專利名稱：一種雙曲晶體x熒光光譜分析儀及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光機(jī)電一體化分析技術(shù)中的X射線熒光光譜分析儀器及其工 作方法，特別是采用全聚焦功能的雙曲晶體實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線的連續(xù)衍射分光與 探測的x熒光光譜分析儀，即一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀及其工作方法。(二)
背景技術(shù)：
在x射線波長色散光譜分析技術(shù)中，當(dāng)采用單晶體實(shí)現(xiàn)波長色散時(shí)，存在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(shí)現(xiàn)x射線的單色性，提供高信噪比、高衍射分光效率、高分辨本領(lǐng)的x射線探測條件?，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、后準(zhǔn)直器，至使衍射分光效率太低，但它能夠?qū)射線實(shí)現(xiàn)連續(xù)衍射分光與探測，問世至今 仍被采用。為了克服其不足，此類光譜分析儀均以增加x射線激發(fā)源的功率 為手段達(dá)到提高衍射分光效率的目的，目前可見到的x射線激發(fā)源的功率接近100KW?，F(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 分光效率可高出二到三個(gè)數(shù)量級(jí)，衍射像可以聚焦到一點(diǎn)或一條線；但是， 一種波長的X射線需要設(shè)計(jì)一種與該波長相對(duì)應(yīng)的彎曲晶體完成衍射分光。 目前采用的彎曲晶體色散裝置均以一個(gè)真空室為核心，在特定的立體角上安 裝有限數(shù)量彎曲晶體分光計(jì)并在每個(gè)分光計(jì)上配置一個(gè)X射線探測器；即 每種波長都必需配置一個(gè)專用的分光與探測通道。這種結(jié)構(gòu)的衍射分光與探 測裝置的優(yōu)點(diǎn)在于各探測通道可同時(shí)采集數(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。彎曲晶體色散裝置分析X射線波 長的局限性，推動(dòng)人們尋求改造與創(chuàng)新。(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于發(fā)明一種雙曲晶體x熒光光譜分析儀及其工作方法，它完全改變了現(xiàn)有彎曲晶體色散結(jié)構(gòu)與探測方法，采用四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并以該機(jī)構(gòu)為技術(shù)核心，把有限、分立波長的彎曲晶體x熒光光譜分析儀提升為連續(xù)衍射分光與探測的X熒光光譜分析儀，從而擴(kuò)大彎曲晶體X熒光光譜分析儀的分析范圍。本發(fā)明的技術(shù)方案 一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于它包 括分光測量室、抽真空部件、樣品室、送樣器、X射線激發(fā)源、供電電源、 信息采集與處理器、儀器系統(tǒng)控制器及上位分析計(jì)算機(jī)；所說的分光測量室 依真空管路接口與抽真空部件對(duì)接，依X射線入射法蘭接口與樣品室對(duì)接， 依電源與信息交換接口連通供電電源，依電纜通訊線分別連通信息采集與處 理器和儀器系統(tǒng)控制器；所說的樣品室分別連接送樣器和X射線激發(fā)源；所 說的信息采集與處理器依信息與控制線連通儀器系統(tǒng)控制器；所說的儀器系 統(tǒng)控制器依標(biāo)準(zhǔn)接口連通上位分析計(jì)算機(jī)。上述所說的分光測量室內(nèi)部安裝有連續(xù)衍射分光與探測裝置，所說的連 續(xù)衍射分光與探測裝置為四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由支撐托盤、羅蘭圓盤、固 定行走槽、晶體部件、齒條I、 X射線探測器、齒條II、探測器拉臂、共有 齒輪及羅蘭圓盤電機(jī)構(gòu)成；其中，支撐托盤上依固定行走槽支柱安裝有固定 行走槽；所說的羅蘭圓盤上裝有確保支撐托盤與羅蘭圓盤的平行配置的平行 滑行塊，羅蘭圓盤上間斷的開有聚焦圓軌道，聚焦圓軌道上裝有單列圓錐滾 子軸承，在軸承的兩側(cè)備有安裝晶體部件的晶體部件安裝孔；所說的X射線 探測器安裝在探測器拉臂上，X射線探測器窗口前配有探測器狹縫；所說的 探測器拉臂內(nèi)裝有齒條I，齒條I一端與共用齒輪嚙合配裝，探測器拉臂的 探測器端裝有可在聚焦圓軌道內(nèi)滑移的拉臂移動(dòng)軸；所說的固定行走槽內(nèi)裝 有與探測器拉臂內(nèi)相同的齒條II，齒條II一端與共用齒輪嚙合裝配，另一端 配有入射線狹縫并裝有羅蘭圓盤導(dǎo)向軸，導(dǎo)向軸與入射線狹縫同軸并與聚焦 圓軌道呈滑動(dòng)裝配；所說的晶體部件依晶體部件安裝孔固定在聚焦圓軌道 上，晶體部件與聚焦圓軌道之間疊裝固定行走槽和探測器拉臂；所說的共用 齒輪為一實(shí)現(xiàn)羅蘭圓盤、晶體部件、X射線探測器位移的推動(dòng)輪，它與羅蘭 圓盤電機(jī)軸呈同軸鎖緊裝配，并同時(shí)嚙合固定行走槽內(nèi)和探測器拉臂內(nèi)的兩 條完全相同的齒條；所說的羅蘭圓盤電機(jī)與其軸上的共用齒輪為四自由度聯(lián) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，電機(jī)軸通過單列圓錐滾子軸承與羅蘭圓盤配接。上述所說的晶體部件是表面曲率為1/R，晶面曲率為1/2R的雙曲晶體，R 半徑的取值范圍10cm《R《50cm ;晶體部件(5)的晶體架上可裝1至4塊曲率 相同、晶面間距不同的雙曲晶體，通過轉(zhuǎn)動(dòng)更換晶體；晶體部件5中的晶體 選用LiF (200) 、 LiF (220) 、 Ge (111) 、 PET (002) 、 TAIP (001) 、 TAM (020) 、 ADP (101) 或KAP(OOl)。上述所說的X射線探測器包括X射線探測器件、電荷靈敏及線性成形放大 器、多道脈沖幅度分析器、探測器件高壓及氣體密度穩(wěn)定器；其中X射線探計(jì)數(shù)管、NaI(TL)閃爍計(jì)數(shù)器、Csr閃;^計(jì)數(shù)器。 上述所說的羅蘭圓盤上的聚焦圓軌道的半徑R取值范圍為10cm《R《 50cm。上述所說的X射線激發(fā)源為功率小于1KW且循環(huán)冷卻的X射線激發(fā)源。 上述所說的信息采集與處理器內(nèi)有中央處理控制器，它由C8051F系列單 片機(jī)支持，外部晶振頻率高達(dá)100MHz;所說的C8051F系列單片機(jī)包括 C8051F120、 C8051F122、 C8051F124、 C8051F126、 C8051F060、 C8051F060、 C8051F062和C8051F063。一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(1) X射線激發(fā)源產(chǎn)生一定波長范圍的X射線，該原級(jí)X射線以一定角 度照射在由送樣器送入樣品室內(nèi)的樣品上；(2) 樣品內(nèi)的待分析元素在原級(jí)X射線作用下激發(fā)出各元素的特征X 射線，特征X射線進(jìn)入分光測量室內(nèi)，經(jīng)分光測量室內(nèi)的晶體部件衍射分光 后被X射線探測器接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖信息；(3) 電脈沖信息由脈沖幅度信息采集與處理器記錄，記錄的數(shù)據(jù)由儀 器系統(tǒng)控制器傳送到上位分析計(jì)算機(jī);(4) 上位分析計(jì)算機(jī)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算并給出所需的測試結(jié)果。 上述所說的步驟(2)中分光測量室內(nèi)部的工作方法為共用齒輪隨羅蘭圓盤電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，共用齒輪與羅蘭圓盤電機(jī)沿固定行走槽內(nèi)齒條n直線移 動(dòng)，并拖動(dòng)羅蘭圓盤沿齒條n移動(dòng)，由于固定行走槽上的羅蘭圓盤導(dǎo)向軸的制約，羅蘭圓盤只能繞電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)式前移，實(shí)現(xiàn)一種四自由度聯(lián)動(dòng)；與此同 時(shí)，共用齒輪嚙合探測器拉臂內(nèi)齒條I拉動(dòng)探測器拉臂上的X射線探測器沿 聚焦圓軌道位移。本發(fā)明的工作原理:本發(fā)明的技術(shù)方案建立在下述物理基礎(chǔ)和構(gòu)思上， 彎曲晶體對(duì)X射線的聚焦式衍射分光必需同時(shí)滿足羅蘭條件和布拉格條件； 羅蘭條件要求彎曲晶體應(yīng)該是半徑為2R的柱面反射器，依據(jù)光學(xué)的反射定 律，源狹縫、晶體衍射中心、衍射線的實(shí)像焦點(diǎn)應(yīng)處在同一個(gè)半徑為R的羅 蘭圓上(亦稱聚焦圓)，羅蘭圓就是源狹縫、晶體衍射中心、以及衍射線實(shí)像 焦點(diǎn)的軌跡，并且滿足晶源弦長與晶焦弦長相等(晶體衍射中心點(diǎn)到源狹縫 點(diǎn)的弦長與晶體衍射中心點(diǎn)到實(shí)像聚焦點(diǎn)的弦長相等)；布拉格條件要求X 射線反射還應(yīng)服從布拉格公式n入F 2d Sin6i(入i為X射線波長，6i為衍 射角，d為晶體晶面間距，n為衍射級(jí)數(shù)，只考慮n=l )。滿足布拉格條件的晶體表面應(yīng)和聚焦圓處處重合。為此，需要把晶面曲率為1 / 2R的柱面 反射器的凹面再加工成具有曲率為1 / R的表面；即具有表面曲率為1 / R， 晶面曲率為1 / 2R的彎曲晶體符合羅蘭條件和布拉格條件，且具有強(qiáng)聚焦 功能，衍射像可以聚焦到一點(diǎn)或一條線。本發(fā)明即以全聚焦功能的雙曲晶體 實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線的衍射分光。一種以四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)為核心，可連續(xù)衍射分光與探測的雙曲晶體X 熒光光譜儀的可實(shí)現(xiàn)性如圖3所示，其中SGA是半徑為R = OA的聚焦圓， 這些不同位置的聚焦圓滿足不同波長X射線的衍射分光與探測；S是所有聚 焦圓的共有源狹縫點(diǎn)；S - Gn - ^是過源狹縫點(diǎn)連接晶體衍射中心Gn的一條直 線，即是晶體衍射中心G位移的軌跡，以Gi點(diǎn)為中心的衍射晶體表面與聚焦 圓處處重合；0「 (X表示聚焦圓位移過程的圓心移動(dòng)軌跡，SC^為源心徑；" -Dn是聚焦圓上的實(shí)像焦點(diǎn)，該點(diǎn)安裝X射線探測器，對(duì)于每個(gè)聚焦圓存在 GA二SGi服從晶源弦長與晶焦弦長相等；ZSGiEi為晶源弦SGi的弦切角，該 角即是入射線的衍射角，其值是晶源弦SGi對(duì)應(yīng)的圓心角ZSOiGi的二分之一。上述羅蘭圓的位移及其上的雙曲晶體、X射線探測器的跟隨位移始終服 從下述叁個(gè)條件第一，聚焦圓位移過程，共有源狹縫點(diǎn)S保持固定不變； 第二，晶體衍射中心點(diǎn)位移過程的軌跡不變，總是處在源狹縫點(diǎn)與晶體衍射 中心點(diǎn)的一條(S-Gn-G)直線上；第三，X射線探測器在聚焦圓上位移時(shí)， 保持晶焦弦長等于晶源弦長?；诒景l(fā)明技術(shù)方案的物理基礎(chǔ)和構(gòu)思，本發(fā)明在一個(gè)可位移的刻有聚 焦圓軌道的羅蘭圓盤上，實(shí)現(xiàn)雙曲晶體部件和X射線探測器能同時(shí)滿足羅蘭 條件和布拉格條件的四自由度聯(lián)動(dòng)；通過羅蘭圓盤、雙曲晶體部件、X射線 探測器的位移過程完成對(duì)X射線的連續(xù)衍射分光與探測；羅蘭條件要求雙曲 晶體應(yīng)該是半徑2R的柱面反射器，源狹縫、晶體衍射中心、衍射線的實(shí)像 焦點(diǎn)應(yīng)處在同一個(gè)半徑為R的聚焦圓上，其R取值為10cm《R《50cm，聚焦 圓就是源狹縫、以及衍射線的實(shí)像焦點(diǎn)的軌跡;雙曲晶體部件和X射線探測 器在位移中時(shí)時(shí)滿足晶源弦長與晶焦弦長相等;滿足布拉格條件的晶體表面 應(yīng)和聚焦圓處處重合。具體地說，羅蘭圓盤、雙曲晶體部件、X射線探測器 三者的位移始終滿足下述三個(gè)條件:第一，羅蘭圓盤位移過程，共有源狹縫 點(diǎn)保持固定不變，第二，雙曲晶體部件位移過程，其晶體衍射中心點(diǎn)的位 移軌跡不變，總是處在源狹縫S點(diǎn)與晶體衍射中心點(diǎn)的一條直線上，第三， X射線探測器在聚焦圓上位移過程，保持晶焦弦長等于晶源弦長。上述四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)羅蘭圓盤及其上的聚焦圓、雙曲晶體、X射線探測器沿S - Gn - G直線作四自由度聯(lián)動(dòng)既以雙曲晶體衍射中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 又沿S-G「G直線移動(dòng)，同時(shí)拉動(dòng)探測器在聚焦圓上移動(dòng)。本發(fā)明的優(yōu)越性在于(1)本發(fā)明提供一種雙曲晶體連續(xù)衍射分光與 探測的控制方法，創(chuàng)新一種四自由度聯(lián)動(dòng)式連續(xù)衍射分光與探測機(jī)構(gòu)，徹底 更新目前采用的單一波長固定通道分光與探測機(jī)構(gòu)；(2)采用四自由度聯(lián)動(dòng) 機(jī)構(gòu)的雙曲晶體X熒光光譜分析儀僅用一塊雙曲晶體一個(gè)X射線探測器即能 完成X射線的連續(xù)衍射分光與探測，是一種多元素分析的彎曲晶體光譜儀， 其連續(xù)分析波長范圍由布拉格公式?jīng)Q定；(3)采用雙曲晶體完成X射線衍射 分光，它具有全聚焦功能，衍射像可聚焦到一點(diǎn)或一條線，含有雙曲晶體的 衍射分光機(jī)構(gòu)，比平面晶體衍射分光機(jī)構(gòu)具有更高的衍射強(qiáng)度和分辨本領(lǐng)， 其衍射分光效率能提高二至三數(shù)量級(jí)，波長分辨率好到千分位量級(jí)；(4) 四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)僅由一個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)即能實(shí)現(xiàn)聚焦圓、雙曲晶體、X射線探 測器三者之間符合羅蘭條件和布拉格條件的位移，最大限度的簡化衍射分光 與探測機(jī)構(gòu)，降低成本、易于推廣應(yīng)用；(5)本發(fā)明提供的連續(xù)衍射分光 與探測機(jī)構(gòu)可推廣到同步輻射光和一定波長范圍的軔致輻射連續(xù)譜線的分 析；(6)本發(fā)明中采用特制的入射線狹縫限制入射X射線取樣寬度:采用特 制的探測器狹縫降低雜散輻射進(jìn)入X射線探測器，保證高信噪比、高分辨率 的探測條件；(7)本發(fā)明中抽真空部件保證分光測量室內(nèi)處于低真空狀態(tài)， 減少低能X射線被空氣吸收，自動(dòng)送樣裝置完成樣品的更換與定位，流氣裝 置確保X射線探測器的工作氣體穩(wěn)定。

圖i為本發(fā)明所涉一種雙曲晶體x熒光光譜分析儀的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所涉一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀中連續(xù)衍射分光與探 測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(其中，圖2—1為其主視圖，圖2—2為其后視圖)。圖3為本發(fā)明所涉一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀的物理基礎(chǔ)和連續(xù)衍 射分光與探測的原理示意圖。其中，l為真空測量室，2為支撐托盤，3為羅蘭圓盤，4為固定行走槽， 5為晶體部件，6為為齒條I， 7為X射線探測器，8為探領(lǐng)ij器拉臂，9為羅蘭圓 盤電機(jī)，IO為共有齒輪，ll為平行滑塊，12為固定行走槽支柱，13為聚焦圓 軌道，14為單列圓錐滾子軸承，15為探測器狹縫，16為齒條I1， 17為羅蘭圓 盤導(dǎo)向軸，18為晶體部件安裝孔，19為入射線狹縫，20為拉臂移動(dòng)軸，21為 羅蘭圓盤電機(jī)軸，23為X射線入射法蘭接口， 24為室內(nèi)外電源與信息交換接 口， 25為真空管路接口， 26為真空部件，27為樣品室，28為送樣器，29為X射線激發(fā)源，30為供電電源，31為信息采集與處理器，32為儀器豕統(tǒng)控制器， 33為上位計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例 一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀(見圖1)，其特征在于它包括
分光測量室l、抽真空部件26、樣品室27、送樣器28、 X射線激發(fā)源29、 供電電源30、信息采集與處理器31、儀器系統(tǒng)控制器32及上位分析計(jì)算機(jī) 33;所說的分光測量室1依真空管路接口 25與抽真空部件26對(duì)接，依X射 線入射法蘭接口 23與樣品室27對(duì)接，依電源與信息交換接口 25連通供電 電源30，依電纜通訊線分別連通信息采集與處理器31和儀器系統(tǒng)控制器32; 所說的樣品室27分別連接送樣器28和X射線激發(fā)源29;所說的信息采集與 處理器31依信息與控制線連通儀器系統(tǒng)控制器32;所說的儀器系統(tǒng)控制器 32依標(biāo)準(zhǔn)接口連通上位分析計(jì)算機(jī)33。
上述所說的分光測量室1內(nèi)部安裝有連續(xù)衍射分光與探測裝置(見圖2)， 所說的連續(xù)衍射分光與探測裝置為四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由支撐托盤2、羅 蘭圓盤3、固定行走槽4、晶體部件5、齒條16、 X射線探測器7、齒條IU6、 探測器拉臂8、共有齒輪10及羅蘭圓盤電機(jī)9構(gòu)成；其中，支撐托盤2上依 固定行走槽支柱12安裝有固定行走槽4;所說的羅蘭圓盤3上裝有確保支撐 托盤2與羅蘭圓盤3的平行配置的平行滑行塊11，羅蘭圓盤3上間斷的開有 聚焦圓軌道13，聚焦圓軌道13上裝有單列圓錐滾子軸承14，在軸承14的 兩側(cè)備有安裝晶體部件的晶體部件安裝孔18;所說的X射線探測器7安裝在 探測器拉臂8上，X射線探測器7窗口前配有探測器狹縫15;所說的探測器 拉臂8內(nèi)裝有齒條16，齒條I 6 —端與共用齒輪10嚙合配裝，探測器拉臂 的探測器端裝有可在聚焦圓軌道13內(nèi)滑移的拉臂移動(dòng)軸20;所說的固定行 走槽4內(nèi)裝有與探測器拉臂8內(nèi)相同的齒條IU6，齒條IU6 —端與共用齒輪 IO嚙合裝配，另一端配有入射線狹縫19并裝有羅蘭圓盤導(dǎo)向軸17，導(dǎo)向軸 17與入射線狹縫19同軸并與聚焦圓軌道13呈滑動(dòng)裝配；所說的晶體部件5 依晶體部件安裝孔18固定在聚焦圓軌道13上，晶體部件5與聚焦圓軌道13 之間疊裝固定行走槽4和探測器拉臂8;所說的共用齒輪10為一實(shí)現(xiàn)羅蘭圓 盤3、晶體部件5、 X射線探測器7位移的推動(dòng)輪，它與羅蘭圓盤電機(jī)軸21 呈同軸鎖緊裝配，并同時(shí)嚙合固定行走槽4內(nèi)和探測器拉臂8內(nèi)的兩條完全 相同的齒條；所說的羅蘭圓盤電機(jī)9與其軸上的共用齒輪10為四自由度聯(lián) 動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，電機(jī)軸通過單列圓錐滾子軸承14與羅蘭圓盤3配接。
上述所說的晶體部件5 (見圖2)是表面曲率為1/R，晶面曲率為1/2R的
9雙曲晶體，R半徑的取值范圍10cm《R《50cm ;晶體^3件6)的晶體架上可 裝1至4塊曲率相同、晶面間距不同的雙曲晶體，通過轉(zhuǎn)動(dòng)更換晶體；晶體部 件5中的晶體選用LiF(200) 、 LiF(220)、 Ge(lll)、 PET(002)、 TAIP(OOl)、 TAM(020)、 ADP(101)或KAP(001)。
上述所說的X射線探測器7 (見圖2)包括X射線探測器件、電荷靈敏及線 性成形放大器、多道脈沖幅度分析器、探測器件高壓及氣體密度穩(wěn)定器；其 中X射線探測器件可選用流氣或充氣正比計(jì)數(shù)管、NaI(TL)閃爍計(jì)數(shù)器、Csl 閃爍計(jì)數(shù)器。
上述所說的羅蘭圓盤3 (見圖2)上的聚焦圓軌道13的半徑R取值范圍為 10cm《R《50cm。
上述所說的X射線激發(fā)源29 (見圖l)為功率小于1KW且循環(huán)冷卻的X射線 激發(fā)源。
上述所說的信息采集與處理器31 (見圖l)內(nèi)有中央處理控制器，它由 C8051F系列單片機(jī)支持，外部晶振頻率高達(dá)100MHz;所說的C8051F系列單片 機(jī)包括C8051F120 、 C8051F122、 C8051F124 、 C8051F126 、 C8051F060 、 C8051F060、 C8051F062和C8051F063。
一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀的工作方法，其特征在于它包括以下步驟..
(1) X射線激發(fā)源29產(chǎn)生一定波長范圍的X射線，該原級(jí)X射線以一 定角度照射在由送樣器送入樣品室27內(nèi)的樣品上；
(2) 樣品內(nèi)的待分析元素在原級(jí)X射線作用下激發(fā)出各元素的特征X 射線，特征X射線進(jìn)入分光測量室1內(nèi)，經(jīng)分光測量室l內(nèi)的晶體部件5衍 射分光后被X射線探測器7接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖信息；
(3) 電脈沖信息由脈沖幅度信息采集與處理器31記錄，記錄的數(shù)據(jù)由 儀器系統(tǒng)控制器32傳送到上位分析計(jì)算機(jī)33;
(4) 上位分析計(jì)算機(jī)33完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算并給出所需的測試結(jié)果。
上述所說的步驟(2)中分光測量室1內(nèi)部的工作方法為共用齒輪10 隨羅蘭圓盤電機(jī)9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，共用齒輪10與羅蘭圓盤電機(jī)9沿固定行走槽4 內(nèi)齒條II16直線移動(dòng)，并拖動(dòng)羅蘭圓盤3沿齒條I116移動(dòng)，由于固定行走 槽4上的羅蘭圓盤導(dǎo)向軸17的制約，羅蘭圓盤3只能繞電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)式前移， 實(shí)現(xiàn)一種四自由度聯(lián)動(dòng)；與此同時(shí)，共用齒輪10嚙合探測器拉臂8內(nèi)齒條 I 6拉動(dòng)探測器拉臂8上的X射線探測器7沿聚焦圓軌道13位移。
權(quán)利要求
1、一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于它包括分光測量室、抽真空部件、樣品室、送樣器、X射線激發(fā)源、供電電源、信息采集與處理器、儀器系統(tǒng)控制器及上位分析計(jì)算機(jī)；所說的分光測量室依真空管路接口與抽真空部件對(duì)接，依X射線入射法蘭接口與樣品室對(duì)接，依電源與信息交換接口連通供電電源，依電纜通訊線分別連通信息采集與處理器和儀器系統(tǒng)控制器；所說的樣品室分別連接送樣器和X射線激發(fā)源；所說的信息采集與處理器依信息與控制線連通儀器系統(tǒng)控制器；所說的儀器系統(tǒng)控制器依標(biāo)準(zhǔn)接口連通上位分析計(jì)算機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于 所說的分光測量室內(nèi)部安裝有連續(xù)衍射分光與探測裝置，所說的連續(xù)衍射分 光與探測裝置為四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由支撐托盤、羅蘭圓盤、固定行走槽、 晶體部件、齒條I、 X射線探測器、齒條II、探測器拉臂、共有齒輪及羅蘭圓 盤電機(jī)構(gòu)成；其中，支撐托盤上依固定行走槽支柱安裝有固定行走槽；所說 的羅蘭圓盤上裝有確保支撐托盤與羅蘭圓盤的平行配置的平行滑行塊，羅蘭 圓盤上間斷的開有聚焦圓軌道，聚焦圓軌道上裝有單列圓錐滾子軸承，在軸 承的兩側(cè)備有安裝晶體部件的晶體部件安裝孔；所說的X射線探測器安裝在 探測器拉臂上，X射線探測器窗口前配有探測器狹縫；所說的探測器拉臂內(nèi)裝 有齒條I，齒條I一端與共用齒輪嚙合配裝，探測器拉臂的探測器端裝有可 在聚焦圓軌道內(nèi)滑移的拉臂移動(dòng)軸；所說的固定行走槽內(nèi)裝有與探測器拉臂 內(nèi)相同的齒條II,齒條II一端與共用齒輪嚙合裝配，另一端配有入射線狹縫 并裝有羅蘭圓盤導(dǎo)向軸，導(dǎo)向軸與入射線狹縫同軸并與聚焦圓軌道呈滑動(dòng)裝 配；所說的晶體部件依晶體部件安裝孔固定在聚焦圓軌道上，晶體部件與聚 焦圓軌道之間疊裝固定行走槽和探測器拉臂；所說的共用齒輪為一實(shí)現(xiàn)羅蘭 圓盤、晶體部件、X射線探測器位移的推動(dòng)輪，它與羅蘭圓盤電機(jī)軸呈同軸鎖 緊裝配，并同時(shí)嚙合固定行走槽內(nèi)和探測器拉臂內(nèi)的兩條完全相同的齒條； 所說的羅蘭圓盤電機(jī)與其軸上的共用齒輪為四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，電 機(jī)軸通過單列圓錐滾子軸承與羅蘭圓盤配接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于所 說的晶體部件是表面曲率為1/R，晶面曲率為1/2R的雙曲晶體，R半徑的取值 范圍10cm《R《50cm ;晶體部件(5)的晶體架上可裝1至4塊曲率相同、晶面間距不同的雙曲晶體，通過轉(zhuǎn)動(dòng)更換晶體；晶體部件5中的晶體選用LiF(200)、 LiF(220)、 Ge(lll)、 PET (002)、 TAIP(OOl)、 TAM(020)、 ADP(lOl)或KAP(OOl)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于述 所說的X射線探測器包括X射線探測器件、電荷靈敏及線性成形放大器、多道 脈沖幅度分析器、探測器件高壓及氣體密度穩(wěn)定器；其中X射線探測器件可選 用流氣或充氣正比計(jì)數(shù)管、Nal (TL)閃爍計(jì)數(shù)器、Csl閃爍計(jì)數(shù)器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于所 說的羅蘭圓盤上的聚焦圓軌道的半徑R取值范圍為10cm《R《50cm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于所 說的X射線激發(fā)源為功率小于1KW且循環(huán)冷卻的X射線激發(fā)源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，其特征在于所 說的信息采集與處理器內(nèi)有中央處理控制器，它由C8051F系列單片機(jī)支持， 外部晶振頻率高達(dá)lOOMHz;所說的C8051F系列單片機(jī)包括C8051F120 、 C8051F122、 C8051F124、 C8051F126、 C8051F060、 C8051F060、 C8051F062和 C8051F063。
8、 一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀的工作方法，其特征在于它包括以下 步驟(1) X射線激發(fā)源產(chǎn)生一定波長范圍的X射線，該原級(jí)X射線以一定角 度照射在由送樣器送入樣品室內(nèi)的樣品上；(2) 樣品內(nèi)的待分析元素在原級(jí)X射線作用下激發(fā)出各元素的特征X射 線，特征X射線進(jìn)入分光測量室內(nèi)，經(jīng)分光測量室內(nèi)的晶體部件衍射分光后 被X射線探測器接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖信息；(3) 電脈沖信息由脈沖幅度信息采集與處理器記錄，記錄的數(shù)據(jù)由儀器 系統(tǒng)控制器傳送到上位分析計(jì)算機(jī)；(4) 上位分析計(jì)算機(jī)完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算并給出所需的測試結(jié)果。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所說的一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀的工作方法， 其特征在于所說的步驟(2)中分光測量室內(nèi)部的工作方法為共用齒輪隨羅 蘭圓盤電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，共用齒輪與羅蘭圓盤電機(jī)沿固定行走槽內(nèi)齒條II直線移動(dòng)，并拖動(dòng)羅蘭圓盤沿齒條n移動(dòng)，由于固定行走槽上的羅蘭圓盤導(dǎo)向軸的制約，羅蘭圓盤只能繞電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)式前移，實(shí)現(xiàn)一種四自由度聯(lián)動(dòng)；與此同 時(shí)，共用齒輪嚙合探測器拉臂內(nèi)齒條I拉動(dòng)探測器拉臂上的X射線探測器沿 聚焦圓軌道位移。
全文摘要
一種雙曲晶體X熒光光譜分析儀，包括分光測量室、抽真空部件、樣品室、送樣器、X射線激發(fā)源、供電電源、信息采集與處理器、儀器系統(tǒng)控制器及上位分析計(jì)算機(jī)；其工作方法為(1)X射線激發(fā)源產(chǎn)生一定波長范圍的X射線照射在樣品上；(2)激發(fā)出各元素的特征X射線，特征X射線進(jìn)入分光測量室內(nèi)，X射線探測器接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖信息；(3)電脈沖信息由脈沖幅度信息采集與處理器記錄，并傳送到上位分析計(jì)算機(jī)；(4)上位分析計(jì)算機(jī)給出所需的測試結(jié)果。優(yōu)越性在于采用四自由度聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并以該機(jī)構(gòu)為技術(shù)核心，把有限、分立波長的彎曲晶體X熒光光譜分析儀提升為連續(xù)衍射分光與探測的X熒光光譜分析儀，從而擴(kuò)大彎曲晶體X熒光光譜分析儀的分析范圍。
文檔編號(hào)G01N23/22GK101581680SQ20081015456
公開日2009年11月18日 申請(qǐng)日期2008年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月25日
發(fā)明者姜文貴, 欣 宋, 宋曉琨, 磊 張, 張曉穎, 張朝捷, 李海建, 楊偉清 申請(qǐng)人:中國建筑材料檢驗(yàn)認(rèn)證中心;北京逸東機(jī)電技術(shù)開發(fā)有限公司