专利名称：一种x射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其装置的制作方法
(一)技术领域。
本发明涉及X射线光谱分析技术的衍射分光与探测，特别是涉及一种采用弯曲晶体实现对X射线的连续衍射分光与探测的控制方法及实现该方法的装置，应用在X射线荧光光谱分析领域。
背景技术：
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在X射线光谱分析技术中，存在波长色散与能量色散两种分析方法。当采用单晶体实现波长色散时，又可分为平面晶体色散法和弯曲晶体色散法，无论平面晶体还是弯曲晶体色散法，其目的就是实现X射线的单色性，提供高信噪比、高分辨本领的X射线探测条件。现有的平晶衍射分光装置，在结构上必需配置前、后准直器，至使衍射分光效率太低，但它能够对X射线实现连续衍射分光与探测，问世至今仍被采用；现有的弯曲晶体衍射分光装置由前、后狭缝取代了准直器，由于取消了前、后准直器，加之弯曲晶体具有聚焦功能，使其衍射分光效率比平晶衍射分光效率可高出三到四个数量级，衍射像可以聚焦到一点或一条线；但是，一种波长的X射线需要设计一种与该波长相对应的弯曲晶体完成衍射分光。目前应用的弯曲晶体色散装置均以一个真空室为核心，在特定的立体角上安装有限数量弯曲晶体分光计并在每个分光计上配置一个X射线探测器，即每种波长都必需配置一个专用的分光与探测通道。这种结构的衍射分光与探测装置的优点在于可同时采样和分析各专用分光与探测通道的数据，提高分析速度；其缺欠在于结构庞杂只适用有限、分立波长的分析。现有弯曲晶体色散装置分析X射线波长的局限性，推动人们寻求更新与改进；本发明公开一种业内人士多年期盼的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其装置，为弯曲晶体扫描式荧光光谱仪的诞生提供技术支撑。
发明内容。
本发明的目的在充分应用弯面晶体对X射线的高衍射分光效率和高波长分辨本领的前提下，更新现有弯曲晶体衍射分光与探测的方法及其机构。设想在一个特制的可位移的罗兰圆盘上，实现弯曲晶体和X射线探测器能同时满足罗兰条件和布拉格条件的跟随位移；通过罗兰圆盘、衍射晶体、X射线探测器的位移过程完成对X射线的连续衍射分光与探测，为X射线光谱分析提供一种结构新颖、机电结合、灵活实用的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其装置。
本发明的技术方案本发明的技术方案建立在下述物理基础和构思上，弯曲晶体对X射线的聚焦式衍射分光必需同时满足罗兰条件和布拉格条件。罗兰条件要求弯曲晶体应该是半径为2R的柱面反射器，依据光学的反射定律，源狭缝、晶体衍射中心、衍射线的实像焦点应处在同一个半径为R的罗兰圆上(亦称聚焦圆)，聚焦圆就是源狭缝、衍射线实像焦点的轨迹，并且满足晶源弦长与晶焦弦长相等(晶体衍射中心点到源狭缝点的弦长与晶体衍射中心点到实像聚焦点的弦长相等)；布拉格条件要求X射线反射还应服从布拉格公式nλi＝2d Sin θi(λi为X射线波长，θi为衍射角，d为晶体晶面间距，n为衍射级数，只考虑n＝1)，满足布拉格条件的晶体表面应和聚焦圆处处重合。为此需要把晶面曲率为1/2R的柱面反射器的凹面再加工成具有曲率为1/R的表面，即表面曲率为1/R，晶面曲率为1/2R的弯曲晶体符合罗兰条件和布拉格条件，且具有全聚焦功能，衍射像可以聚焦到一点或一条线，本发明首选双曲率全聚焦功能的弯曲晶体完成对X射线衍射分光。
本发明的连续衍射分光与探测的可实现性如图1所示，图1为弯曲晶体对X射线连续衍射分光与探测的原理平面演示图。其中SGiDi是半径为R＝OiGi的聚焦圆，这些不同位置的聚焦圆满足不同波长X射线的衍射分光与探测；S是所有聚焦圆的共有源狭缝点；A-S-Gn是过源狭缝S点连接荧光取样中心A点的一条直线，也是晶体衍射中心Gi位移的轨迹，GiOi为晶心半径，以Gi点为中心的衍射分光晶体表面与聚焦圆处处重合；O1-On表示聚焦圆位移过程的圆心移动轨迹，SOi为源心半径；D1-Dn是聚焦圆上的实像焦点，该点安装X射线探测器，DiOi为像心半径(晶心、源心和像心半径均为聚焦圆半径)，对于每个聚焦圆存在GiDi＝SGi服从晶源弦长与晶焦弦长相等；∠SGiEi为入射线的衍射角，该角即为晶源弦SGi的弦切角其值在0-90度之间，∠SOiGi为晶旋角其值是衍射角的二倍，∠SOiDi为像旋角其值是衍射角的四倍。上述聚焦圆的位移及其上的衍射分光晶体、X射线探测器的跟随位移始终服从下述叁个条件第一，聚焦圆位移过程，共有源狭缝点S保持固定不变；第二，衍射晶体位移过程其衍射中心点Gi的位移轨迹不变，总是处在源狭缝S点与荧光取样中心A点的一条直线上，即A-S-Gn的直线上；第三，X射线探测器在聚焦圆上位移时，保持晶焦弦长等于晶源弦长。
采用下述控制方法实现弯曲晶体对X射线的连续衍射分光与探测，在一个可位移的刻有聚焦圆轨道的罗兰圆盘上，实现晶体部件和X射线探测器能同时满足罗兰条件和布拉格条件的跟随位移，通过罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器的位移过程完成对X射线的连续衍射分光与探测；罗兰条件要求弯曲晶体应该足半径2R的柱面反射器，源狭缝、晶体衍射中心、衍射线的实像焦点应处在同一个半径为R的聚焦圆上，其R取值范围为10cm≤R≤50cm，聚焦圆就是源狭缝、以及衍射线的实像焦点的轨迹；晶体部件和X射线探测器在位移中时时满足晶源弦长与晶焦弦长相等，即晶体衍射中心到源狭缝点的弦长与晶体衍射中心点到实像焦点的弦长相等；满足布拉格条件的晶体表面应和聚焦圆处处重合。具体地说，罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器三者的位移始终满足下述三个条件第一，罗兰圆盘位移过程，共有源狭缝点保持同定不变，第二，晶体部件位移过程，其晶体衍射中心点的位移轨迹不变，总是处在源狭缝S点与荧光取样中心A点的一条直线上，第三，探测器在聚焦圆上位移过程，满足晶源弦长等于晶焦弦长。
根据晶体部件与罗兰圆盘之间衔接方式的不同，设计两种连续位移实施方案其一、当晶体部件随罗兰圆盘一起位移时，采用复合位移机构驱动罗兰圆盘和其上安装的晶体部件实现一种复合位移，既以衍射晶体中心轴转动，又沿源狭缝S点与荧光取样中心A点的一条直线移动，同时拉动X射线探测器在聚焦圆轨道上移动，其结构如图2所示；其二、当晶体部件与罗兰圆盘分体位移时，采用角位移机构控制罗兰圆盘以过共有源狭缝S点的轴为轴实现角位移，控制晶体部件和X射线探测器以罗兰圆心轴为轴实现角位移，其结构如图3所示。
一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的复合位移式装置，该装置由下列部件组成支撑托盘、固定行走槽、罗兰圆盘、X射线探测器、探测器拉臂、晶体部件、共用齿轮、罗兰圆盘电机；其晶体部件是在一个晶体架上可装二块曲率相同、晶面间距不同的弯曲晶体，晶体曲率可选全聚焦双曲率、柱面单曲率、对数螺线曲率；晶体种类可选LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAIP(001)、TAM(020)、ADP(101)、KAP(001)；其X射线探测器是一种集X射线探测器件、电荷灵敏及线性成形放大器，多道脉冲幅度数据采集器、探测器件高压为一体的探测器；一体化探测器中的X射线探测器件可选种类有流气或充气正比计数管、多丝正比计数器、NaI(T1)闪烁计数器、CsI闪烁计数器；其罗兰圆盘上的聚焦圆轨道的半径R可选取的取值范围为10cm≤R≤50cm。
一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的角位移式装置，该装置由下列部件组成支撑托盘、罗兰圆盘、晶体部件、晶体部件摆臂、X射线探测器、探测器摆臂、摆臂电机、罗兰圆盘电机；其晶体部件是一个晶体架上可装二块曲率相同、晶面间距不同的弯曲晶体；晶体曲率可选全聚焦双曲率、柱面单曲率、对数螺线曲率；晶体部件的晶体种类可选LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAIP(001)、TAM(020)、ADP(101)、KAP(001)；其X射线探测器是一种集X射线探测器件、电荷灵敏及线性成形放大器，多道脉冲幅度数据采集器、探测器件高压为一体的绕探测器轴自转的一体化探测器，一体化探测器中的X射线探测器件可选流气或充气正比计数管，NaI(TL)闪烁计数器，CsI闪烁计数器、其罗兰圆盘上的聚焦圆轨道的半径R可选取的取值范围为10cm≤R≤50cm。
本发明的优越性在于(a)、本发明提供一种创新装置的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法，设计有复合位移和角位移两种连续衍射分光与探测装置，更新目前采用的单一波长固定通道的分光装置，由单一波长的衍射分光与探测扩展为一定波长范围的连续衍射分光与探测。(b)、优选双曲率晶体实现X射线衍射分光，它具有全聚焦功能，衍射像可聚焦到一点或一条线；含有双曲率晶体的衍射分光机构，比平面晶体衍射分光机构具有更高的衍射强度和分辨本领，其衍射分光效率能提高三至四个数量级；波长分辨率好到千分位量级。(c)、复合位移结构的连续衍射分光与探测机构是一种机械结构的驱动装置，仅采用一个驱动电机即能实现聚焦圆、衍射晶体、X射线探测器三者之间符合罗兰条件和布拉格条件的位移，最大限度的简化衍射分光与探测机构，降低成本、易于推广应用。(d)、角位移机构的连续衍射分光与探测机构是一种伺服执行装置，由伺服电机执行聚焦圆、衍射晶体、X射线探测器的高精度的角位移，为研发双曲率晶体扫描光谱仪提供技术支撑。(e)、本发明提供的连续衍射分光与探测的控制方法及其装置可应用到同步辐射光和一定波长范围的轫致辐射连续谱线的分析。
图1为技术方案的物理基础和连续衍射分光与探测的原理示意2为一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的复合位移式装置示意图其中，2为支撑托盘；3为罗兰圆盘；4为固定行走槽；5为晶体部件；7为X射线探测器；8为探测器拉臂；9为罗兰圆盘电机；10为共有齿轮；11为平行滑块；12为固定行走槽支柱；13为聚焦圆轨道；14为单列圆锥滚子轴承；15为探测器狭缝；16为齿条；17为罗兰圆盘导向轴；18为晶体部件安装孔；19为入射线狭缝；20为拉臂移动轴；21为罗兰圆盘电机轴。
图3为一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的角位移式装置示意图其中，2为支撑托盘；3为罗兰圆盘；5为晶体部件；6为摆臂电机；7为X射线探测器；9为罗兰圆盘电机；11为平行滑块；13为聚焦圆轨道；14为单列圆锥滚子轴承；15为探测器狭缝；19为入射线狭缝；30为晶体部件摆臂；31为探测器摆臂；32为罗兰圆盘电机轴；33为罗兰圆盘圆心移动轨道槽；34为罗兰圆盘圆心轴；35为晶体部件摆臂滑块；36为探测器摆臂滑块；37为电磁控制器、38为摆臂电机固定架。
图4为一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测装置应用实施例框图其中，1为真空测量室；23为X射线入射法兰接口；24为室内外电源与信息交换接口；25为真空管路接口；26为真空部件；27为样品室；28为送样器；29为X射线激发源；40为供电电源；41为信息采集与处理器；42为仪器系统控制器；43为上位计算机；44为仪器软件包。
具体实施方式
实施例1一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的复合位移式装置，如图2所示。该装置由下列部件组成支撑托盘2它是复合位移式机构的底盘，通过固定行走槽支柱12将固定行走槽4安装在支撑托盘2上；罗兰圆盘3罗兰圆盘3是聚焦圆轨道13移动的载体，其上装有平行滑行块11以确保支撑托盘2与罗兰圆盘3的平行配置；其上还间断的开有聚焦圆轨道13，聚焦圆轨道13上装有单列圆锥滚子轴承14，在轴承14的两侧备有安装晶体部件的安装孔18；X射线探测器7X射线探测器7安装在探测器拉臂8上，可随同探测器拉臂8沿聚焦圆轨道13移动；X射线探测器7窗口前配有探测器狭缝15；探测器拉臂8探测器拉臂8内与固定行走槽4内装有相同的齿条16，齿条的一端与共用齿轮10啮合配装，拉臂的探测器端装有拉臂移动轴20、移动轴20可在聚焦圆轨道13内滑移；晶体部件5晶体部件5经由晶体部件安装孔18固定在聚焦圆轨道13上并保证衍射晶体表面与聚焦圆处处重合，晶体部件5与聚焦圆轨道13之间叠装固定行走槽4和探测器拉臂8；固定行走槽4固定行走槽4内装有齿条16，齿条16一端与共用齿轮10啮合装配，另一端配有入射线狭缝19，入射狭缝19底面的固定行走槽上装有罗兰圆盘导向轴17，导向轴17与狭缝同轴，与聚焦圆轨道13滑动装配；共用齿轮10共用齿轮10是罗兰圆盘3(含晶体部件)、X射线探测器7实现位移的推动轮并与罗兰圆盘电机轴21同轴锁紧装配，采用同一齿轮同时啮合固定行走槽4内和探测器拉臂8内的两条完全相同的齿条，保证晶源弦长与晶焦弦长的等量改变；罗兰圆盘电机9罗兰圆盘电机9与其轴上的共用齿轮10是复合位移式机构的动力源，电机轴通过单列圆锥滚子轴承14与罗兰圆盘3配接，实现罗兰圆盘3绕电机轴转动；共用齿轮10随电机9转动时，共用齿轮10与电机9沿固定行走槽4内齿条16直线移动，并拖动罗兰圆盘3沿齿条16移动，由于固定行走槽4上的罗兰圆盘导向轴17的制约，罗兰圆盘3只能绕电机轴转动式前移，实现一种复合位移；与此同时，共用齿轮10啮合探测器拉臂8内齿条16拉动探测器拉臂8上的探测器7沿聚焦圆轨道13位移。
复合位移式机构中的晶体部件是在一个晶体架上可装二块曲率相同、晶面间距不同的弯曲晶体，通过转动更换晶体；晶体曲率可选全聚焦双曲率、柱面单曲率、对数螺线曲率；晶体部件5中的晶体可选LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAIP(001)、TAM(020)、ADP(101)、KAP(001)。
复合位移式机构中的X探测器7是一种集X射线探测器件、电荷灵敏及线性成形放大器，多道脉冲幅度数据采集器、探测器件高压为一体的探测器；一体化探测器中的X射线探测器件可选种类有流气或充气正比计数管，多丝正比计数器，NaI(TL)闪烁计数器，CsI闪烁计数器。
复合位移式机构中的罗兰圆盘3上的聚焦圆轨道13的半径R取值范围为10cm≤R≤50cm。
实施例2一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的角位移式装置，如图3所示。该装置由下列部件组成支撑托盘2是角位移式机构的底盘，其上安装单列圆锥滚子轴承14和平行滑块11，平行滑块11保证支撑托盘2与罗兰圆盘3的平行配置，罗兰圆盘电机9通过轴承14装在支撑托盘2上，装在支撑托盘2上的入射狭缝19与电机9轴同轴，以电机轴32为圆心在支撑托盘2上刻有罗兰圆盘圆心移动轨道槽33。
罗兰圆盘3是聚焦圆轨道13移动的载体，其圆心装有与罗兰圆盘垂直的圆心轴34，围绕圆心轴34刻有聚焦圆轨道13；圆心轴34的一端装入支撑托盘2上的圆心移动轨道槽33内，支撑罗兰圆盘3的角位移，圆心轴34的另一端与镶有轴承的晶体部件摆臂30的轴配装，实现摆臂30绕圆心轴34摆动；聚焦圆轨道糟13内装有晶体部件摆臂滑块35、探测器摆臂滑块36，它们与聚焦轨道13滑动配合。
晶体部件摆臂30上装有电磁控制器37，由电磁控制器37控制摆臂30与罗兰圆盘3合一还是分离，摆臂30的另一端安装晶体部件5，该端与晶体部件摆臂滑块35配接，保证摆臂30与罗兰圆盘3平行，摆臂30角位移过程滑块35在聚焦园轨道13内滑行；晶体部件5上的晶体表面与聚焦圆处处重合。
X射线探测器7与探测器摆臂31，X射线探测器7的窗口前配有探测器狭缝15，它们安装在探测器摆臂31的一端，该端与探测器摆臂滑块36配接，保证摆臂与罗兰圆盘3平行，探测器摆臂31角位移过程滑块36在聚焦圆轨道13内滑行，探测器摆臂31的摆轴固定在摆臂电机6的电机轴上，由摆臂电机6控制摆臂31的角位移。
摆臂电机(6)是实现晶体部件5、X射线探测器7角位移的伺服电机，摆臂电机轴与晶体部件摆臂轴、探测器摆臂轴同轴并通过摆臂电机固定架38固定在罗兰圆盘3上，探测器摆臂轴的侧面与晶体部件摆臂轴的侧面构成面接触，由电磁控制器(37)控制两摆臂合一还是分离；晶体部件摆臂30与探测器摆臂31合一时，摆臂电机6带动两臂同时角位移，两臂分离时，摆臂电机6只带动探测器摆臂31角位移；罗兰圆盘电机9是控制罗兰圆盘角位移的伺服电机，电机轴32固定在罗兰圆盘的聚焦圆轨道13上，控制罗兰圆盘实现角位移；X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的角位移式装置的角位移过程；第一步，由罗兰圆盘电机9先把罗兰圆盘3转动一个Δθ角度，即源心半径SO1转动角Δθ度，使聚焦圆由SG1D1移到SG2D2位置(见图1)；第二步，由摆臂电机6把晶体部件摆臂30和探测摆臂31同时转2Δθ角度，即晶心半径GiOi和像心半径PiOi同时转动2Δθ角度，(或说晶旋角和像旋角同时改变2Δθ角)晶体部件5由G1移动到G2位置，完成晶体部件5定位，第三步，只把探测器摆臂3再转动2Δθ角度，通过像心半径DiOi的二次转动(或说通过像旋角的4Δθ改变)把探测器7由D1位置移到D2位置，完成探测器定位，Δθ角度的取值是连续分析的两个X射线衍射角的差值，如由钙元素分析到铁元素分析时，Δθ角度即是钙、铁特征线衍射角的差值。
角位移式装置的晶体部件5是一个晶体架上可装二块曲率相同、晶面间距不同的弯曲晶体，通过转动更换晶体；晶体曲率可选全聚焦双曲率、柱面单曲率、对数螺线曲率；晶体部件(5)的晶体种类可选LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAIP(001)、TAM(020)、ADP(101)、KAP(001)。
角位移式装置的X射线探测器(7)是一种集X射线探测器件、电荷灵敏及线性成形放大器，多道脉冲幅度数据采集器、探测器件高压为一体的绕探测器轴自转的一体化探测器；一体化探测器中的X射线探测器件可选流气或充气正比计数管，NaI(TL)闪烁计数器，CsI闪烁计数器。
角位移式装置的罗兰圆盘电机9、摆臂电机6，根据分析元素的需要可选伺服电机、步进电机、普通直流电机。
应用实例下述实施应用例只说明本发明的一种应用，它对本发明并无任何限制。该实施应用例见示意图4，其组成包括(一)、分光测量室1内部安装复合位移式结构的连续衍射分光与探测装置，其外部备有X射线入射法兰接口23、室内外电源与信息交换接口24、真空管路接口25。(二)、通过分光测量室上的真空管路接口与抽真空部件26对接，实现分光测量室处在动态低真空状态。(三)、通过分光测量室上的X射线入射法兰接口与样品室27对接，提供等待衍射分光的特征X射线，样品室27连接送样器28和X射线激发源29。(四)、通过分光测量室上的电源与信息交换接口，由电源线连通室内所需的供电电源40；由电缆通讯线连通信息采集与处理器41、仪器系统控制器42。(五)、信息采集与处理器41和仪器系统控制器42之间由信息与控制线连通，仪器系统控制器42通过标准接口与上位分析计算机43连通，实现数据采集和人机对话与控制；(六)、仪器所需软件包44。
权利要求
1.一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法，其特征在于在一个特制的可位移的具有聚焦圆轨道的罗兰圆盘上，实现晶体部件和X射线探测器能同时满足罗兰条件和布拉格条件的跟随位移，通过罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器的位移过程完成对X射线的连续衍射分光与探测；罗兰条件要求弯曲晶体应该是半径2R的柱面反射器，源狭缝、晶体衍射中心、衍射线的实像焦点应处在同一个半径为R的聚焦圆上，其R取值范围为10cm≤R≤50cm，聚焦圆就是源狭缝、以及衍射线的实像焦点的轨迹；晶体部件和X射线探测器在移动中时时满足晶源弦长与晶焦弦长相等，即晶体衍射中心点到源狭缝点的弦长与晶体衍射中心点到实像焦点的弦长相等；满足布拉格条件的晶体表面应和聚焦圆处处重合；具体地说，罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器三者的位移始终满足下述三个条件第一，罗兰圆盘位移过程，共有源狭缝点保持固定不变，第二，晶体部件位移过程，其晶体衍射中心点的位移轨迹不变，总是处在源狭缝点与荧光取样中心点的一条直线上，第三，探测器在聚焦圆上位移过程，满足晶源弦长等于晶焦弦长。
2.一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的复合位移式装置，包括晶体部件(5)、X射线探测器(7)；其特征在于该装置由支撑托盘(2)、罗兰圆盘(3)、固定行走槽(4)、晶体部件(5)、X射线探测器(7)、齿条(16)、探测器拉臂(8)、共有齿轮(10)、罗兰圆盘电机(9)组成，各部件的具体结构及各部件间的连接关系如下支撑托盘(2)它是复合位移式装置的底盘，通过固定行走槽支柱(12)将固定行走槽(4)安装在支撑托盘(2)上；罗兰圆盘(3)罗兰圆盘(3)是聚焦圆轨道(13)移动的载体，其上装有平行滑行块(11)以确保支撑托盘(2)与罗兰圆盘(3)保持平行配置；其上还间断的开有聚焦圆轨道(13)，聚焦圆轨道(13)上装有单列圆锥滚子轴承(14)，在轴承(14)两侧备有晶体部件安装孔(18)；X射线探测器(7)X射线探测器(7)安装在探测器拉臂(8)上，可随同探测器拉臂(8)沿聚焦圆轨道(13)移动；X射线探测器(7)窗口前配有探测器狭缝(15)；探测器拉臂(8)探测器拉臂(8)内与固定行走槽(4)内装有相同的齿条(16)，齿条的一端与共用齿轮(10)啮合配装，拉臂的探测器(7)端装有拉臂移动轴(20)、移动轴(20)可在聚焦圆轨道(13)内滑移；晶体部件(5)晶体部件(5)经由晶体部件安装孔(18)固定在聚焦圆轨道(13)上并保证衍射晶体表面与聚焦圆处处重合，晶体部件(5)与聚焦圆轨道(13)之间叠装固定行走槽(4)和探测器拉臂(8)；固定行走槽(4)固定行走槽(4)内装有齿条(16)，齿条(16)一端与共用齿轮(10)啮合装配，另一端配有入射线狭缝(19)，入射狭缝(19)底面的固定行走槽(4)上装有罗兰圆盘导向轴(17)，导向轴(17)与狭缝同轴，与聚焦圆轨道(13)滑动装配，导向轴(17)制约罗兰圆盘转动；共用齿轮(10)共用齿轮(10)是罗兰圆盘(3)(含晶体部件)、X射线探测器(7)实现位移的推动轮并与罗兰圆盘电机轴(21)同轴锁紧装配，采用同一齿轮同时啮合固定行走槽(4)内和探测器拉臂(8)内的两条完全相同的齿条(16)，保证晶源弦长与晶焦弦长的等量改变；罗兰圆盘电机(9)罗兰圆盘电机(9)与其轴上的共用齿轮(10)是复合位移式装置的动力源，电机轴通过单列圆锥滚子轴承(14)与罗兰圆盘(3)配装，实现罗兰圆盘(3)绕电机轴转动；共用齿轮(10)随电机(9)转动时，共用齿轮(10)与电机(9)沿固定行走槽(4)内齿条(16)直线移动，并拖动罗兰圆盘(3)沿齿条(16)移动，由于固定行走槽(4)上的罗兰圆盘导向轴(17)的制约，罗兰圆盘(3)只能绕电机轴转动式前移，实现一种复合位移；与此同时，共用齿轮(10)啮合探测器拉臂(8)内齿条(16)拉动探测器拉臂(8)上的探测器(7)沿聚焦圆轨道(13)位移。
3.如权利要求2所述的复合位移式装置，其特征在于晶体部件(5)是表面曲率为1/R，晶面曲率为1/2R的弯曲晶体，R半径的取值范围10cm≤R≤50cm；晶体部件(5)可为在一个晶体架上可装二块曲率相同、晶面间距不同的弯曲晶体，通过转动更换晶体；晶体曲率可选全聚焦双曲率、柱面单曲率、对数螺线曲率；晶体部件(5)中的晶体可选LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAIP(001)、TAM(020)、ADP(101)、KAP(001)。
4.如权利要求3所述的复合位移式装置，其特征在于X探测器是一种集X射线探测器件、电荷灵敏及线性成形放大器，多道脉冲幅度数据采集器、探测器件高压为一体的探测器；一体化探测器中的X射线探测器件可选种类有流气或充气正比计数管、多丝正比计数器、NaI(TL)闪烁计数器、CsI闪烁计数器。
5.如权利要求4所述的复合位移式装置，其特征在于罗兰圆盘(3)上的聚焦圆轨道(13)的半径R取值范围为10cm≤R≤50cm。
6.一种X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的角位移式装置，包括晶体部件(5)、X射线探测器(7)，其特征在于该装置由支撑托盘(2)、罗兰圆盘(3)、罗兰圆盘电机(9)、晶体部件(5)、晶体部件摆臂(30)、X射线探测器(7)、探测器摆臂(31)、摆臂电机(6)、源狭缝(19)组成，各部件的具体结构及各部件间的连接关系如下支撑托盘(2)支撑托盘(2)是角位移式装置的底盘，其上安装单列圆锥滚子轴承(14)和支撑滑块(11)，支撑滑块(11)保证支撑托盘(2)与罗兰圆盘(3)的平行配置，罗兰圆盘电机(9)通过轴承(14)装在支撑托盘(2)上，装在支撑托盘(2)上的入射狭缝(19)与电机(9)轴同轴，以电机轴(32)为圆心在支撑托盘上刻有罗兰圆盘圆心移动轨道槽(33)；罗兰圆盘(3)罗兰圆盘(3)是聚焦圆轨道(13)移动的载体，其圆心装有与圆盘(3)垂直的圆心轴(34)，围绕圆心轴(34)刻有聚焦圆轨道(13)；圆心轴(34)的一端装入支撑托盘(2)上的圆心移动轨道槽(33)内，支撑罗兰圆盘(3)角位移，圆心轴(34)的另一端与镶有轴承的晶体部件摆臂(30)轴配装，实现摆臂(30)绕圆心轴(34)摆动；聚焦圆轨道(13)内装有晶体部件摆臂滑块(35)、探测器摆臂滑块(36)，它们与聚焦轨道(13)滑动配合；晶体部件(5)与晶体部件摆臂(30)晶体部件摆臂(30)上装有电磁控制器(37)，由电磁控制器(37)控制晶体部件摆臂(30)与罗兰圆盘(3)合一还是分体，摆臂(30)的非轴端安装晶体部件(5)，该端与晶体部件摆臂滑块(35)配接，保证摆臂(30)与罗兰圆盘(3)平行，摆臂(30)角位移过程滑块(35)在聚焦园轨道槽(13)内滑行；晶体部件(5)上的晶体表面与聚焦圆处处重合；X射线探测器(7)与探测器摆臂(31)X射线探测器(7)配有探测器狭缝(15)，安装在探测器摆臂(31)的一端，该端与探测器摆臂滑块(36)配接，保证摆臂与罗兰圆盘(3)平行，摆臂(31)角位移过程滑块(36)在聚焦圆轨道槽(13)内滑行，探测器摆臂(31)的摆轴固定在摆臂电机(6)的电机轴上，由摆臂电机(6)控制探测器摆臂(31)的角位移。摆臂电机(6)摆臂电机(6)是实现晶体部件(5)、X射线探测器(7)角位移的伺服电机，摆臂电机轴与晶体部件摆臂轴、探测器摆臂轴同轴固定在罗兰圆盘(3)上，探测器摆臂轴的侧面与晶体部件摆臂轴的侧面构成面接触，由电磁控制器(37)控制两摆臂合一还是分离；晶体部件摆臂(30)与探测器摆臂(31)合一时，摆臂电机(6)带动两臂同时角位移，两臂分离时，摆臂电机(6)只带动探测器摆臂(31)角位移；罗兰圆盘电机(9)罗兰圆盘电机(9)是控制罗兰圆盘角位移的伺服电机，电机轴(32)固定在罗兰圆盘的聚焦圆轨道(13)上，控制罗兰圆盘实现角位移；X射线的弯曲晶体连续衍射分光与探测的角位移式机构的角位移过程；第一步，由罗兰圆盘电机(9)先把罗兰圆盘(3)转动一个Δθ角度，使聚焦圆由SG1D1移到SG2D2位置；第二步，由摆臂电机(6)把晶体部件摆臂(30)和探测器摆臂(31)同时转二倍的Δθ角度，晶体部件(5)由G1移动到G2位置，完成晶体部件(5)定位，第三步，只把探测器摆臂(31)再转动二倍Δθ角度，通过二次角位移把探测器(7)由D1移到D2位置，完成探测器定位，Δθ角度的数值是连续分析的两种波长X射线衍射角的差值。
7.如权利要求6所述的角位移式装置，其特征在于晶体部件(5)是在一个晶体架上可装二块曲率相同、晶面间距不同的弯曲晶体，通过转动更换晶体；晶体曲率可选全聚焦双曲率、柱面单曲率、对数螺线曲率；晶体部件(5)的晶体种类可选LiF(200)、LiF(220)、Ge(111)、PET(002)、TAIP(001)、TAM(020)、ADP(101)、KAP(001)。
8.如权利要求7所述的角位移式装置，其特征在于X射线探测器(7)是一种集X射线探测器件、电荷灵敏及线性成形放大器，多道脉冲幅度数据采集器、探测器件高压为一体的绕探测器轴自转的一体化探测器；一体化探测器中的X射线探测器件可选流气或充气正比计数管，NaI(TL)闪烁计数器，CsI闪烁计数器，
9.如权利要求8所述的角位移式装置，其特征在于罗兰圆盘电机(9)、摆臂电机6，根据分析元素的需要可选伺服电机、步进电机、普通直流电机。
全文摘要
本发明展示的一种弯曲晶体连续衍射分光与探测的控制方法及其实现该方法的装置，其特征在于通过罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器三者符合罗兰条件和布拉格条件的连续位移，实现对X射线的连续衍射分光与探测；当晶体部件与聚焦圆轨道一块位移时，采用复合位移机构实现三者的位移；当晶体部件与聚焦圆轨道分开位移时，采用角位移机构实现三者的位移。本发明的优点在于①弯曲晶体连续衍射分光与探测装置更新目前采用的单一波长固定通道的分光结构，由单一波长的衍射分光与探测扩展为一定波长范围的连续衍射分光与探测；②采用双曲率晶体实现X射线衍射分光，比平晶衍射分光具有更高的衍射强度和分辨本领，其衍射分光效率能提高三至四个数量级，波长分辨率好到千分位量级；③复合位移机构仅采用一个驱动电机即能实现罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器三者之间符合罗兰条件和布拉格条件的位移，最大限度的简化衍射分光与探测机构，降低成本、易于推广应用；④角位移机构由伺服电机执行罗兰圆盘、晶体部件、X射线探测器的高精度角位移，为实现双曲率晶体扫描光谱仪提供技术支撑。本装置可推广应用在同步辐射光束线上的X射线光谱分析和一定波长范围的轫致辐射连读谱的分析。
文档编号G01N23/207GK101093200SQ20071010687
公开日2007年12月26日 申请日期2007年5月14日 优先权日2007年5月14日
发明者姜文贵, 宋欣, 戚士元, 邹湘 申请人:北京逸东机电技术开发有限公司