X射线分析装置和x射线分析方法

专利名称：X射线分析装置和x射线分析方法
技术领域：
本发明涉及X射线设备和X射线分析方法。
背景技术：
例如手持式X射线荧光(XRF)仪的X射线设备是公知的，用于这些设备的各种屏蔽物也是公知的。请參阅美国专利号7, 430，274,7, 375，359,7, 375，358,6, 965，118和7,671,350以及W000/37928，在此通过引用将上述专利文献全部并入。并请參阅公开的美国申请号 US-2008-015079。 用于这些设备的屏蔽物通常连接到设备的前部(no se)，以保护设备的用户免受辐射。辐射极限通常根据规章设定，因管辖区域不同有所不同。具有低功率X射线管(例如低于4瓦特并且产生大约40keV能量的X射线)的手持式XRF设备不像ー些エ业领域使用的带有较大功率X射线管(例如产生50keV或更高能量的X射线)的设备那样关心是否达到辐射极限。这是由于在管电压为50kV或更高的情况下，产生的X射线辐射大多在40keV和50keV之间。难以在维持手持式设备所需的小尺寸和最轻重量的情况下屏蔽这些能量。因而，与较低电压的便携式XRF设备相比，从这些设备发射出更多X射线。此外，40keV-50keV的X射线更可能在试样内多次散射，而不是被试样吸收，然后被导向返回至操作人员。而且，在一些设备中，X射线管输出的功率是变化的(例如在40keV和50keV之间)。

发明内容
介绍了在发射X射线的设备的尾部上具有外部屏蔽物的一些便携式XRF设备。和拿开外部屏蔽物相比，虽然该屏蔽物能够减小设备外部的辐射水平，但是使用外部屏蔽物具有ー些缺点。用户可能把屏蔽物放错位置或者从设备上拿开。一些屏蔽物设计笨重，会干扰设备的正常使用，特别是在测试较小试样吋。可能难以将便携式XRF设备放置为使试样的期望区域受到照射。而且，屏蔽物通常会増加XRF设备的重量，对エ效因素造成负面影响，由于外部増加的屏蔽物通常位于手枪状XRF设备的尾部，使得设备尾部沉而且不平衡。如果用户在未安装屏蔽物的情况下操作较高功率的XRF设备，用户通常不知道自己是否暴露在最大允许辐射量中，而且也不知道自己的当前使用时间以及自己的当前使用时间和所允许的最大辐射量的关系。通常，在由XRF设备的使用地区的授权机构所维护的规范内规定最大允许福射量。特征是ー种XRF分析装置，包括壳体，该壳体具有要导向至试样的穿透辐射的源以及用于检测来自试样的荧光辐射的检测器。屏蔽物连接到壳体以保护用户免受辐射。安全联锁部用于检测屏蔽物是否连接到壳体。控制器对安全联锁部作出响应，用于监测辐射源在屏蔽物未连接到壳体的情况下大于或等于预定功率水平(例如50keV)的使用，以及在监测到的穿透辐射源在屏蔽物未连接到壳体的情况下的大于或等于预定功率水平的使用超过ー个或多个预定阈值时提供输出信号。
在一个例子中，预定阈值是最大允许剂量的第一百分比(例如小于5%)。当监测到的源的使用超过最大允许剂量的该第一百分比时，提供的输出信号包括通知用户监测到的使用和最大允许剂量的百分比的第一通知或消息。另ー个预定阈值是最大允许剂量的第ニ百分比(例如小于15%)。当监测到的源的使用超过该百分比时，提供的输出信号用于提供第二通知给用户。又一个预定阈值是最大允许剂量的第三百分比(例如50%或更低)，而且，当监测到的源的使用超过最大允许剂量的该百分比时，提供的输出信号用于禁止源在大于或等于预定功率水平的功率水平下工作直到屏蔽物连接到壳体为止。再ー预定阈值是最大允许剂量的第四百分比(例如约100%)，而且，当监测到的源的使用超过最大允许剂量的该百分比时，输出信号用于即便连接了屏蔽物也禁止源在任何功率水平下工作。安全联锁部可包括和屏蔽物关联的电路，该电路在屏蔽物连接到壳体时提供信号给控制器。在一种实现方式中，屏蔽物上具有接触部以和该电路通信，壳体包括用于传送信号的接触部。一种根据本发明的X射线分析方法，包括检测X射线设备何时包括与之连接的屏 蔽物；确定X射线设备是否在未连接屏蔽物的情况下在等于或大于预定功率水平的功率水平下工作；监测设备在未连接屏蔽物的情况下等于或大于预定功率水平的使用；以及当监测到的设备在未连接屏蔽物的情况下的等于或大于预定功率水平的使用超过ー个或多个预定阈值时采取ー个或多个动作。在ー些方面中，本发明的一个优选实现涉及用于检测屏蔽物何时连接到手持式XRF设备的安全联锁部，如果没有连接屏蔽物，则监测使用时间，并在使用时间超过或达到最大允许辐射照射的预定百分比时采取动作。可基于具体的允许极限或工程政策在エ厂设定或者由管理人员来设定允许的照射水平和操作人员达到某个照射极限水平(即5%、10%、50%)时的警告。优选地，改变该设定的访问是受密码保护的。然而，在其它实施例中，本发明不需实现所有这些目的，其权利要求不应限于能够实现这些目的的结构和方法。


根据下文对优选实施例的描述和附图，本领域技术人员将理解其它目的、特征和益处，附图中图I是示出和根据本发明示例的XRF仪关联的主要部件的示意图；图2是显示和图I所示控制器的处理关联的主要步骤的流程图；图3是示出XRF仪以及要连接到该XRF仪的相应屏蔽物的示意正视图；图4是示出连接到XRF仪的屏蔽物的示意侧视图；以及图5是示出屏蔽物如何与XRF仪之间机械耦合和电耦合的另ー示意侧视图。
具体实施例方式除了下文公开的优选实施例外，本发明还可有其它实施例并可以各种方式实现和实行。因而，应该理解，本发明申请不限于下面说明书或附图所阐述的结构和构件布局的细节。如果此处仅描述了一个实施例，那么，权利要求不限于该实施例。此外，除非有清楚可信的证据佐证某些排除、限制或权利放弃，不应限制性地解读权利要求。
图I示出X射线分析装置的示例,该具体示例为手持式“敞束型”XRF仪10,该XRF仪10包括具有显示屏14的枪形壳体12，壳体12内包含X射线源16、检测器18、用于分析检测器18检测到的辐射的数字信号处理子系统20及其它部件。敞束系统是主要射线束(primary beam)离开设备并照射在试样上的系统,试样不在用于屏蔽的壳体内。源16生成传递到试样的(例如8keV-50keV之间的)X射线，检测器18检测来自试样的荧光辐射以分析试样的元素构成。如处理器或微处理器的处理装置22或者其它计算机化设备及其它设备控制源16的操作，并且把DSP 20分析的数据呈现在显示屏14上。请注意，显示屏14可以是用于传递数据的其它类型的指示装置，如使用音频消息的扬声器或指示灯。XRF仪的适当示例为可从Olympus Innov-X(Woburn, MA)购得的XRF分析仪产品的Delta系列。如上所述，屏蔽物24连接到壳体12，以保护用户免受辐射。本发明公开所用的“屏蔽物”一词意在指代防止XRF仪的用户免于暴露在“最大允许剂量”的辐射之中的设备。屏 蔽物的例子可以为例如铅的X射线吸收材料，或者为保持用户和X射线源之间的最小距离的偏移装置。一方面，本发明的特征是用于检测屏蔽物24何时连接到壳体12上的安全联锁部30。控制器22对安全联锁部30做出响应并用于监测源16在安全联锁部30检测到未连接屏蔽物24的情况下大于或等于预定功率水平(例如40keV或50keV)的使用。当监测到的在未连接屏蔽物的情况下的预定功率水平的使用超过ー个或多个预定阈值时，控制器22还用于提供一个或多个输出信号。所述输出信号的功能可不同，从提供简单消息或警告到中断继续以一个或多个功率水平甚至是所有功率水平使用仪器。触发监测功能的预定功率水平可以在エ厂设定、由监管人员设定或者由用户设定。预定阈值可依赖于允许的辐射极限，也可在エ厂设定、由监管人员设定或者由用户设定，在任何情况下，预定阈值的设定优选需要密码以防止未经授权的访问。在一个示例中，下表I列出控制器22针对50keV操作输出的信号
监测条件信号
使用时间大于或等于最消息推荐使用屏蔽物，并报告使用
_大允许剂量的2% _时间及最大允许剂量的百分比
使用时间大于或等于最消息稚荐使用屏蔽物，并提供表示大允许剂量的10%用户已受到最大允许剂量的10%的
警告
使用时间大于或等于最禁止以50keV使用，并通知用户
大允许剂量的20%__
使用时间大于或等于最禁止以所有功率水平使用大允许剂量I表I
通常，辐射水平不是由设备直接监测的，而是基于在设备周围的各个距离和位置测量的作为源功率水平的函数的已知辐射水平。因而，例如，采用每天8小时、每周5天、每年50周并因此每年总使用时间为2000小时的最大操作人员使用时间是保守的。软件和处理器记录在没有屏蔽物的情况下设备的总使用时间，并乘以已知的辐射水平(通常单位为mrem/小时或uSv/小时),以确定任何特定时间的最大照射量。然后，可使用表I把基于最大照射水平的警告呈现给操作人员。这是基于处理器的系统这一事实提供了额外的益处和灵活性。对于其它的管功率水平，可以容易地根据测量值按比例得出辐射照射水平。处理器22和软件可执行该功能，以在任何时间都得到更好的照射估计，而不使用基于最大源功率的測量值。此外，由于共享 许多个便携式XRF设备，所以可以跟踪使用不同登录名和密码的多个操作人员。因而，在本例中，处理器22被编程为在图2的步骤50检测仪器是否以50keV操作，在检测为是的情况下，在步骤52检测是否存在屏蔽物。如果存在屏蔽物和/或操作低于50keV，那么在步骤54继续正常操作。如果设备以50keV操作而且没有屏蔽物，那么在步骤56监测使用时间并将使用时间和ー个或多个极限进行比较。根据不同阈值可在步骤58把使用时间提供给用户作为通知。在步骤60，如果使用时间大于或等于某个极限，那么在步骤62再次通知用户和/或如上所述产生中断功能以禁止50keV操作。在ー个具体示例中，表I的预定阈值是可变的，而且可在エ厂设定、由监管人员设定或由用户设定。这也适用于表I所列的百分比(例如2%、10%、20%等)。推荐第一通知百分比小于5%和第二通知百分比小于15%。在没有屏蔽物的情况下，中断50keV操作的百分比可设定为小于50%，中断任何功率水平的操作可设定在最大允许使用的100%或接近100%。图3-5示出ー个示例，其中，屏蔽物24包括电路(连接到阳引脚，图5)，在阳引脚容纳在图4所示的壳体12中的阴插座22中吋，该电路向图I的控制器22提供信号。当没有屏蔽物吋，不向图I的控制器22提供信号。存在附加I2C模块以及建立在标识寄存器中的钥匙用于提醒控制器软件存在另外的屏蔽物，因而启动50keV模式是安全的。图5中的引脚(如pogo引脚)70与设备的示为图4中72的主外部接ロ建立电连接。也可使用其它导电连接。I2C硅序列号芯片指示防护到位。要注意，可使用许多种技术来检测屏蔽物24的存在，如嵌入式霍尔效应或者光学传感器。此外，无意将存在检测系统的电接ロ限制于示例I2C模块。屏蔽或防护也可存在于测试台或工作站上，因而，图中所示屏蔽物不是对本发明的必要限定。在这种情况下，本发明确定设备是否位于(包括屏蔽物的)测试台或工作站上。在一优选实施例中，运行在控制器22上的软件的功能指标如下。在エ厂，用户接ロ允许技术人员修改如下的屏蔽选项a)总是要求在连接到工作站的情况下操作仪器，b)总是要求存在屏蔽或工作站，或者c)监测使用并提供警告(如上所述)。通常缺省设置总是要求屏蔽。用户菜单允许标示为“允许水平”的选项，该选项有两个可设置參数最大允许剂量和単位(mSv或mR)。如果用户改变单位，则弹出如下内容的警告对话框，“请确认使用所选单位的最大剂量输入是正确的(ImSv=IOOmR)'软件以秒为单位计算并存储达到预定总照射时间极限所需的时间，在本示例中为每年的预定总照射时间。假定最大剂量为15mR/小时或者O. 15mSV/小时，那么，时间极限(秒)=最大允许剂量X 240 (最大允许剂量单位为mR)
(I)或者时间极限(秒)=最大允许剂量X 24000 (最大允许剂量单位为mSv)(2)软件以秒为单位记录分析仪在不使用屏蔽物的情况下以50keV操作的时间量并对一天之中的使用时间求和。优选软件通常至少保持一年中的毎日使用总和的単独数据并存储流水的年使用时间，年使用时间是上一日历年的任一日使用(使用时间)总和。优选 地，每次读数使用实际经过的时间，然而，在测试开始之前存储最长测试(使用)时间并假定所有测试持续最长时间要简单的多。如果选择了总是要求工作站或者总是要求探测器屏蔽选项，除非分析仪连接到手部屏蔽物或者工作站，否则将禁止50keV操作。如果选择了监测使用选项，软件将检查用以与时间极限相比的使用时间并根据下述的监测和通知过程提供操作。在任何50keV测试开始时，软件比较使用时间和时间极限。如果使用时间大于或等于时间极限的2%，毎次校准检查后显示下面消息“根据您在50keV射线束设定下的XRF使用，您的手可能已受到等于您年允许剂量2%的最大辐射照射。我们建议继续操作时使用探測器屏蔽物”。用户在继续测试之前必须先处理掉该消息。如果使用时间大于或等于时间极限的10%，校准检查后显示下面消息“根据您在50keV射线束设定下的XRF使用，您的手可能已受到等于您年允许剂量10%的最大辐射照射。按当地或国家规章，在这种情况下可要求您监测并记录您的剂量。我们建议继续操作时进行放射量測定。我们还建议使用探測器屏蔽物”。同样地，用户在继续测试之前必须先处理掉该消息。如果使用时间大于或等于时间极限的20%，除非安装了手部屏蔽物或者工作站，否则不允许50keV操作。毎次试图进行50keV测试时会显示下面消息“根据您在50keV射线束设定下的XRF使用，您的手可能已受到等于您年允许剂量20%的最大辐射照射。不使用手部屏蔽物或者不在工作站内，该设备不能以50keV操作。请连接手部屏蔽物或者联系エ厂以获得更多信息”。用户可以清除该消息，但是，毎次用户试图不使用手部屏蔽物开始测试时该消息都会再次出现。如果用户然后以40keV操作设备，可能显示下面消息“根据您在50keV射线束设定下的XRF使用，您的手可能已受到等于您年允许剂量20%的最大辐射照射。继续以40keV模式操作将需要放射量測定”。用户必须清除该消息才能继续以40keV进行测试。如果使用时间大于或等于时间极限，不允许开始测试。因而，无论所选功率水平如何，设备都不能操作。对于每次测试尝试，显示下面消息“根据您在50keV射线束设定下的XRF使用，您的手可能已受到等于您年允许剂量的最大辐射照射，不建议在工作站之外进行操作”。虽然本发明的具体特征显示在一些附图中，而其它附图未显示这些特征，这仅为便利之需，每个特征可以和根据本发明的任何其它特征或所有其它特征组合。此处使用的“包括”、“具有”和“带有”这些词应做宽泛全面解释，不限于任何物理互联。此外，本发明申请所公开的任何实施例都不应视为仅有的可能实施例。此外，本专利申请处理过程中对本专利所进行的任何修改不是对申请时提交的本发明中的任何权利要求元素的权利放弃，这是由于，要求本领域技术人员写出字面上包括所有可能等同替换的权利要求是不合情理的，进行修改时是不能预见到很多等同替换的，因而这些等同替换是超越对要放弃(如需放弃的话)的权利的公平阐释的，修改所基于的解释可能仅和许多等同替换稍有关联，并且/或者有许多其它原因使得不能期望申请人描 述所修改的权利要求元素的非实质性替代。本领域技术人员可想到其它实施例，这些实施例包括在下面权利要求的范围内。
权利要求
1.一种XRF分析装置，包括 壳体，包括 要导向至试样的穿透辐射的源，以及 用于检测来自所述试样的荧光辐射的检测器； 屏蔽物，能够连接到所述壳体以保护用户免受辐射； 安全联锁部，用于检测所述屏蔽物何时连接到所述壳体；以及 控制器，对所述安全联锁部作出响应，用于 监测所述穿透辐射的源在所述屏蔽物未连接到所述壳体的情况下的大于或等于预定功率水平的使用；以及 在监测到的所述穿透辐射的源在所述屏蔽物未连接到所述壳体的情况下的大于或等于所述预定功率水平的使用超过一个或多个预定阈值时，提供输出信号。
2.根据权利要求I所述的XRF分析装置，其中，所述预定阈值包括最大允许剂量的第一百分比，而且，当监测到的所述源的使用超过最大允许剂量的所述第一百分比时，所提供的输出信号包括将监测到的使用和最大允许剂量的该百分比通知给用户的第一通知。
3.根据权利要求2所述的XRF分析装置，其中，所述第一百分比小于5%。
4.根据权利要求2所述的XRF分析装置，其中，所述预定阈值包括最大允许剂量的第二百分比，而且，当监测到的所述源的使用超过最大允许剂量的所述第二百分比时，所提供的输出信号包括将监测到的使用和最大允许剂量的该百分比通知给用户的第二通知。
5.根据权利要求4所述的XRF分析装置，其中，所述第二百分比小于或等于15%。
6.根据权利要求I所述的XRF分析装置，其中，所述预定阈值包括最大允许剂量的第三百分比，而且，当监测到的所述源的使用超过最大允许剂量的所述第三百分比时，所提供的输出信号用于禁止所述源在大于或等于所述预定功率水平的功率水平下工作直到所述屏蔽物连接到所述壳体为止。
7.根据权利要求6所述的XRF分析装置，其中，所述第三百分比小于或等于50%。
8.根据权利要求6所述的XRF分析装置，其中，所述预定阈值包括最大允许剂量的第四百分比，而且，当监测到的所述源的使用超过最大允许剂量的所述第四百分比时，所提供的输出信号用于即便连接了所述屏蔽物也禁止所述源在任何功率水平下工作。
9.根据权利要求8所述的XRF分析装置，其中，所述第四百分比在50%和100%之间。
10.根据权利要求I所述的XRF分析装置，其中，所述预定功率水平是50keV。
11.根据权利要求I所述的XRF分析装置，其中，所述安全联锁部包括与所述屏蔽物关联的电路，所述电路在所述屏蔽物连接到所述壳体时提供信号给所述控制器。
12.根据权利要求11所述的XRF分析装置，其中，所述安全联锁部还包括所述屏蔽物上的用于和所述电路通信的导电接触部，所述壳体包括用于传送所述信号的导电接触部。
13.—种X射线分析方法，包括 检测X射线设备何时连接有屏蔽物； 确定所述X射线设备是否在未连接所述屏蔽物的情况下以等于或大于预定功率水平的功率水平工作； 监测所述设备在未连接所述屏蔽物的情况下的等于或大于所述预定功率水平的使用；以及当监测到的所述设备在未连接所述屏蔽物的情况下的使用超过一个或多个预定阈值时，采取一个或多个动作。
14.根据权利要求13所述的X射线分析方法，其中，所述预定阈值之一是最大允许剂量的第一百分比，而且，当监测到的所述设备的使用超过最大允许剂量的所述第一百分比时，所述动作包括提供通知给用户。
15.根据权利要求14所述的X射线分析方法，其中，所述第一百分比小于5%。
16.根据权利要求13所述的X射线分析方法，其中，所述预定阈值之一是最大允许剂量的第二百分比，而且，当监测到的所述设备的使用超过最大允许剂量的所述第二百分比时，所述动作包括提供第二通知给用户以将监测到的使用和最大允许剂量的该百分比通知给用户。
17.根据权利要求16所述的X射线分析方法，其中，所述第二百分比小于或等于15%。
18.根据权利要求13所述的X射线分析方法，其中，所述预定阈值之一是最大允许剂量的第三百分比，而且，当监测到的所述设备的使用超过最大允许剂量的所述第三百分比时，所述动作是禁止所述设备在等于或大于所述预定功率水平的功率水平下工作直到所述屏蔽物连接到所述设备为止。
19.根据权利要求18所述的X射线分析方法，其中，所述第三百分比小于或等于50%。
20.根据权利要求13所述的X射线分析方法，其中，所述预定阈值之一是最大允许剂量的第四百分比，而且，当监测到的所述设备的使用超过最大允许剂量的所述第四百分比时，所述动作是即便连接了所述屏蔽物也禁止所述设备在任何功率水平下工作。
21.根据权利要求20所述的X射线分析方法，其中，所述第四百分比小于或等于100%。
22.根据权利要求13所述的X射线分析方法，其中，所述预定功率水平是50keV。
23.根据权利要求13所述的X射线分析方法，其中，检测所述X射线设备何时连接有所述屏蔽物包括在所述屏蔽物连接到所述设备时，所述屏蔽物提供信号给所述设备。
全文摘要
一种XRF分析装置和X射线分析方法，包括壳体，该壳体具有要导向至试样的穿透辐射的源以及用于检测来自试样的荧光辐射的检测器。屏蔽物能够连接到壳体以保护用户免受辐射，以及安全联锁部用于检测屏蔽物是否连接到壳体。控制器对安全联锁部作出响应，用于监测辐射源在屏蔽物未连接到壳体情况下大于或等于预定功率水平的使用，以及在监测到的穿透辐射源在屏蔽物未连接到壳体的情况下的大于或等于预定功率水平的使用超过一个或多个预定阈值时提供输出信号。
文档编号G01N23/223GK102854209SQ20121019001
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月8日 优先权日2011年7月1日
发明者唐·萨基特 申请人:奥林巴斯Ndt公司