用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统

本发明涉及中子散射技术，具体地，涉及一种用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统。

背景技术：

1、中子衍射技术是无损分析晶体材料内部的应力和织构的方法之一。不同的材料对中子衍射谱仪的分辨率和样品处中子通量的要求不同。例如，镍基高温合金、锆合金等金属材料要求谱仪具有较高的分辨率，而陶瓷、岩土等材料要求样品处具有较高的中子通量。

2、现有公开号为cn102253405b的中国专利，其公开了一种多轴中子单色器姿态调整装置。该调整装置包括机械台体以及通过电缆与机械台体相连接的控制系统，其中，所述的机械台体包括设置在底盘上的旋转台，旋转台上设有平移调节器，在平移调节器上方设有倾斜调节器，倾斜调节器上设置单色器转位转台，机械台体的各运动机构带动单色器进行多自由度的位置组合调节；所述的控制系统包括设有控制软件的工控计算机以及通过驱动器对步进电机实现控制的电机控制单元。该装置可调节单个中子单色器水平、垂直、倾斜以及旋转的姿态，但不适用于两个及以上的单色器在较小空间内的切换。

3、大部分基于反应堆中子源的中子衍射谱仪仅配备一个单色器，在一台中子衍射谱仪上配置两个不同类型的单色器，可以满足更多材料的测试需求，降低谱仪研制成本。德国柏林中子散射中心e3谱仪采用旋转换位的方式切换使用三个不同的单色器，慕尼黑中子散射中心stress-spec谱仪采用上下移动的方式切换单色器，但是这类单色器切换方式需要较大的空间，目前没有公开报道实现相关功能的具体技术细节。

4、因此，发明人认为需要提供一种用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，能够解决在较小屏蔽空间内进行单色器切换和高精度运动控制的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统。

2、根据本发明提供的一种用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统,包括：角度旋转台、角度倾斜台、水平位移台、第一单色器以及第二单色器，所述角度旋转台、所述角度倾斜台以及所述水平位移台自下而上依次设置，所述第一单色器和所述第二单色器分别安装在所述水平位移台上；所述第一单色器和所述第二单色器用于产生不同的单色中子束；所述水平位移台用于调节所述第一单色器和所述第二单色器的水平位移，使所述第一单色器或所述第二单色器面对白光中子束；所述角度倾斜台用于调节所述第一单色器或所述第二单色器的倾斜角，使所述单色中子束聚焦于样品测试区域的中心位置；所述角度旋转台用于调节所述第一单色器或所述第二单色器的旋转角度，调节所述第一单色器或所述第二单色器相对于白光中子束的起飞角。

3、优选地，所述第一单色器为双聚焦完美单晶硅单色器，所述第一单色器的衍射晶面包括311、400，用于产生高分辨率的单色中子束；所述第二单色器为高定向热解石墨单色器，所述第二单色器的衍射晶面包括002、004，用于产生高通量的单色中子束。

4、优选地，所述第一单色器和所述第二单色器的入射面垂直于水平面，所述第一单色器和所述第二单色器的入射面垂直中线垂直于所述水平位移台的中轴线；所述第一单色器的入射面水平中线平行于所述水平位移台的中轴线；所述第二单色器的入射面水平中线相交于所述水平位移台的中轴线。

5、优选地，所述角度旋转台包括角度旋转台固定座和角度旋转台面，所述角度旋转台面安装在所述角度旋转台固定座上，且所述角度旋转台面能够相对于所述角度旋转台固定座做旋转运动；所述角度旋转台的转动范围为+/-180°，角度精度为±0.002°；所述角度旋转台固定座上设置有角度旋转限位开关位置，所述角度旋转限位开关位置为+/-60°。

6、优选地，所述角度旋转台面的回转轴线平行于所述第一单色器和所述第二单色器的入射面垂直中线，所述角度旋转台面的回转轴线通过所述水平位移台的几何中心，所述角度旋转台面的回转轴线与所述水平位移台的中轴线垂直相交。

7、优选地，所述角度倾斜台包括角度倾斜台固定座和角度倾斜台弧形台面，所述角度倾斜台弧形台面安装在所述角度倾斜台固定座上，所述角度倾斜台弧形台面能够沿所述角度倾斜台固定座上的角度倾斜台弧形轨道做摆动运动；所述角度倾斜台的转动范围为+/-10°，角度精度为±0.005°；所述角度倾斜台固定座上设置有角度倾斜限位开关位置，所述角度倾斜限位开关位置为+/-5°。

8、优选地，所述角度倾斜台固定座安装在所述角度旋转台面上，所述角度旋转台面的回转轴线通过所述角度倾斜台弧形台面的几何中心。

9、优选地，所述水平位移台包括水平位移台固定座、单色器支撑滑块、梯形丝杠，所述梯形丝杠与所述单色器支撑滑块传动连接，所述单色器支撑滑块安装在所述水平位移台固定座上，且能够水平移动；所述水平位移台的位移范围为+/-249.25mm，定位精度为±0.0015mm；所述水平位移台固定座上设置有水平位移限位开关位置，所述水平位移限位开关位置为+/-240mm。

10、优选地，所述第一单色器和所述第二单色器分别通过支撑件安装在所述单色器支撑滑块上，所述水平位移台固定座安装在所述角度倾斜台弧形台面上。

11、优选地，当不进行中子衍射实验时，所述第一单色器与所述第二单色器之间的间隙面对白光中子束。

12、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

13、本发明通过采用角度旋转、角度倾斜以及水平位移等多轴运动集成的结构以及高精度编码器，解决了在较小屏蔽空间内进行单色器切换和高精度运动控制的问题；通过采用水平位移台，即单色器支撑滑块在步进电机驱动下可沿水平位移台固定座101平移的结构，解决了双聚焦完美单晶硅单色器和高定向热解石墨单色器切换的问题；通过不同类型单色器的切换，实现高分辨率/高中子通量测量模式的切换以及空束状态的设置；通过高精度编码器可以确保双聚焦完美单晶硅单色器和高定向热解石墨单色器的垂直轴线与角度旋转台面的回转轴线的重合度在误差范围，保证单色器布拉格角的精度。

技术特征：

1.一种用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，包括：角度旋转台(100)、角度倾斜台(200)、水平位移台(300)、第一单色器(400)以及第二单色器(500)，所述角度旋转台(100)、所述角度倾斜台(200)以及所述水平位移台(300)自下而上依次设置，所述第一单色器(400)和所述第二单色器(500)分别安装在所述水平位移台(300)上；

2.如权利要求1所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述第一单色器(400)为双聚焦完美单晶硅单色器，所述第一单色器(400)的衍射晶面包括311、400，用于产生高分辨率的单色中子束；

3.如权利要求1所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述第一单色器(400)和所述第二单色器(500)的入射面垂直于水平面，所述第一单色器(400)和所述第二单色器(500)的入射面垂直中线垂直于所述水平位移台(300)的中轴线；

4.如权利要求1所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述角度旋转台(100)包括角度旋转台固定座(101)和角度旋转台面(102)，所述角度旋转台面(102)安装在所述角度旋转台固定座(101)上，且所述角度旋转台面(102)能够相对于所述角度旋转台固定座(101)做旋转运动；

5.如权利要求4所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述角度旋转台面(102)的回转轴线平行于所述第一单色器(400)和所述第二单色器(500)的入射面垂直中线，所述角度旋转台面(102)的回转轴线通过所述水平位移台(300)的几何中心，所述角度旋转台面(102)的回转轴线与所述水平位移台(300)的中轴线垂直相交。

6.如权利要求4所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述角度倾斜台(200)包括角度倾斜台固定座(201)和角度倾斜台弧形台面(203)，所述角度倾斜台弧形台面(203)安装在所述角度倾斜台固定座(201)上，所述角度倾斜台弧形台面(203)能够沿所述角度倾斜台固定座(201)上的角度倾斜台弧形轨道(202)做摆动运动；

7.如权利要求6所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述角度倾斜台固定座(201)安装在所述角度旋转台面(102)上，所述角度旋转台面(102)的回转轴线通过所述角度倾斜台弧形台面(203)的几何中心。

8.如权利要求6所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述水平位移台(300)包括水平位移台固定座(301)、单色器支撑滑块(302)、梯形丝杠(303)，所述梯形丝杠(303)与所述单色器支撑滑块(302)传动连接，所述单色器支撑滑块(302)安装在所述水平位移台固定座(301)上，且能够水平移动；

9.如权利要求8所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，所述第一单色器(400)和所述第二单色器(500)分别通过支撑件安装在所述单色器支撑滑块(302)上，所述水平位移台固定座(301)安装在所述角度倾斜台弧形台面(203)上。

10.如权利要求1所述的用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，其特征在于，当不进行中子衍射实验时，所述第一单色器(400)与所述第二单色器(500)之间的间隙面对白光中子束。

技术总结
本发明提供了一种用于中子衍射应力织构分析的可切换单色器系统，包括角度旋转台、角度倾斜台、水平位移台、第一单色器以及第二单色器；第一单色器和第二单色器用于产生不同的单色中子束；水平位移台用于调节第一单色器和第二单色器的水平位移；角度倾斜台用于调节第一单色器或第二单色器的倾斜角；角度旋转台用于调节第一单色器或第二单色器的旋转角度。本发明通过采用角度旋转、角度倾斜以及水平位移等多轴运动集成的结构以及高精度编码器，解决了在较小屏蔽空间内进行单色器切换和高精度运动控制的问题；通过采用水平位移台，通过不同类型单色器的切换，实现高分辨率/高中子通量测量模式的切换以及空束状态的设置。

技术研发人员：钟圣怡,王柏桦,林皓,李建,杨钊龙
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11