一种X射线准直定位调节装置及系统的制作方法

本发明涉及x射线准直定位技术领域，尤其涉及一种x射线准直定位调节装置及系统。

背景技术：

从x射线管发出的x光一般以较大的角度呈圆锥状射出，在照射到被分析物体之前，往往需要调整光线形状，而这就是x射线准直器的作用。在医疗设备中，如ct机，为了缩小照射面积，减少可能的辐射损害，需要对x射线准直调节。在中国专利cn201310715096中，通过在第一插板和第二插板上形成通孔，将圆锥状x射线变成了平行的线束。有时准直器的作用仅限于调整光路的大小，如中国专利cn200510086456，通过设置上下、左右四个方向调整板的位置，改变x射线光路的形状，但是对x射线的照射方向没有影响。注意到中国专利cn201410113078提出了一种通过挡块形状设计，提高通孔对齐精度的方法。目前有关x射线准直器的设计主要考虑对线束形状的改变，以满足医疗器械的需要。

xrd(x-raydiffraction,x射线衍射)是一种利用x射线的衍射现象分析物质组成结构的仪器。当一束x射线照射在粉末样品上时，在光线的反射或透射光路上放置成像板，可以在成像板上观测到衍射图。衍射图的成像规律与被测粉末样品的晶体结构有关。因此通过分析衍射图的特征信息就可以获得待测样品的物质结构信息。xrd广泛应用在材料、冶金、水泥、矿产等领域。

目前，xrd分析仪器主要工作在室内环境下，其基本结构包括x射线源、滤光片、载物台、探测器和测角仪。一般情况下，探测器采用高灵敏度的半导体探测器，例如锂漂移硅或锂漂移锗等。这些探测器属于一维探测器，只能在一个固定角度的反射光路或透射光路上探测衍射光子。xrd分析需要获得在不同反射角或透射角的衍射信息，这就需要测角仪的配合。当xrd分析仪器工作时，探测器在测角仪的控制下，按照一定的步进角度旋转，从而可以获得xrd分析所需的完整光谱信息。测角仪属于精密的机械装置，旋转步进的角度可以设置的非常小，获得的图谱信息量大，仪器的分辨率高。但是室内用的xrd分析仪器体积大、重量比较重，不适合现场应用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能够调节x射线光通量且适合现场应用的x射线准直定位调节装置及系统。

本发明的实施例提供一种x射线准直定位调节装置，包括密封腔体、安装于所述密封腔体的光路准直调节机构、连接所述密封腔体和所述光路准直调节机构的水平驱动结构以及竖直驱动结构；所述密封腔体的顶壁为固定板，所述光路准直调节机构包括在竖直方向上分开设置的上铅片和下铅片，还包括上下设置的且能在所述水平驱动结构的驱使下而相对运动的上xy移动台和下xy移动台，所述上xy移动台和所述下xy移动台分别设有上下贯通的上通孔和下通孔，所述上铅片安装于所述上通孔的上开口端且处于所述上xy移动台和所述固定板之间，所述下铅片安装于所述下通孔的下开口端且处于所述下xy移动台和所述密封腔体的底板之间，所述上铅片和所述下铅片的几何中心处均开设有供x射线通过的通光孔，所述下铅片的通光孔的孔径小于所述上铅片的通光孔的孔径，所述竖直驱动结构动作而所述x射线准直定位调节装置上下运动。

进一步地，所述光路准直调节机构还包括安装于所述固定板的上平面的用于控制x射线光路的开启或者关闭的快门，所述快门位于所述上通孔的上方。

进一步地，所述快门包括安装于所述固定板的支架、设于所述支架上的闸门和与所述闸门连接的用以驱动所述闸门开启或者关闭的驱动器，所述闸门由能防止x射线穿透的不锈钢材料制成，包括若干叶片。

进一步地，所述密封腔体包括连接所述固定板和所述底板的筒形或框形壳体，所述水平驱动结构包括相互垂直设置的x向调节杆和y向调节杆，所述x向调节杆和所述y向调节杆的一端均与所述下xy移动台连接，另一端则均向外延伸并穿出所述壳体分别与x向调节手柄和y向调节手柄连接。

进一步地，所述x向调节杆和所述y向调节杆上均设有刻度。

进一步地，所述壳体上设有分别让所述x向调节杆和所述y向调节杆穿过的手柄调节孔，所述x向调节杆和所述y向调节杆和对应的所述手柄调节孔之间设有防止x射线射出的密封盖。

进一步地，所述竖直驱动结构为对称设置的四丝杆，每一所述丝杆的一端位于所述密封腔体内，另一端则向上延伸并穿出所述固定板被一紧固件固定。

进一步地，所述上铅片的边缘处设有密封圈，所述固定板和所述上xy移动台通过上紧固螺丝连接而夹紧所述上铅片，所述下铅片通过下紧固螺丝而固定于所述下xy移动台。

本发明的实施例提供一种x射线准直定位调节系统，包括x射线源、用于调节由所述x射线源发出的射线的发散角度和光子能量的初级滤波片、位于所述初级滤波片之后的上述的x射线准直定位调节装置、位于所述x射线准直定位调节装置之后的用于检测x射线的ccd感光器件以及与所述ccd感光器件连接的光谱采集处理装置，所述光谱采集处理装置与所述快门连接用以控制所述快门的开启或者关闭进而控制曝光时间。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：为了获得清晰的衍射图谱，需要严格控制单位时间内被所述ccd感光器件捕获的光子数量，本发明的x射线准直定位调节装置及系统，通过所述水平驱动结构使所述上xy移动台和所述下xy移动台相对运动，以改变所述上通孔和所述下通孔的相对位置，进而改变所述上铅片和所述下铅片允许x射线通过的有效孔径，实现对x射线光通量的调节，即实现严格控制单位时间内被所述ccd感光器件捕获的光子数量。所述ccd感光器件为二维探测器，使用所述ccd感光器件后则不必使用体积大、重量大的测角仪，便于现场使用。

附图说明

图1是本发明x射线准直定位调节装置的主视图；

图2是图1内部结构图；

图3是本发明x射线准直定位调节系统的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1、图2和图3，本发明的实施例提供了一种x射线准直定位调节装置16，适用于便携式xrd分析仪器，包括密封腔体20、安装于所述密封腔体20的光路准直调节机构、连接所述密封腔体20和所述光路准直调节机构的水平驱动结构以及竖直驱动结构。

请参考图2，所述光路准直调节机构包括在竖直方向上分开设置的上铅片9和下铅片13，还包括上下设置的且能在所述水平驱动结构的驱使下而相对运动的上xy移动台11和下xy移动台12。所述上xy移动台11为固定台，其中心区域开设有一贯穿所述上xy移动台的上下表面的上通孔，所述上铅片9位于所述上xy移动台11的上表面且覆盖于所述上通孔的上开口端处，所述上铅片9的几何中心处开设有一通光孔，所述通光孔为孔径大约为400微米的圆孔。所述下xy移动台12为可移动台，其中心区域开设有一贯穿所述下xy移动台12的上下表面的下通孔，所述下铅片13位于所述下xy移动台12的下表面且覆盖于所述下通孔的下开口端处，所述下铅片13的几何中心处亦开设有一通光孔，所述下铅片的通光孔的孔径小于所述上铅片9的通光孔的孔径，目的是阻挡非平行于x射线光路的x射线的反射光和散射光通过，起到减少x射线的反射光和散射光对x射线的入射光的干扰作用。

请参考图1和图2，所述光路准直调节机构还包括用于控制x射线光路的开启或者关闭以控制x射线曝光时间的快门8。所述快门8位于所述上通孔的上方，包括支架、设于所述支架上的闸门和与所述闸门连接的用以驱动所述闸门开启或者关闭的驱动器，所述闸门由能防止x射线穿透的不锈钢材料制成，包括若干叶片，通过改变所述若干叶片的位置，实现所述闸门的张开或者闭合，进而实现允许x射线通过或者阻挡x射线通过。

所述密封腔体20包括位于上端的顶壁6、位于下端的底板7和连接所述顶壁6和所述底板7的的壳体2，所述壳体2为圆筒形或者框性，所述密封腔体20的顶壁为固定板6，所述快门8的支架安装于所述固定板6的上平面，所述上铅片9的厚度较薄，将薄铅片切割成所述上铅片9时，所述上铅片9的边缘容易出现变形，在所述上铅片9的几何中心处打通光孔的时候，也容易造成所述通光孔的边缘变形，这些变形都会对x射线光路的准直造成较大的影响。因此在安装上，所述上铅片9位于所述固定板6和所述上xy移动台11之间，所述固定板6和所述上xy移动台11通过上紧固螺丝10连接而夹紧、夹平所述上铅片9，且所述上铅片9的边缘处设有密封圈，通过旋紧所述上紧固螺丝10，可以防止x射线的反射光和散射光从上方射出所述上xy移动台11。所述下铅片13安装于所述下通孔的下开口端且处于所述下xy移动台12和所述密封腔体20的底板7之间，且所述下铅片13通过下紧固螺丝14而固定于所述下xy移动台12。

请参考图1和图2，所述水平驱动结构包括相互垂直设置的x向调节杆(未图示)和y向调节杆22，所述x向调节杆和所述y向调节杆22的一端均与所述下xy移动台12连接，另一端则均向外延伸并穿出所述壳体2分别与x向调节手柄4和y向调节手柄5连接。所述壳体2上设有分别让所述x向调节杆和所述y向调节杆22穿过的手柄调节孔，所述x向调节杆和所述y向调节杆22和对应的所述手柄调节孔之间设有防止x射线射出的密封盖21，使用本发明所述的x射线准直定位调节装置16时，取下所述所述密封盖21，露出所述x向调节手柄4和所述y向调节手柄5，所述x向调节手柄4和所述y向调节手柄5上均设有刻度，便于定量调控，使用完毕本发明所述的x射线准直定位调节装置16后，套上所述密封盖21，所述密封盖21能够防止残留的x射线射从所述密封腔体20中射出。通过手动操作所述x向调节手柄4和所述y向调节手柄5来调节所述x向调节杆和所述y向调节杆22，就可以驱动所述下xy移动台12在x向和/或与所述x向垂直的y向上运动，使所述下xy移动台12与所述上xy移动台11之间的位置关系改变，就可以改变所述上铅片9和所述下铅片13的通光孔之间的位置关系，使所述上铅片9和所述下铅片13的通光孔的中心线重合或者错开，进而改变x射线的有效通光孔经，实现对光通量的调节，简化的结构，降低了对各组件加工工艺的要求，克服了因铅片厚度较薄而造成的通光孔变形对光路的影响，同时采用手动调节模式，而不是电动模式，避免了因采用高精度驱动结构带来的成本明显增加问题，减小了对安装空间的要求，符合便携式设备的要求。

所述竖直驱动结构为对称设置的四丝杆1，每一所述丝杆1的一端位于所述密封腔体20内，另一端则向上延伸并穿出所述固定板6被一紧固件3固定。所述竖直驱动结构动作而所述x射线准直定位调节装置16上下运动。该上下运动的方向为z向，所述z向、所述x向和所述y向两两垂直，所述z向平行于x射线的光路方向。调节所述竖直驱动结构，本发明所述的x射线准直定位调节装置16整体在所述z向上运动。

当入射的x射线穿过所述快门8、所述上铅片9的通光孔和所述下铅片13的通光孔后，输出的x射线的方向和光通量由所述上铅片9和所述下铅片13的通光孔的大小和相对位置决定，满足了便携式xrd分析仪器对光路的准直要求。所述上铅片9和所述下铅片13分别安装在所述上xy移动台11和所述下xy移动台12，降低了对各组件加工工艺的要求，克服了因铅片厚度较薄而造成的通光孔变形对光路的影响。

请参考图3，本发明的实施例提供一种x射线准直定位调节系统，为携式xrd分析仪器，包括x射线源、用于调节由所述x射线源发出的射线的发散角度和光子能量的初级滤波片15、位于所述初级滤波片15之后的上述的x射线准直定位调节装置16、位于所述x射线准直定位调节装置16之后的用于检测x射线的ccd感光器件17以及与所述ccd感光器件17连接的光谱采集处理装置23，所述光谱采集处理装置23与所述快门8连接用以控制所述快门8的开启或者关闭进而控制曝光时间。

从x射线源射出的入射的x射线在所述初级滤光片15的作用下，发生了两点变化：一是入射的x射线的发散角度变的更小；二是入射x射线光子的能量被限制在一个更小的范围内。x射线经过本发明所述的x射线准直定位调节装置16后，在所述ccd感光器件17的真空腔中，所述ccd感光器件17将光子能量转化为电荷，光子的能量越强或光子的数量越多，转化后生产的电荷数量越多。所述光谱采集处理装置23中的光谱采集器18通过控制所述快门8的开启和关闭，调节曝光时间。在一个采集周期内，所述光谱采集器18将所述ccd感光器件17中的每个像素的电荷读出，并传输到所述光谱采集处理装置23中的光谱处理器19中。所述光谱处理器19根据接收到的光谱图像计算最亮光斑的直径和中心：(1)当最亮光斑不存在时，简称无亮斑模式，表示所述上铅片9的通光孔和所述下铅片13通光孔之间的几何中心线与入射的x射线中心校偏差较大，这种情况，直接更换所述下铅片13，使更换后的下铅片的通光孔的孔径大于更换前的所述下铅片13的通光孔的孔径，直到能够观测到明显光斑为止；(2)最亮光斑的直径小于所述下铅片13的通光孔的孔径时，简称粗调模式，计算光斑中心与理想光斑参考点的偏移量，然后旋转所述x向调节杆和所述y向调节杆22，实现位置补偿；重复以上步骤，直到获得的光斑直径大于或等于所述下铅片13的通光孔的孔径；(3)最亮光斑的直径大于或等于所述下铅片13的通光孔的孔径时，简称细调模式，这种模式下光斑中心已经接近理想光斑参考点，而且所述上xy移动台11和所述下xy移动台12的手动调节精度一般为10微米。当连续两次调节后，偏移量并没有得到改善时，停止操作，此时可以认为光路准直调节已经完成。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：为了获得清晰的衍射图谱，需要严格控制单位时间内被所述ccd感光器件捕获的光子数量，本发明的x射线准直定位调节装置16及系统，通过所述水平驱动结构使所述上xy移动台11和所述下xy移动台12相对运动，以改变所述上通孔和所述下通孔的相对位置，进而改变所述上铅片9和所述下铅片13允许x射线通过的有效孔径，实现对x射线光通量的调节，即实现严格控制单位时间内被所述ccd感光器件17捕获的光子数量。所述ccd感光器件17为二维探测器，使用所述ccd感光器件后则不必使用体积大、重量大的测角仪，便于现场使用。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。