用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置和x射線熒光光譜儀的制作方法
【專利摘要】在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置和X射線熒光光譜儀。該屏蔽裝置包括配置為實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面的主體，該主體包括孔，該孔包括防護(hù)網(wǎng)。該防護(hù)網(wǎng)包括具有超過10msi的剛度，至少65ksi的極限拉伸強(qiáng)度的材料，如碳纖維的安排，所述材料包括具有小于或等于九的原子序數(shù)的材料。披露了一種制造方法，一種光譜儀，以及一種使用該光譜儀的方法。
【專利說明】
用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置和X射線熒光光譜儀 1.
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種X射線熒光(XRF)系統(tǒng)，并且特別涉及一種用于該系統(tǒng)的窗口的防 護(hù)屏蔽裝置。 2.
【背景技術(shù)】
[0002] X射線熒光(XRF)系統(tǒng)廣泛用于快速非破壞性分析以及鑒別在樣品中的元素含量。 雖然一些XRF系統(tǒng)用在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，許多XRF系統(tǒng)用于在現(xiàn)場的分析。例如，XRF技術(shù)通常 用于施加在殼體中的油漆的鉛含量的現(xiàn)場分析。XRF技術(shù)還通常用于評估在廢料場中的材 料。如可以想象，建造用于現(xiàn)場使用的XRF系統(tǒng)必須是堅(jiān)固的。
[0003] XRF技術(shù)的所有實(shí)現(xiàn)方式所共有的是初級輻射源、檢測系統(tǒng)、以及分析器。示例性 的初級輻射源包括放射性同位素和X射線管。當(dāng)被部署時(shí)，來自該源的初級輻射的光束被引 導(dǎo)在樣品上。大部分初級輻射被散射并且它的一部分激發(fā)樣品中的元素的原子，從而導(dǎo)致 它們發(fā)射它們的特征X射線。散射和特征X射線兩者被儀器檢測系統(tǒng)檢測并且隨后由分析器 進(jìn)行分析。在現(xiàn)場使用設(shè)備的情況下，該XRF系統(tǒng)的檢測系統(tǒng)和其他部件典型地由薄窗口保 護(hù)免受環(huán)境影響。
[0004] 由可能包含在該樣品內(nèi)的不同元素產(chǎn)生的輻射的能量對于這些不同元素中的每 一種而言是獨(dú)特的。因此，通過知道由該樣品中的元素發(fā)射的特征輻射的能量，有可能確定 每個(gè)樣品的元素含量。一些元素(確切地具有低原子序數(shù)Z(Z〈20)的那些）的特征X射線具有 非常低的能量并且因此容易地被任何物質(zhì)、甚至被空氣吸收。因此，XRF系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師努力 縮短在樣品與檢測系統(tǒng)之間的距離至絕對最小值并且在這個(gè)空間內(nèi)僅使用展示低能X射線 的很小衰減的材料。
[0005] 因此，在現(xiàn)場儀器裝備的情況下，在X射線的衰減/吸收的意義上，防護(hù)窗口通常 是非常薄的。使窗口材料的密度和厚度最小化以兩種方式改進(jìn)了儀器性能。首先，較薄且較 不致密的窗口將提供從樣品返回至檢測器的低能X射線信號(hào)的較少衰減，導(dǎo)致改進(jìn)的檢測 靈敏度和下限。其次，較薄、較不致密的窗口將產(chǎn)生初級光束的更少的散射輻射，因此導(dǎo)致 在檢測器內(nèi)由康普頓散射引起的較低的背景信號(hào)。
[0006] 在使用中，有利的是將該儀器的檢測系統(tǒng)與樣品盡可能近地放置。事實(shí)上，設(shè)計(jì)用 于現(xiàn)場使用的所有XRF儀器通常要求該儀器的窗口與樣品接觸放置。這經(jīng)常導(dǎo)致薄窗口的 破裂，尤其當(dāng)該樣品具有不規(guī)則的形狀或鋒利的突出部分時(shí)。
[0007] 所需要的是用于提供具有穩(wěn)健的窗口物理保護(hù)的XRF儀器的方法和裝置，同時(shí)呈 現(xiàn)出對由樣品發(fā)射的特征輻射的最小干擾。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置。該屏蔽裝置包括配置 為實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面的主體，該主體包括孔，該孔包括防護(hù)網(wǎng)。該防護(hù)網(wǎng)包括高強(qiáng) 度、低Z的材料。
[0009] 在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于制造用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置的方法。該 方法包括:將主體配置成用于安裝到該光譜儀上并且實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面;并且將 包括高強(qiáng)度、低Z的材料的防護(hù)網(wǎng)結(jié)合至該主體的孔中。
[0010] 在又另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種X射線熒光光譜儀。該光譜儀包括在殼體中的開 口，該開口用于進(jìn)行以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):提供初級輻射并且接收來自樣品的特征發(fā)射， 該殼體包括用于在其上安裝防護(hù)屏蔽裝置的支架。該光譜儀還包括用于安裝到該殼體上的 防護(hù)屏蔽裝置，該防護(hù)屏蔽裝置包括主體以及還包括防護(hù)網(wǎng)的孔，該主體被配置成用于實(shí) 質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面，該防護(hù)網(wǎng)包括碳纖維、鈹、氮化硼、以及對芳族聚酰胺合成纖維 中的至少一種。
[0011] 在一個(gè)進(jìn)一步的實(shí)施例中，光譜儀包括將X射線引導(dǎo)至樣品的X射線源;接收來自 該樣品的X射線的檢測器；以及包括防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)屏蔽裝置，穿過該防護(hù)網(wǎng)傳遞從該源至該 樣品以及從該樣品至該檢測器的X射線兩者，該防護(hù)網(wǎng)包括高強(qiáng)度、低Z的材料。
[0012] 在一些實(shí)施例中，當(dāng)由銀陽極x射線源照射時(shí)該防護(hù)屏蔽裝置不在來自鋁樣品的 光譜中增加任何峰，該任何峰是大于該鋁樣品的Ka("K阿爾法"）線的最大幅值的5% (或者 大于 3%、2%、或 1%)。
[0013] 在又另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種使用光譜儀的方法。該光譜儀包括將X射線引導(dǎo) 至樣品的X射線源;接收來自該樣品的X射線的檢測器;包括防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)屏蔽裝置，穿過該 防護(hù)網(wǎng)傳遞從該源至該樣品以及從該樣品至該檢測器的X射線兩者。該方法包括使用該光 譜儀用于引導(dǎo)X射線從該源穿過該網(wǎng)至該樣品；在該檢測器處接收由該樣品產(chǎn)生并且已經(jīng) 穿過該網(wǎng)的X射線;其中該防護(hù)網(wǎng)不在來自該樣品的X射線的光譜中增加任何峰，該任何峰 是大于該峰的最大幅值的約5% (或大于3%、2%或1 % )，其中在約OkeV至約30keV之間的范 圍內(nèi)出現(xiàn)最高的幅值。
【附圖說明】
[0014] 本發(fā)明的特征以及優(yōu)點(diǎn)從以下結(jié)合附圖進(jìn)行的描述中是清楚的，在附圖中：
[0015] 圖1是包括根據(jù)在此傳授內(nèi)容的防護(hù)屏蔽裝置的手持式XRF系統(tǒng)的等距圖；
[0016]圖2是現(xiàn)有技術(shù)窗口托架的等距視圖；
[0017] 圖3是未安裝的防護(hù)屏蔽裝置的等距視圖；
[0018] 圖4是該防護(hù)屏蔽裝置的實(shí)施例的截面視圖；并且，
[0019] 圖5和6是描繪對于根據(jù)在此傳授內(nèi)容沒有該防護(hù)屏蔽裝置、以及具有該防護(hù)屏蔽 裝置的光譜儀的實(shí)施例的對比性能的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 在此披露了提供用于X射線熒光(XRF)裝置的防護(hù)屏蔽裝置的方法和裝置?？傮w 上，該防護(hù)屏蔽裝置可以被配置成用于手持式或便攜式XRF裝置。有利地，該防護(hù)屏蔽裝置 展示出低質(zhì)量密度厚度，并且因此引起來自樣品的熒光信號(hào)的最小衰減。
[0021] 現(xiàn)在參照圖1，示出了示例性的光譜儀10。在這個(gè)實(shí)例中，光譜儀10是X射線熒光 (XRF)裝置。具體地說，示例性光譜儀10是手持式XRF裝置。雖然在此傳授內(nèi)容是在手持式 XRF裝置的背景下呈現(xiàn)的，這僅僅是說明性的并且不是限制性的。因此，用不同于手持式XRF 裝置的裝置可以實(shí)踐該防護(hù)屏蔽裝置以及其他方面。示例性的其他裝置包括基于實(shí)驗(yàn)室的 XRF裝置。
[0022]在圖1中描繪的示例性實(shí)施例中，該手持式XRF裝置被包含于殼體8內(nèi)。該手持式 XRF裝置包括用于操縱該裝置的輸入接口 6。輸入接口 6可以包括至少一個(gè)按鈕、觸摸屏、或 其他用于調(diào)整光譜儀10的設(shè)置的此類裝置。用戶可以通過觀察輸出端5監(jiān)控光譜儀10的設(shè) 置。輸出端5可以包括屏幕，如LCD屏幕。輸出端5可以進(jìn)一步包括揚(yáng)聲器，例如被配置成提供 聽覺輸出如警報(bào)的揚(yáng)聲器。輸出端5可以包括網(wǎng)絡(luò)接口，如以太網(wǎng)、串行、并行、802.11、USB、 藍(lán)牙或其他類型的接口（未示出）。光譜儀10可以包括內(nèi)部電源(例如，電池）、存儲(chǔ)器、處理 器、計(jì)時(shí)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、以及其他類似的部件?？傮w上，該處理器被配置成接收來自系統(tǒng)控制 裝置4的輸入并且控制該輻射源、檢測系統(tǒng)以及分析部件。因此，該處理器將還提供適當(dāng)?shù)?信息給輸出端5。光譜儀10可以被配置成利用穩(wěn)健的處理能力，并且因此可以包括數(shù)據(jù)庫、 用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的大量內(nèi)存、校準(zhǔn)庫以及類似物。系統(tǒng)控制裝置4可以包括觸發(fā)器或其他此類 裝置以提供引發(fā)用光譜儀10進(jìn)行采樣和分析。輸出端5可以提供原始數(shù)據(jù)、光譜數(shù)據(jù)、濃度 數(shù)據(jù)以及其他適當(dāng)形式的數(shù)據(jù)。
[0023]在圖1中還示出了防護(hù)屏蔽裝置1的實(shí)施例。防護(hù)屏蔽裝置1包括孔12,該孔包括防 護(hù)網(wǎng)2。在該示例性實(shí)施例中，防護(hù)屏蔽裝置1防護(hù)光譜儀10的正面9。總體上，正面9包括至 少一個(gè)進(jìn)入路徑(例如，在其之上安置窗口，未示出）。該進(jìn)入路徑提供進(jìn)入內(nèi)部輻射源、檢 測部件和分析器部件。因此，防護(hù)屏蔽裝置1可以被配置成提供該至少一個(gè)入口路徑的防 護(hù)，并且總體上防護(hù)光譜儀10的正面9。
[0024] 現(xiàn)在參照圖2，示出了示例性的現(xiàn)有技術(shù)窗口托架100。用于該XRF裝置的窗口 110 包括薄膜，該薄膜被放置在窗口托架100中的開口之上。典型地，窗口 110是約四（4)微米厚 度的聚丙烯薄膜。窗口 110可以通過壓敏粘合劑沿著這些邊緣被粘附到窗口托架100上。窗 口托架100具有開口 102，該開口是單孔以使X射線的通過成為可能而沒有衰減。進(jìn)而，窗口 托架100被安裝到光譜儀l〇(XRF裝置)上。在一個(gè)實(shí)例中，窗口托架100包括至少一個(gè)通路 (thr Uway)103。每個(gè)通路103可以被配置成接收螺釘(未示出）以將窗口托架100擰緊到光譜 儀10上。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)接近傳感器104可以被包括。
[0025]如以上討論的，這個(gè)設(shè)計(jì)是有問題的。也就是說，在實(shí)踐中，用戶通過使該XRF裝置 壓靠在不規(guī)則形狀樣品上可能非常經(jīng)常刺穿窗口 110。當(dāng)該樣品的一部分突出穿過開口 102 時(shí)，它破壞窗口 110。因此，防護(hù)光譜儀10要求移除窗口托架100并且替換窗口 110。如果是在 現(xiàn)場進(jìn)行維修，這是耗時(shí)、昂貴的，并且冒著損壞光譜儀10的風(fēng)險(xiǎn)。
[0026] 現(xiàn)在參照圖3,展示了根據(jù)在此傳授內(nèi)容的防護(hù)屏蔽裝置1。在這個(gè)實(shí)例中，防護(hù)屏 蔽裝置1以適合于替換現(xiàn)有技術(shù)的窗口托架100的幾何結(jié)構(gòu)提供。也就是說，防護(hù)屏蔽裝置1 可以具有與現(xiàn)有技術(shù)窗口托架100類似的形狀和尺寸。此外，防護(hù)屏蔽裝置1可以包括至少 一個(gè)通路3。每個(gè)通路3可以被配置成接收螺釘桿(未示出）以將防護(hù)屏蔽裝置1擰緊到光譜 儀10上。在一些實(shí)施例中，至少一個(gè)接近傳感器4可以被包括。
[0027] 防護(hù)屏蔽裝置1包括安置在防護(hù)屏蔽裝置1的孔中的防護(hù)網(wǎng)2。在這個(gè)實(shí)例中，防護(hù) 網(wǎng)2是由碳纖維制造的。碳纖維的使用提供了機(jī)械上高強(qiáng)度的屏障以保護(hù)窗口 110免受物理 損壞。
[0028] 在制造過程中，防護(hù)網(wǎng)2可用以0度和90度的扭絞（layup)而正交定向的基本上連 續(xù)的纖維制造。該扭絞可以包括多個(gè)碳纖維的層。通過成束并且分隔在該扭絞中的碳纖維， 規(guī)則的孔圖案產(chǎn)生防護(hù)網(wǎng)2。通過結(jié)合防護(hù)網(wǎng)2,防護(hù)屏蔽裝置1限制或防止窗口 110的損壞。 [0029]至少一個(gè)接近傳感器4可以被結(jié)合以提供距樣品的足夠的間隙（standoff)，以增 強(qiáng)防護(hù)屏蔽裝置1的物理強(qiáng)度，并且在一些實(shí)施例中，可以從防護(hù)屏蔽裝置1中省略。在一些 實(shí)施例中，接近傳感器4必須在初級輻射產(chǎn)生之前被激活。因此，接近傳感器4是安全裝置， 并且同樣可以起到其他作用。
[0030] 現(xiàn)在參照圖4,示出了防護(hù)屏蔽裝置1的截面視圖。在這個(gè)實(shí)例中，可以看出防護(hù)屏 蔽裝置1包括凹陷5。凹陷5可以提供相對薄的防護(hù)網(wǎng)2的實(shí)現(xiàn)方式。也就是說，可以認(rèn)為防護(hù) 網(wǎng)2的截面與防護(hù)屏蔽裝置1的主體7的截面相比是薄的。
[0031] 因此，防護(hù)屏蔽裝置1展示出相對高的強(qiáng)度和低的質(zhì)量密度厚度，因此使對X射線 源以及來自樣品的特征發(fā)射的干擾最小化?？梢詤⒖紙D5和6。
[0032] 圖5和6是描繪由光譜儀10獲得的光譜的曲線圖。每個(gè)曲線圖包括來自沒有安裝防 護(hù)屏蔽裝置1的光譜儀10的樣品分析光譜。在每個(gè)曲線圖中還包括的是來自有防護(hù)屏蔽裝 置1的光譜儀的樣品分析光譜。圖5描繪了對于鋁樣品的光譜儀10的性能。圖6描繪了對于鐵 樣品的光譜儀10的性能。
[0033] 對比性能的綜述示出，防護(hù)屏蔽裝置1展示出非常少的X射線熒光。此外，應(yīng)該認(rèn)識(shí) 到，可以進(jìn)行光譜儀10的校準(zhǔn)以將防護(hù)屏蔽裝置1的使用考慮在內(nèi)，并且使防護(hù)屏蔽裝置1 對光譜法的影響最小化。
[0034] 表 1
[0035] 在所測量的X射線熒光強(qiáng)度上的凈效應(yīng)
[0037] 表1示出了在從若干元素所測量的X射線熒光線強(qiáng)度上的凈效應(yīng)。該比率是沒有防 護(hù)屏蔽裝置1所測量的線強(qiáng)度對比在光譜儀10上在適當(dāng)位置有防護(hù)屏蔽裝置1所測量的線 強(qiáng)度。隨著元素重量(原子序數(shù)，Z)的增加，特征X射線在能量上增加并且所測量的信號(hào)的損 失減少。最差示出的2.06的強(qiáng)度比沒有不利地影響鑒定元素的能力。這在下表2中示出，其 中示出了鈦合金被正確鑒別。
[0038] 總體上，防護(hù)網(wǎng)2可以被表征為由碳纖維繩股(具有在它們之間的均勻間隔開的開 口）制成的結(jié)構(gòu)。然而，不要求的是，防護(hù)網(wǎng)2具有均勻間隔開的開口。還不要求的是，防護(hù)網(wǎng) 2是完全由碳纖維制造的。例如，在防護(hù)網(wǎng)2中的纖維可以包括一定程度的雜質(zhì)，并且可以包 括聚合物、粘合劑、以及任何其他認(rèn)為適當(dāng)?shù)牟牧?。在一些?shí)施例中，防護(hù)網(wǎng)2包括是"低Z" 材料的材料。也就是說，防護(hù)屏蔽裝置1包括是由在核中具有相對少的質(zhì)子的元素形成的輕 質(zhì)材料的材料。示例性材料包括鈹、氮化硼以及KEVLAR(對芳族聚酰胺合成纖維，從特拉華 州威明頓市杜邦化學(xué)公司（DuPont Chemical of Wilmington Delaware)可獲得的）。展示 了令人希望的特性的其他材料，如其他纖維，可以在防護(hù)屏蔽裝置1中使用。
[0039] 如在此討論的，術(shù)語"低Z"總體上指的是具有小于約九(9)的原子序數(shù)的材料，但 是這不是嚴(yán)格的要求。例如，低Z材料可以包括一種組合物，該組合物主要包含具有小于約 九(9)的原子序數(shù)的材料與具有高于約九(9)的原子序數(shù)的一些附加的材料如粘合劑、添加 劑、摻雜劑或污染物。為了便于參照，元素和相關(guān)的原子序數(shù)是:氫-1;氦-2;鋰_3;鈹-4;硼-5;碳-6;氮-7;氧-8;以及氟-9。
[0040] 此外，術(shù)語"低熒光"總體上指的是在光譜數(shù)據(jù)中受限制的引入，或以另一種方式 來說，基本上沒有增加歸因于防護(hù)屏蔽裝置1的假的熒光或散射。在此背景下"假的"，是指 由于該屏蔽裝置或網(wǎng)的材料組成或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的在光譜中的峰(包括背景），與由于受測的樣 品的材料組成或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的非假峰截然相反。在一些實(shí)施例中，來自防護(hù)網(wǎng)2的熒光可導(dǎo)致 光譜中的峰(是小于該峰的最大幅值的約百分之五(5 % )、或者甚至小于3 %或2 % )的增加， 其中在約OkeV至約30keV之間的范圍內(nèi)出現(xiàn)最高的幅值。
[0041]如在此討論的，對"防護(hù)屏蔽裝置不在光譜中增加任何峰"的影響的陳述總體上是 指不在所描述的光譜的任何部分中增加超過可容許大小的峰的防護(hù)屏蔽裝置，無論那個(gè)增 加的峰是單獨(dú)的峰還是部分或者完全地與在那個(gè)光譜中的另一個(gè)峰重疊。
[0042] 在一些實(shí)施例中，防護(hù)網(wǎng)2包括纖維的織物(并且因此展示出與編織篩網(wǎng)的外觀類 似的外觀）。總體上，防護(hù)網(wǎng)2提供了強(qiáng)物理屏障（其最低程度地干擾初級或特征輻射)與至 窗口 110的不衰減的路徑的平衡。
[0043] 防護(hù)屏蔽裝置1的主體可以由任何認(rèn)為適當(dāng)?shù)牟牧现圃?。在一些?shí)施例中，防護(hù)屏 蔽裝置1的該主體也由碳纖維制造。在一些實(shí)施例中，防護(hù)屏蔽裝置1的該主體是由所有低 密度材料的碳纖維復(fù)合材料制造的?？傮w上，選擇防護(hù)屏蔽裝置1的該主體所選用的材料以 使重元素的結(jié)合最小化，并且因此減小由于康普頓散射和假的X射線熒光在檢測系統(tǒng)中的 背景噪聲。
[0044] 在表2中提供了配備有常規(guī)窗口（現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)）的儀器與配備有防護(hù)屏蔽裝置1 的儀器的檢測和性能的對比功效的展示。
[0045] 表 2
[0046] 材料的對比評估
[0049] 參照表2,可以看出，配備有防護(hù)屏蔽裝置1的光譜儀10恰當(dāng)?shù)罔b別每個(gè)樣品。關(guān)于 匹配因子，越小越好，其中〇.〇〇是盡可能最好的值。簡言之，可以看出，防護(hù)屏蔽裝置1實(shí)質(zhì) 上不影響光譜儀10的性能。
[0050] 應(yīng)注意他8丨611〇5^、附1：1'〇11；[0、1^333、以及附1]1〇11；[0是注冊商標(biāo)，屬于它們對應(yīng)的所 有者。在⑶A-932中的CDA代表銅業(yè)發(fā)展協(xié)會(huì)（Copper Development Association)，已經(jīng)建 立用于銅合金的命名規(guī)范的行業(yè)貿(mào)易團(tuán)體。
[0051] 在已經(jīng)引入防護(hù)屏蔽裝置1的情況下，提供了附加實(shí)施例的一些方面。
[0052] 防護(hù)屏蔽裝置1可以被提供為用于現(xiàn)有光譜儀10改型的設(shè)備、或?yàn)樵荚O(shè)備制造 商的部件。
[0053] 在一些實(shí)施例中，防護(hù)屏蔽裝置1包括多個(gè)由防護(hù)網(wǎng)2防護(hù)的孔。例如，在一些實(shí)施 例中，特定的光譜儀10可以具有用于提供初級輻射的主要窗口和用于接收特征輻射的另一 個(gè)窗口。
[0054] 結(jié)合到防護(hù)網(wǎng)2里的纖維可具有不同的定向。例如，這些纖維可以是實(shí)質(zhì)上在0度、 30度、60度和90度下定向的（即，這些纖維可具有成角度的定向）。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，在此提出的定 向角度是大體的并且不被認(rèn)為是具有大量的精度或準(zhǔn)確度。也就是說，認(rèn)為的是，包括在防 護(hù)網(wǎng)2中的纖維可包括某種水平的雜亂，如可能出現(xiàn)在碳纖維的普通生產(chǎn)實(shí)施例中。在一些 實(shí)施例中，每一個(gè)碳纖維繩股的定向相對于彼此是隨意的或"亂定向的。"總體上，以一種方 式提供了如可以在防護(hù)網(wǎng)2中使用的碳纖維或其他纖維的定向，該方式導(dǎo)致用于在物理上 有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中（如在現(xiàn)場使用中）的光譜儀10的使用的足夠的物理強(qiáng)度。
[0055] 為了提供可以用于防護(hù)屏蔽裝置1中的材料的一些附加的細(xì)節(jié)，考慮關(guān)于碳纖維 的以下方面。碳纖維是由結(jié)合一起以形成長鏈的碳原子形成的。實(shí)例包括不同的納米形式 的碳，包括碳納米管。這些纖維是極其剛性的、牢固的、且輕的，并且展示出優(yōu)異的物理特 性。碳纖維材料可以是以多種形式在商業(yè)上獲得的，包括紗線、單向片材、織物、編帶、以及 若干其他的。
[0056]基本平織物碳纖維面板展示出大于鋁的約百分之十八（18%)并且大于鋼的約百 分之十四（14%)的剛度與重量比率。
[0057]碳纖維是極其牢固的。材料的剛度是通過其彈性模量測量的。碳纖維的模量通常 是約20msi(138GPa)并且其極限拉伸強(qiáng)度典型地是500ksi(3.5GPa)。將此與2024-T3鋁和 4130鋼進(jìn)行比較，2024-T3鋁具有l(wèi)Omsi的模量以及65ksi的極限拉伸強(qiáng)度，4130鋼具有 30msi的模量以及125ksi的極限拉伸強(qiáng)度。
[0058]具有高得多的值的高剛度和高強(qiáng)度的碳纖維材料還通過專業(yè)方法可獲得的?？傮w 上，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，與其他材料相比，提及任何材料為"高強(qiáng)度"是指"高比強(qiáng)度"。"比強(qiáng)度"是材 料在破壞時(shí)的單位面積強(qiáng)度除以其密度。這還被稱為強(qiáng)度與重量比。如以上呈現(xiàn)的，基于碳 纖維的材料與鋁和鋼的實(shí)施例相比展示出高強(qiáng)度。在一些實(shí)施例中，可以認(rèn)為，高強(qiáng)度材料 可以包括任何表現(xiàn)出超過約lOmsi的剛度以及至少65ksi的極限拉伸強(qiáng)度的材料。此外，在 一些實(shí)施例中，強(qiáng)度可能還被認(rèn)為是材料密度的函數(shù)。適合材料的體積密度例如可以是至 少約 1 ? 3gm/cm3(831bs/ft3)、或至少約2 ? 7gm/cm3( 1691bs/ft3)、或至少7 ? 8gm/cm3(4891bs/ ft3)。因此，在一些實(shí)施例中，當(dāng)與鋼的合金相比時(shí)碳纖維材料是高強(qiáng)度的。
[0059]碳纖維具有約 1.3gm/cm3(831bs/ft3)的體積密度，鋁是約 2.7gm/cm3(1691bs/ ft3)，并且4130鋼的密度是約7.8gm/Cm3(4891bs/ft 3)。因此，碳纖維是用于防護(hù)屏蔽裝置1 中的優(yōu)異的材料。也就是說，碳纖維的使用導(dǎo)致包含實(shí)質(zhì)上更少的材料(與現(xiàn)有技術(shù)中相 比）的防護(hù)屏蔽裝置1，并且因此實(shí)質(zhì)上不阻礙初級輻射和由樣品發(fā)射的特征X射線。
[0060] 各種粘合劑可以被用來將碳纖維粘合為更好地提供復(fù)合部件成形。在一些實(shí)施例 中，環(huán)氧樹脂被用作該粘合劑。可以使用各種形式的環(huán)氧樹脂，并且添加劑可以包含在該環(huán) 氧樹脂中。有利地，環(huán)氧樹脂是極其柔性的，并且該柔性允許碳纖維產(chǎn)品吸收高水平的沖擊 力而不斷裂。當(dāng)環(huán)氧樹脂達(dá)到最大彎曲潛能(MBP)時(shí)，該樹脂在應(yīng)力點(diǎn)處將僅形成單一裂 縫。環(huán)氧樹脂可以具備有透明光潔度，這允許碳纖維的外觀顯露出來。此外，環(huán)氧樹脂通常 不收縮并且實(shí)質(zhì)上耐受通過暴露于紫外(UV)光的降解。環(huán)氧樹脂的選擇可考慮更長或更短 的固化時(shí)間并且通過使用添加劑增強(qiáng)斷裂韌性。
[0061] 包括碳纖維的復(fù)合夾層將碳纖維(或另一種纖維增強(qiáng)材料，如玻璃或芳族聚酰胺） 的優(yōu)越強(qiáng)度和剛度特性與較低密度的核心材料組合。通過戰(zhàn)略性地組合這些材料，能夠創(chuàng) 造出具有比單獨(dú)用任何一種材料高得多的彎曲剛度與重量比的最終產(chǎn)品。
[0062] 在一些實(shí)施例中，該防護(hù)屏蔽裝置是由材料的復(fù)合夾層制造的。因此，當(dāng)考慮到一 種類型的材料超過另一種的強(qiáng)度時(shí)，材料的復(fù)合夾層的使用允許非常薄的材料層結(jié)合至防 護(hù)屏蔽裝置1中。其結(jié)果是，存在實(shí)質(zhì)上較少的材料阻礙初級輻射和由樣品發(fā)射的特征X射 線。
[0063] 在一些實(shí)施例中，選擇在該防護(hù)屏蔽裝置中使用的材料使得防護(hù)網(wǎng)2不在來自特 定樣品的光譜中增加任何峰。例如，可以選擇所使用的材料使得防護(hù)屏蔽裝置1不增加任何 峰到由銀陽極X射線源照射的鋁樣品中。更確切地說，可以選擇或配制在防護(hù)網(wǎng)2中使用的 材料，使得防護(hù)屏蔽裝置1不在來自該樣品的X射線的光譜中增加任何峰，當(dāng)與裸光譜儀10 (BP，沒有防護(hù)屏蔽裝置1的光譜儀10)相比時(shí)，該任何峰是大于該峰的最大幅值的大約百分 之五(5% )，其中在約OkeV至約30keV之間的范圍內(nèi)出現(xiàn)最高的幅值。
[0064] 在一些實(shí)施例中，該防護(hù)網(wǎng)首先被制造成材料薄層，并且然后穿孔如通過鉆孔到 薄層中。在一些實(shí)施例中，該防護(hù)網(wǎng)實(shí)際上是例如由復(fù)合材料制成的非常薄的層，而沒有孔 或開口。在這些或其他實(shí)施例中，可以排除使用窗口。在一些實(shí)施例中，防護(hù)網(wǎng)2包括多個(gè)正 方形的開口。例如，防護(hù)網(wǎng)2可以被制造為織物或以另一個(gè)類似類型的幾何結(jié)構(gòu)制造使得在 防護(hù)網(wǎng)2中的開口基本上是正方形的。一種來實(shí)現(xiàn)這個(gè)結(jié)果的方式是提供與第二多個(gè)基本 上對齊的纖維正交定向的多個(gè)基本上對齊的纖維。有利的是，這導(dǎo)致防護(hù)網(wǎng)2具有優(yōu)越的孔 隙率（g卩，材料與開口的比率，并且可表示為對于給定區(qū)域的開口的百分比），并且因此在初 級輻射或由該樣品發(fā)射的輻射的路徑中呈現(xiàn)出較少的材料。在一些實(shí)施例中，防護(hù)網(wǎng)2的 孔隙率是至少40 %。
[0065] 可以提供正交定向使得實(shí)現(xiàn)多個(gè)行和列的開口。并非必要的是，相對于防護(hù)屏蔽 裝置1或光譜儀10以任何特定的方式定向這些行和列。不論提供防護(hù)網(wǎng)2作為正交定向纖維 的陣列、織物、復(fù)合材料或者在任何其他多個(gè)實(shí)施例中，有可能安排這些纖維，使得這些纖 維基本上連續(xù)貫穿防護(hù)網(wǎng)2,并且因此實(shí)質(zhì)上不被這些開口弱化。因此，可能的是包括多種 形狀和尺寸的開口。這些開口可以是圓形、正方形，或者包括任何數(shù)量的所希望并且可能制 造的邊(描述為"n_角形、"或在外觀上為是"n-邊形的"）。
[0066] -種制成具有適當(dāng)尺寸開口的織物的方式是將多個(gè)纖維捆綁成分開的束。在每個(gè) 束之間留有間隔以提供對應(yīng)的束分組。通過將第一分組與第二分組交叉編織，可以提供包 括多個(gè)基本上正方形的孔的織物。通過在編織過程期間控制該間隔的尺寸，有可能控制并 且配置所得的基本上正方形孔的尺寸。通過控制包括在該織物中的這些分組的定向以及分 組的數(shù)目，這種技術(shù)可以被用來提供包括任何所希望形狀的孔的織物。
[0067] 在另一個(gè)實(shí)施例中，防護(hù)網(wǎng)2是通過將這些碳纖維分布在基板模具(未示出）上形 成的。在這個(gè)實(shí)例中，該模具可以包括具有多個(gè)向上延伸的突起的基本上平面的表面。每一 個(gè)向上延伸的突出將導(dǎo)致在防護(hù)網(wǎng)2中的開口。一旦適當(dāng)厚度的這些纖維已經(jīng)分布在該基 本上平面的表面上，然后可以施加適當(dāng)?shù)恼澈蟿﹣碚澈线@些碳纖維。一旦該粘合劑已經(jīng)固 化，可以將防護(hù)網(wǎng)2從該模具中移除并且結(jié)合到防護(hù)屏蔽裝置1中。在一些實(shí)施例中，首先將 粘合劑施加到該基板模具中，并且也可以作為最終層施加。在一些實(shí)施例中，防護(hù)網(wǎng)2在被 從該模具中移除之后完成(如用最終涂層，和/或通過磨光）。
[0068] 防護(hù)屏蔽裝置1不限于用于手持式光譜儀10。此種描述性術(shù)語不意在暗示在防護(hù) 屏蔽裝置1的使用上的限制。
[0069] 在一些實(shí)施例中，防護(hù)屏蔽裝置1不包括該至少一個(gè)通路3。一些其他用于安裝防 護(hù)屏蔽裝置1的技術(shù)包括在防護(hù)屏蔽裝置1中使用嵌入的磁體。在這些實(shí)施例中，該嵌入的 磁體與殼體8的磁性部分對齊并且用來保持防護(hù)屏蔽裝置1在適當(dāng)位置（當(dāng)在使用中時(shí))并 且還允許快速安裝和移除防護(hù)屏蔽裝置1。在一些實(shí)施例中，RFID天線被包括在防護(hù)屏蔽 裝置1中。RFID的使用可以被用來確保每一個(gè)防護(hù)屏蔽裝置1與對應(yīng)的光譜儀10的適當(dāng)?shù)钠?配，和/或鑒定防護(hù)屏蔽裝置1在光譜儀10上的存在。
[0070] 簡言之，多種方法和裝置可用于確保防護(hù)屏蔽裝置1的適當(dāng)安裝和移除。其他示例 性安裝系統(tǒng)包括使用夾子、翼形螺母、卡扣以及各種其他類型的緊固件。
[0071] 在一些實(shí)施例中，調(diào)節(jié)光譜儀10的性能用于防護(hù)屏蔽裝置1的使用。也就是說，可 以用在適當(dāng)位置的防護(hù)屏蔽裝置1校準(zhǔn)光譜儀10。不用防護(hù)屏蔽裝置1也可以校準(zhǔn)光譜儀 10。用戶可以簡單地調(diào)節(jié)在輸入接口 6上的控制裝置以將防護(hù)屏蔽裝置1的使用考慮在內(nèi)。 在一些實(shí)施例中，如其中提供了磁性安裝，光譜儀10可以自動(dòng)鑒定防護(hù)屏蔽裝置1的存在。 在這些實(shí)施例中，光譜儀10可以進(jìn)一步包括校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫，因此使得每個(gè)防護(hù)屏蔽裝置1在多 個(gè)光譜儀10之間可互換。因此，用戶可以配備有良好防護(hù)的光譜儀10以及當(dāng)適當(dāng)時(shí)移除防 護(hù)屏蔽裝置1的能力，如以增加靈敏度。
[0072] 在一些實(shí)施例中，提供了一種用于制造用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置的方法。該方 法包括將主體配置成用于安裝到該光譜儀上并且實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面;并且將包括 高強(qiáng)度、低Z的材料的防護(hù)網(wǎng)結(jié)合至該主體的孔中。在這些實(shí)施例的一些中，該材料實(shí)質(zhì)上 包括具有不大于九(9)的原子序數(shù)的元素。在這些實(shí)施例的一些中，該材料實(shí)質(zhì)上包括至少 一種選自下組的元素，該組包括:氫、鈹、硼、碳、氮、氧以及氟。在這些實(shí)施例的一些中，該防 護(hù)網(wǎng)包括碳纖維、鈹、氮化硼、以及對芳族聚酰胺合成纖維中的至少一種。在這些實(shí)施例的 一些中，該防護(hù)網(wǎng)包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):正交定向的碳纖維的安排、碳纖維的成角度 的安排、亂定向的碳纖維、以及多個(gè)碳纖維層。在這些實(shí)施例的一些中，該配置包括在該主 體中提供孔以與該光譜儀的窗口對齊。在這些實(shí)施例的一些中，該方法進(jìn)一步包括將磁體 和射頻識(shí)別(RFID)裝置中的至少一個(gè)結(jié)合至該主體里。
[0073] 如在此討論的，術(shù)語"X射線源"總體上指的是用于產(chǎn)生X射線的設(shè)備。然而，在一些 實(shí)施例中，XRF裝置可以使用可以發(fā)射伽瑪射線或X射線的放射性同位素（除了該X射線源 之外或代替該X射線源）。總體上，"X射線"指的是具有在約10皮米(pm)至約1納米(nm)范圍 內(nèi)的波長的電磁輻射，而"伽瑪射線"包括具有短于約10皮米(pm)的波長的電磁輻射。就能 量而言，歸屬于X射線的電磁輻射的范圍從約1 keV至約1 OOkeV延伸。
[0074] 應(yīng)理解的是，術(shù)語"網(wǎng)"并不一定意指該網(wǎng)是編織的或具有是編織的外觀。此外，如 以上描述的，該"網(wǎng)"可以不具有開口。例如，該網(wǎng)可以是有或沒有開口的薄層，該薄層滿足 在此描述的一個(gè)或多個(gè)特性，如所描述的以下特性中的任何一個(gè)或多個(gè):高強(qiáng)度、低Z、低熒 光、或不在光譜中增加大于在此描述的值的峰。然而，在許多實(shí)施例中，該網(wǎng)將具有許多開 口（例如，多于1、2或4/平方厘米）。.
[0075] 將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的任何實(shí)施例可以具有所引用的那些特征之外的特征。有時(shí)術(shù) 語"至少"是用于關(guān)于特征的強(qiáng)調(diào)。然而，應(yīng)理解，即使當(dāng)不使用"至少"時(shí)，附加的數(shù)目或類 型的所引用的特征仍然可以存在。在本申請中所敘述的任何方法中事件的任何序列的順序 不限于所敘述的順序。替代地，這些事件可以按任何順序發(fā)生，包括邏輯上可行的同時(shí)發(fā) 生。
[0076] 各種其他組分可以被包括并且要求以提供在此的傳授內(nèi)容的多個(gè)方面。例如，額 外的材料，材料的組合和/或材料的省略可以用來提供在此傳授內(nèi)容的范圍內(nèi)的附加的實(shí) 施例。
[0077] 當(dāng)引入本發(fā)明的元素或其一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例時(shí)，冠詞"一個(gè)/種(a/an)"和"該"旨 在表示存在這些元素中的一個(gè)或多個(gè)。類似地，形容詞"另一個(gè)"，當(dāng)用于引入一個(gè)元素時(shí)， 旨在是指一個(gè)或多個(gè)元素。術(shù)語"包括"和"具有"旨在是包括性的，這樣使得可能存在不同 于所列出的元素的附加元素。
[0078]雖然已經(jīng)參考多個(gè)示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解 的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以作出不同的改變并且可以用等效物來替代其元 素。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解許多修改是將特定儀器、條件或者材料適應(yīng)于本發(fā)明的 傳授內(nèi)容而不偏離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍。因此，所預(yù)期的是，本發(fā)明不受限于作為執(zhí)行本發(fā)明 而設(shè)想的最佳模式而披露的特定實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi) 的所有實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置，該防護(hù)屏蔽裝置包括： 配置為實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面的主體，該主體包括孔，該孔包括防護(hù)網(wǎng)，該防護(hù)網(wǎng) 是具有超過IOmsi的剛度，至少65ksi的極限拉伸強(qiáng)度的材料，所述材料包括具有不大于九 的原子序數(shù)的元素。2. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該主體包括至少一個(gè)接近傳感器。3. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng):正交 定向的碳纖維的安排、碳纖維的成角度的安排、亂定向的碳纖維、以及多個(gè)碳纖維層。4. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)包括具有穿過其中的開口圖案的 正交定向的碳纖維的安排，這些開口以多個(gè)行和多個(gè)列被安排。5. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中這些開口包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：圓形 開口、正方形開口、以及η-邊形開口。6. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)包括多個(gè)基本上正方形的開口。7. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)的孔隙率是至少百分之四十。8. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該主體進(jìn)一步包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)： 磁體、以及射頻識(shí)別RFID裝置。9. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)屏蔽裝置被配置為是在多個(gè)防護(hù)屏 蔽裝置內(nèi)可互換的。10. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)被配置為在用該光譜儀采樣的過 程中展現(xiàn)最小的X射線熒光。11. 如權(quán)利要求1所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)被配置為當(dāng)由銀陽極X射線源照 射時(shí)不在來自鋁樣品的光譜中增加任何峰，該任何峰是大于該鋁樣品的Ka線的最大幅值的 5%〇12. -種X射線熒光光譜儀，包括： 在殼體中的開口，該開口用于進(jìn)行以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)：提供初級輻射并且接收來 自樣品的特征發(fā)射，該殼體包括用于在其上安裝防護(hù)屏蔽裝置的支架；以及 用于安裝到該殼體上的防護(hù)屏蔽裝置，該防護(hù)屏蔽裝置包括主體以及包括防護(hù)網(wǎng)的 孔，該防護(hù)網(wǎng)是具有超過IOmsi的剛度，至少65ksi的極限拉伸強(qiáng)度的材料，所述材料包括具 有不大于九的原子序數(shù)的元素，并且該主體被配置成用于實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面。13. 如權(quán)利要求12所述的光譜儀，被配置成手持式裝置。14. 如權(quán)利要求12所述的光譜儀，被配置為現(xiàn)場使用的光譜儀。15. 如權(quán)利要求12所述的光譜儀，其中該防護(hù)屏蔽裝置在多個(gè)類似的防護(hù)屏蔽裝置內(nèi) 是可互換的。16. 如權(quán)利要求12所述的光譜儀，其中該主體包括至少一個(gè)接近傳感器。17. -種光譜儀，包括： 將X射線引導(dǎo)至樣品的X射線源； 接收來自該樣品的X射線的檢測器； 包括防護(hù)網(wǎng)的防護(hù)屏蔽裝置，穿過該防護(hù)網(wǎng)傳遞從該源至該樣品的X射線以及從該樣 品至該檢測器的X射線兩者，該防護(hù)網(wǎng)是具有超過IOmsi的剛度，至少65ksi的極限拉伸強(qiáng)度 的材料，所述材料包括具有不大于九的原子序數(shù)的元素。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的光譜儀，其中當(dāng)由銀陽極X射線源照射時(shí)該防護(hù)網(wǎng)不在來自 鋁樣品的光譜中增加任何峰，該任何峰是大于該鋁樣品的Ka線的最大幅值的5%。19. 一種用于光譜儀的防護(hù)屏蔽裝置，該防護(hù)屏蔽裝置包括： 配置為實(shí)質(zhì)上防護(hù)該光譜儀的正面的主體，該主體包括孔，該孔包括防護(hù)網(wǎng)。20. 如權(quán)利要求19所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)網(wǎng)與該主體的厚度相比是薄的。21. 如權(quán)利要求19所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該防護(hù)屏蔽裝置包括凹陷。22. 如權(quán)利要求19所述的防護(hù)屏蔽裝置，進(jìn)一步包括至少一個(gè)用于將該防護(hù)屏蔽裝置 安裝到該光譜儀上的通路。23. 如權(quán)利要求19所述的防護(hù)屏蔽裝置，其中該主體包括至少一個(gè)接近傳感器。
【文檔編號(hào)】G01N23/223GK205593946SQ201490000575
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2014年4月7日
【發(fā)明人】小詹姆斯·L·菲爾拉, D·A·克里福德, W·A·敏特爾
【申請人】賽默科技便攜式分析儀器有限公司