它由樣品室、狹縫、測(cè)角儀、分析晶體等部分組成。通過(guò)測(cè)角器以1:2速度轉(zhuǎn)動(dòng)分析晶體和探測(cè)器，可在不同的布拉格角位置上測(cè)得不同波長(zhǎng)的X射線而作元素的定性分析。探測(cè)器的作用是將X射線光子光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，常用的有蓋格計(jì)數(shù)管、正比計(jì)數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)管、半導(dǎo)體探測(cè)器等。記錄單元由放大器、脈沖幅度分析器、顯示部分組成。通過(guò)定標(biāo)器的脈沖分析信號(hào)可以直接輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行聯(lián)機(jī)處理而得到被測(cè)元素的含量。
[0004]在X射線光譜分析技術(shù)中，存在波長(zhǎng)色散與能量色散兩種分析方法。當(dāng)采用晶體實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)色散時(shí)，又可分為平面晶體色散法和彎曲晶體色散法，無(wú)論平面晶體還是彎曲晶體色散法，其目的就是實(shí)現(xiàn)X射線的單色化，提供高信噪比、高分辨本領(lǐng)的X射線探測(cè)條件?，F(xiàn)有的平面晶體衍射分光裝置，在結(jié)構(gòu)上必需配置前、后平行板準(zhǔn)直器，且受限于平面晶體的衍射效率，衍射分光效率低。正是由于平面晶體衍射效率低下，需要很大功率的X射線激發(fā)單元，一般在4KW以上，并配以大功率散熱設(shè)備，成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、使用壽命短，易用性差，不利于節(jié)省能源、降低能耗、保護(hù)環(huán)境。但使用平面晶體的衍射分光裝置可使用量角器轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行順序掃描，能夠?qū)Σ煌氐腦射線實(shí)現(xiàn)連續(xù)波長(zhǎng)的衍射分光與探測(cè)，問(wèn)世至今仍被采用。
[0005]現(xiàn)有的彎曲晶體衍射分光裝置由前、后狹縫取代了準(zhǔn)直器，由于取消了前、后準(zhǔn)直器，加之彎曲晶體具有聚焦功能，使其衍射分光效率比平晶衍射分光效率可高出三到十倍，衍射后的X射線能夠被聚焦到一個(gè)點(diǎn)或一條線。但是，一種波長(zhǎng)的X射線需要設(shè)計(jì)一種與該波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的彎曲晶體完成衍射分光。
[0006]目前應(yīng)用的彎曲晶體色散裝置，一般以一個(gè)真空室為核心，在特定的立體角上安裝有限數(shù)量彎曲晶體分光器并在每個(gè)分光器上配置一個(gè)X射線探測(cè)器，即對(duì)于每種波長(zhǎng)的X射線都必需配置一個(gè)專(zhuān)用的分光與探測(cè)通道。也有采用多個(gè)光柵結(jié)構(gòu)的，比如專(zhuān)利CN104121989A公開(kāi)了一種多光柵真空紫外光譜儀，所述多光柵真空紫外光譜儀包括:真空件，真空件內(nèi)具有真空腔，真空腔的壁上設(shè)有入口狹縫；凹面光柵陣列，凹面光柵陣列設(shè)在真空腔內(nèi)，凹面光柵陣列包括多個(gè)沿第一方向排列的凹面光柵，第一方向垂直于真空紫外光的入射面，其中多個(gè)凹面光柵的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同；用于將不同波長(zhǎng)范圍的真空紫外光轉(zhuǎn)化為不同波長(zhǎng)范圍的可見(jiàn)光的熒光板，熒光板、入口狹縫和凹面光柵陣列位于同一個(gè)羅蘭圓上；透鏡成像系統(tǒng)，透鏡成像系統(tǒng)與熒光板相對(duì)；和采集裝置，采集裝置與透鏡成像系統(tǒng)相對(duì)。這些結(jié)構(gòu)的衍射分光與探測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)在于可同時(shí)采樣和分析各專(zhuān)用分光與探測(cè)通道的數(shù)據(jù)，提高分析速度；其缺欠在于結(jié)構(gòu)龐雜只適用有限、分立波長(zhǎng)的分析。
[0007]因此，既能實(shí)現(xiàn)與平面晶體類(lèi)似的可順序式分析的連續(xù)衍射分光與探測(cè)功能，又能采用彎曲晶體衍射分光提高分光效率的衍射分光與探測(cè)裝置，已成為行業(yè)的更高需求。
[0008]專(zhuān)利CN101093200A公開(kāi)了一種X射線的連續(xù)衍射分光與探測(cè)的控制方法及其裝置，其通過(guò)羅蘭圓盤(pán)、晶體部件、X射線探測(cè)器三者符合羅蘭條件和布拉格條件的連續(xù)位移，實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線的連續(xù)衍射分光與探測(cè)；當(dāng)晶體部件與聚焦圓軌道一塊位移時(shí)，采用復(fù)合位移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三者的位移；當(dāng)晶體部件與聚焦圓軌道分開(kāi)位移時(shí)，采用角位移機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)三者的位移。更為具體的，專(zhuān)利CN101581680A公開(kāi)了一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀及其工作方法，其采用四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)羅蘭圓盤(pán)及其上的聚焦園、雙曲晶體、X射線探測(cè)器沿S-Gn-S直線做四自由度聯(lián)動(dòng)。
[0009]但是，上述機(jī)構(gòu)需要羅蘭圓盤(pán)來(lái)引導(dǎo)雙曲晶體、X射線探測(cè)器來(lái)引導(dǎo)其做同時(shí)符合羅蘭圓條件和布拉格條件的軌道運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的自由度較多，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，成本高昂，運(yùn)行過(guò)程容易出錯(cuò)，維修維護(hù)不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種連續(xù)衍射分光與探測(cè)裝置，其采用由兩條軌道和相應(yīng)的支臂組成的等角等距虛擬的羅蘭圓裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，且可實(shí)現(xiàn)彎曲晶體條件下的連續(xù)不間斷衍射分光與探測(cè)。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種順序式X射線熒光光譜儀，其采用等角等距虛擬的羅蘭圓裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)入射狹縫、彎曲晶體和X射線探測(cè)器狹縫在運(yùn)動(dòng)時(shí)始終滿足位于羅蘭圓周上的條件和布拉格衍射條件，以實(shí)現(xiàn)彎曲晶體衍射，并且可連續(xù)衍射分光與探測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷波長(zhǎng)X射線的順序式分析。
[0012]本發(fā)明提供一種連續(xù)衍射分光與探測(cè)裝置，包括:
[0013]第一軌道，用于彎曲晶體在其上順序移動(dòng)，其起點(diǎn)位置為X射線入射狹縫；
[0014]第二軌道，用于X射線探測(cè)器狹縫在其上順序移動(dòng)，其起點(diǎn)位置和彎曲晶體在第一軌道上耦合；
[0015]固定桿，用于固定彎曲晶體，其起點(diǎn)位置設(shè)有彎曲晶體，另一端與第一支臂、第二支臂親合；
[0016]第一支臂，連接于第一軌道的起點(diǎn)位置與固定桿的端點(diǎn)位置；和
[0017]第二支臂，連接于第二軌道的X射線探測(cè)器狹縫位置與固定桿的端點(diǎn)位置；
[0018]第一支臂、第二支臂和固定桿于固定桿的端點(diǎn)位置三者耦合，第一支臂、第二支臂和固定桿的長(zhǎng)度相同，均為彎曲晶體的曲率半徑；
[0019]隨著彎曲晶體在第一軌道上順序移動(dòng)，相對(duì)應(yīng)的，X射線探測(cè)器狹縫在第二軌道上順序移動(dòng)，并且第一支臂與固定桿間的夾角、第二支臂與固定桿間的夾角始終保持相等。
[0020]較佳的，第一軌道上設(shè)有用于帶動(dòng)彎曲晶體順序移動(dòng)的第一滑塊，第一滑塊由第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)；第二軌道上設(shè)有用于帶動(dòng)X射線探測(cè)器狹縫順序移動(dòng)的第二滑塊，第二滑塊由第二電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
[0021]優(yōu)選的，所述電機(jī)為絲桿電機(jī)。當(dāng)然，可以依據(jù)需要選擇直流電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。
[0022]第一電機(jī)和第二電機(jī)保持步調(diào)一致，即可實(shí)現(xiàn)第一支臂、第二支臂及固定桿的長(zhǎng)度均為彎曲晶體的曲率半徑，且第一支臂與固定桿間的夾角、第二支臂與固定桿間的夾角始終保持相等，從而使得入射狹縫、彎曲晶體和X射線探測(cè)器狹縫始終位于同一虛擬的羅蘭圓上。
[0023]較佳的，第一軌道上設(shè)有用于帶動(dòng)彎曲晶體順序移動(dòng)的第一滑塊，第一滑塊由第一電機(jī)驅(qū)動(dòng)；
[0024]第一滑塊上設(shè)有第三支臂，其固定點(diǎn)位于第一滑塊上，第三支臂的另一端可移動(dòng)地連接于固定桿上，第三支臂在第一滑塊上的固定點(diǎn)至彎曲晶體的距離與第三支臂的長(zhǎng)度相等；
[0025]第二軌道上設(shè)有第四支臂，其固定點(diǎn)位于第二軌道起點(diǎn)位置與X射線探測(cè)器狹縫位置之間，第四支臂的另一端可移動(dòng)地連接于固定桿上，第四支臂在第二軌道上的固定點(diǎn)至彎曲晶體的距離與第四支臂的長(zhǎng)度相等；
[0026]第三支臂、第四支臂的長(zhǎng)度相等，且兩者的端點(diǎn)共同耦合于固定桿上。
[0027]優(yōu)選的，第三支臂、第四支臂的端點(diǎn)在固定桿上耦合的位置設(shè)有第三滑塊，用于帶動(dòng)第三支臂、第四支臂的端點(diǎn)在固定桿上順序移動(dòng)。
[0028]優(yōu)選的，所述電機(jī)為絲桿電機(jī)。當(dāng)然，可以依據(jù)需要選擇直流電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。
[0029]采用耦合的第三支臂和第四支臂結(jié)構(gòu)，僅需單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)彎曲晶體，并通過(guò)機(jī)構(gòu)力傳導(dǎo)的作用原理，即可實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動(dòng)X射線探測(cè)