連續(xù)衍射分光與探測裝置及順序式x射線熒光光譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及X射線熒光光譜儀技術(shù)領(lǐng)域，特別公開一種連續(xù)衍射分光與探測裝置及順序式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X射線光子或其他微觀粒子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光(次級X射線)而進行物質(zhì)成分分析和化學態(tài)研宄的方法。
[0003]X射線熒光光譜儀主要由激發(fā)、色散、探測、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的X射線。它由樣品室、狹縫、測角儀、分析晶體等部分組成。通過測角器以1:2速度轉(zhuǎn)動分析晶體和探測器，可在不同的布拉格角位置上測得不同波長的X射線而作元素的定性分析。探測器的作用是將X射線光子光信號轉(zhuǎn)化為電信號，常用的有蓋格計數(shù)管、正比計數(shù)管、閃爍計數(shù)管、半導體探測器等。記錄單元由放大器、脈沖幅度分析器、顯示部分組成。通過定標器的脈沖分析信號可以直接輸入計算機，進行聯(lián)機處理而得到被測元素的含量。
[0004]在X射線光譜分析技術(shù)中，存在波長色散與能量色散兩種分析方法。當采用晶體實現(xiàn)波長色散時，又可分為平面晶體色散法和彎曲晶體色散法，無論平面晶體還是彎曲晶體色散法，其目的就是實現(xiàn)X射線的單色化，提供高信噪比、高分辨本領(lǐng)的X射線探測條件。現(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)動進行順序掃描，能夠?qū)Σ煌氐腦射線實現(xiàn)連續(xù)波長的衍射分光與探測，問世至今仍被采用。
[0005]現(xiàn)有的彎曲晶體衍射分光裝置由前、后狹縫取代了準直器，由于取消了前、后準直器，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點或一條線。但是，一種波長的X射線需要設(shè)計一種與該波長相對應的彎曲晶體完成衍射分光。
[0006]目前應用的彎曲晶體色散裝置，一般以一個真空室為核心，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分光器上配置一個X射線探測器，即對于每種波長的X射線都必需配置一個專用的分光與探測通道。也有采用多個光柵結(jié)構(gòu)的，比如專利CN104121989A公開了一種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，其中多個凹面光柵的偏轉(zhuǎn)角度彼此不同；用于將不同波長范圍的真空紫外光轉(zhuǎn)化為不同波長范圍的可見光的熒光板，熒光板、入口狹縫和凹面光柵陣列位于同一個羅蘭圓上；透鏡成像系統(tǒng)，透鏡成像系統(tǒng)與熒光板相對；和采集裝置，采集裝置與透鏡成像系統(tǒng)相對。這些結(jié)構(gòu)的衍射分光與探測裝置的優(yōu)點在于可同時采樣和分析各專用分光與探測通道的數(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、分立波長的分析。
[0007]因此，既能實現(xiàn)與平面晶體類似的可順序式分析的連續(xù)衍射分光與探測功能，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裝置，已成為行業(yè)的更高需求。
[0008]專利CN101093200A公開了一種X射線的連續(xù)衍射分光與探測的控制方法及其裝置，其通過羅蘭圓盤、晶體部件、X射線探測器三者符合羅蘭條件和布拉格條件的連續(xù)位移，實現(xiàn)對X射線的連續(xù)衍射分光與探測；當晶體部件與聚焦圓軌道一塊位移時，采用復合位移機構(gòu)實現(xiàn)三者的位移；當晶體部件與聚焦圓軌道分開位移時，采用角位移機構(gòu)實現(xiàn)三者的位移。更為具體的，專利CN101581680A公開了一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀及其工作方法，其采用四自由度聯(lián)動機構(gòu)驅(qū)動羅蘭圓盤及其上的聚焦園、雙曲晶體、X射線探測器沿S-Gn-S直線做四自由度聯(lián)動。
[0009]但是，上述機構(gòu)需要羅蘭圓盤來引導雙曲晶體、X射線探測器來引導其做同時符合羅蘭圓條件和布拉格條件的軌道運動，其運動的自由度較多，導致其結(jié)構(gòu)非常復雜，成本高昂，運行過程容易出錯，維修維護不便。
【實用新型內(nèi)容】
[0010]本實用新型的目的在于提供一種連續(xù)衍射分光與探測裝置，其采用由兩條軌道和相應的支臂組成的等角等距虛擬的羅蘭圓裝置，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，且可實現(xiàn)彎曲晶體條件下的連續(xù)不間斷衍射分光與探測。
[0011]本實用新型的另一個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實現(xiàn)入射狹縫、彎曲晶體和X射線探測器狹縫在運動時始終滿足羅蘭圓條件和布拉格衍射條件，以實現(xiàn)彎曲晶體衍射，并且可連續(xù)衍射分光與探測，從而實現(xiàn)連續(xù)不間斷波長的順序式分析。
[0012]本實用新型提供一種連續(xù)衍射分光與探測裝置，包括:
[0013]第一軌道，用于彎曲晶體在其上順序移動，其起點位置為X射線入射狹縫；
[0014]第二軌道，用于X射線探測器狹縫在其上順序移動，其起點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位置與固定桿的端點位置；和
[0017]第二支臂，連接于第二軌道的X射線探測器狹縫位置與固定桿的端點位置；
[0018]第一支臂、第二支臂和固定桿于固定桿的端點位置三者耦合，第一支臂、第二支臂和固定桿的長度相同，均為彎曲晶體的曲率半徑；
[0019]第一軌道上設(shè)有用于帶動彎曲晶體順序移動的第一滑塊，第一滑塊由第一電機驅(qū)動；第二軌道上設(shè)有用于帶動X射線探測器狹縫順序移動的第二滑塊，第二滑塊由第二電機驅(qū)動；
[0020]第一電機和第二電機保持步調(diào)一致，以使得入射狹縫、彎曲晶體和X射線探測器狹縫始終位于同一虛擬的羅蘭圓上；
[0021 ] 隨著彎曲晶體在第一軌道上順序移動，相對應的，X射線探測器狹縫在第二軌道上順序移動，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。
[0022]優(yōu)選的，所述電機為直線電機。直線電機也稱線性電機，線性馬達，直線馬達，推桿馬達；最常用的直線電機類型是平板式和U型槽式和管式。當然，可以依據(jù)需要選擇直流電機、伺服電機、步進電機等。
[0023]第一電機和第二電機保持步調(diào)一致，即可實現(xiàn)第一支臂、第二支臂及固定桿的長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射線探測器狹縫始終位于同一虛擬的羅蘭圓上。
[0024]較佳的，彎曲晶體位置設(shè)有彎曲晶體托架，用于承托彎曲晶體，所述彎曲晶體托架與固定桿一體式設(shè)計或者耦合為一體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
[0025]較佳的，所述第一支臂、第二支臂的長度為Imm-lOOOmm。
[0026]較佳的，彎曲晶體為LiF(200) ,LiF(220) ,Ge(Ill)、PET、TAIP、TAM、ADP、KAP、InSb、E.D.D.T、PE、石膏或黃玉。
[0027]本實用新型還提供一種連續(xù)衍射分光與探測裝置，包括:
[0028]第一軌道，用于彎曲晶體在其上順序移動，其起點位置為X射線入射狹縫；
[0029]第二軌道，用于X射線探測器狹縫在其上順序移動，其起點位置和彎曲晶體在第一軌道上耦合；
[0030]固定桿，用于固定彎曲晶體，其起點位置設(shè)有彎曲晶體，另一端與第一支臂、第二支臂親合；
[0031]第一支臂，連接于第一軌道的起點位置與固定桿的端點位置；和
[0032]第二支臂，連接于第二軌道的X射線探測器狹縫位置與固定桿的端點位置；
[0033]第一支臂、第二支臂和固定桿于固定桿的端點位置三者耦合，第一支臂、第二支臂和固定桿的長度相同，均為彎曲晶體的曲率半徑；
[0034]第一軌道上設(shè)有用于帶動彎曲晶體順序移動的第一滑塊，第一滑塊由第一電機驅(qū)動；
[0035]第一滑塊上設(shè)有第三支臂，其固定點位于第一滑塊上，第三支臂的另一端可移動地連接于固定桿上，第三支臂在第一滑塊上的固定點至彎曲晶體的距離與第三支臂的長度相等；
[0036]第二軌道上設(shè)有第四支臂，其固定點位于第二軌道起點位置與X射線探測器狹縫位置之間，第四支臂的另一端可移動地連接于固定桿上，第四支臂在第二軌道上的固定點至彎曲晶體的距離與第四支臂的長度相等；
[0037]第三支臂、第四支臂的長度相等，且兩者的端點共同耦合于固定桿上；
[0038]第一電機驅(qū)動第一滑塊帶著彎曲晶體在第一軌道上移動，拉動第二滑塊在第二軌道上順序移動，以使得入射狹縫、彎曲晶體