专利名称：高精度x射线单晶定向仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种依据X射线衍射原理，用于测定水晶、硅锗单晶、激光晶体等各种单晶材料的几何表面与其内部某一晶面间的角度，以保证制成的器件温度系数等性能要求的光机电一体化精密测量仪器。
现有的国产手摇式普通型定向仪和日本同类产品，其组成结构一般是由X射线管、管套、风冷电机、狭缝、被测晶体、计数器、放大器、数显器、电表、稳压器、控制器、高压发生器、高压电缆、吸泵等组成，其中由X射线管、狭缝、被测晶体到计数器所构成的光路要向计数器、放大器输入检测信号，狭缝的设置目的在于限制射线的发散角度，但这种方法存在控制发散角越小，测量精度越高，也只能达到±30″，还造成进入计数器的信号强度降低；当发散角增大，信号强度增大，精度却大幅度降低，中国专利技术中，如CN94230385.7名称为“X射线定向仪”对此类技术有过描述。可以看出，这种结构的定向仪存在的主要技术问题是它的测角精度仅能达到±30″档次，从X射线晶体学原理研究分析，其根本原因在于X射线管产生的用于测量晶体的初级X射线波长不够单一所致，导致此类定向仪精度难以进一步提高。
本实用新型的发明目的在于提供一种能进一步提高测角精度的X射线单晶定向仪，尤其提供一种其晶面角度的测量精度可达到±15″档次的高精度X射线单晶定向仪。
本实用新型的另一发明目的在于提供一种能解决高精度晶棒粘板问题的X射线单晶定向仪。
实现本实用新型发明目的的高精度X射线单晶定向仪，其技术方案为该定向仪包括有X射线管、管套、风冷电机、被测晶体、计数器、放大器、数显器、电表、稳压器、控制器、高压发生器、高压电缆、吸泵等组成，其主要技术特点在X射线管与被测晶体之间设有一单色器，形成由X射线管、单色器、被测晶体到计数器组成的测量光路，其中的单色器为具有固定晶面切角的水晶片。本技术中，X射线管与被测晶体之间设置的单色器，其目的在于由该单色器将射在其上的初级X射线因衍射产生单色化的X射线，照射在被测晶体上，再产生衍射进入计数器进行检测，解决了如何选取单一波长射线测量晶体晶面角度的技术问题，因而实现了晶面角度的高精度测量。
在本技术方案中，是通过单色器将初级X射线中不需要的临近波长射线以衍射方式予以滤除，以便仅利用单一波长射线实现对晶体晶面角度的高精度测量。但是用衍射原理选择单一波长进行高精度测量时，两次衍射过程会使进入计数器的射线强度大大降低，甚至低于设备的灵敏度，而使测量仪器无法工作。因此，只有提高X射线管的射线强度，才能使计数器及其后的检测仪器进行正常的测量工作。提高X射线管射线强度的方法为采用恒直流高压发生器为X射线管供电，提高射线强度，其具体方法是在高压发生器的高压变压器的次级两端连接有由两整流二极管和两电容组成的倍压电路。
在上述技术方案中，可用单只X射线管向两侧发出两束水平射线而构成左右两个工作台，提高本单晶定向仪的利用率。这两工作台上可以均为测角仪，也可以使两边分别配置测角仪和专门用于晶棒粘板的晶棒粘板装置，扩大本定向仪的应用范围。
仪器的测量精度提高了，还得有足够精度的角度显示装置，本技术中采用了精度为1″的数显器。为使这样高精度仪器工作更可靠，对其放大器采取了全面防潮措施。
本实用新型所提供的高精度X射线单晶定向仪，由于在其测量光路上采用了单色器，滤除了临近杂波射线，因而使晶面角度的测量精度大大提高，可使其测量精度达到±15″档次。本技术中还采用了如弥补X射线强度的恒直流高压发生器、最小读数为1″的数显器及晶棒粘板机构的设计和改进等多种手段，进一步保证了本定向仪的高精度测量目的的实现。
以下结合附图详细说明本实用新型的技术内容。
图1为本实用新型的整体组成图图2为图1的俯视图图3为本实用新型的测量光路原理图图4为高压发生器的电路原理图图5为晶棒粘板主视结构示意图图6为图5的俯视图图7为晶棒粘板附件主视结构示意图图8为图7的俯视图图9为晶棒粘板装置另一实施结构示意图图10为图9的俯视图。
如图所示，本实用新型所设计的高精度X射线单晶定向仪是由安装在工作台面17上的X射线管1、风冷电机10、被测晶体3、计数器4、放大器5、电表8、数显器7和安装在台面17下方的稳压器14、高压发生器15、高压电缆13和气泵16等组成，本实用新型的主要特点是在本定向仪的测量光路上设置了一单色器2，如图3所示，它的测量光路是由X射线管1、单色器2、被测晶体到计数器4构成的，其中的单色器2为具有一定晶面切角的水晶片，并设置在恰好使X射线管初级Kα谱线产生衍射射线的角度位置上。
本实用新型的工作过程是由X射线管1发出初级X射线，照射到单色器2上，使其产生衍射并将其已单色化的衍射射线射入被测晶体，本实施例是以手摇式测角仪为例，如图3所示，通过旋转蜗杆手柄9来改变固定在蜗轮上的被测晶体3角度，使其产生衍射，由计数器4接收该衍射后的射线信号，此时连接在蜗杆上的光电编码器6将发出与被测晶体转角相对应的一系列脉冲，经单片机处理后，送入数显器7，这样就会由数显器7显示出电表8最大值时的被测晶体的几何表面与其某一晶面的角度值。由于本实用新型是用单色器2将初级X射线进行单色化，选取了单一波长的X射线来检测被测晶体的晶面角度的，因此大大提高了测量精度。当然，此时还要相应提高数显器7的显示精度，实现晶体晶面角度的高精度测量，最好选用最小读数为1″的数显器。
在本实用新型的技术方案中，由于单色器2和被测晶体对X射线进行两次衍射，而使最终进入到计数器4的射线强度大大降低，有时甚至无法进行正常的测量工作。为使本定向仪工作可靠，就要提高进入计数器4的输入信号强度，即提高初级X射线的强度，其解决的技术手段是采用恒直流高压发生器来提高射线管所发出的X射线的强度，如图4所示的原理电路，其实现方式是在高压发生器中的高压变压器次级两端连接由整流二极管D1、D2和电容C1、C2组成的倍压电路，为X射线管供电。
在本技术中，为保证定向仪的测量精度，使放大器的输出更加稳定，还必须对本定向仪采取一定的防潮措施，在本实施例中，除了已对放大器5中的放大板采取了密封、固化防潮外，同样对其电源变压器、计数器高压单元采取密封、固化防潮措施，提高其防潮性能。
在本实施例中，其光路中被测晶体可以为晶片，也可以为晶棒。为提高本定向仪的利用率，本实施例中用单只射线管发出的两束水平射线，构成左右两个工作平台，这两个平台可以均为测角仪，用于测量晶片、块、棒的晶面角度，还可以使其中一工作平台专门装设实现晶棒精确粘板用的晶棒粘板装置。由于利用本技术提高测量精度的光路检测方法，可实现高精度粘板，如图5、图6、图9、图10所示的晶棒粘板装置，它是由固定于工作台面17上的支架24、滑板21和料板22组成的，滑板21通过精度较高的直线导轨20滑动设置在支架24上，料板22按单色器晶面切角所形成的衍射射线的角度，通过角度调节装置在滑板21上精确定位，其角度调节装置是由料板固定块26、调角器28、29、紧固钮27构成，它们分别位于料板22的不同直边上，如图所示，调角器28、29和紧固钮27分别位于料板22的对侧，调角器28、29可以为垫片或读数轮，最好采用千分尺结构以保证精度；支架24上还设有横跨滑板21之上的梁体40，其上固定安装一晶棒定位销25；为进一步提高晶棒粘板精度，在该梁体40上还设有晶棒微调机构，它是由固定于梁体40上的压钮41和组成一体的千分表42和千分尺43组成，当用手将晶棒23初步定位后，用压钮41压住晶棒23上一点，将千分表42的测杆靠在晶棒23一侧面上，调整千分尺43使表42的指示为零，再细致调整晶棒23一端的两侧，使模拟电表8指示达到最大值时，再粘板定位。为更精确反映晶棒衍射现象，在计数器4后还可配置一数字式电表8′，使指示更加准确。在本技术中，还可以将晶棒粘板附件装在测角仪上，进行晶棒粘板工作，即使用如图7、8所示的晶棒粘板附件，该附件通过支架24′上的装配孔30安装在测角仪的主轴上，通过手轮9及其蜗轮蜗杆机构实现料板角度的调整，滑板21通过直线导轨20滑动安装在支架24′上，在滑板21上设有料板固定装置，该装置是由料板定位块26、靠板29′和料板22的紧固钮27组成的，并分别位于料板22的不同侧边，晶棒23靠固定安装在支架24′上的定位销25′定位。
权利要求1.一种测量晶面角度的高精度X射线单晶定向仪，它包括有X射线管(1)、风冷电机(10)、被测晶体(3)、计数器(4)、放大器(5)、数显器(7)、电表(8)、稳压器(14)、控制器、高压发生器(15)、高压电缆(13)、吸泵(16)等组成，其特征在于在本定向仪的X射线管(1)与被测晶体(3)之间设有一单色器(2)，形成了由X射线管(1)、单色器(2)、被测晶体(3)到计数器(4)的测量光路，其中的单色器(2)为具有固定晶面切角的水晶片。
2.根据权利要求1所述的X射线单晶定向仪，其特征在于在高压发生器的高压变压器(15)的次级两端连接有由整流二极管(D1、D2)和电容(C1、C2)组成倍压电路。
3.根据权利要求1所述的X射线单晶定向仪，其特征在于本定向仪一平台(17)上设有专门用于晶棒粘板的晶棒粘板装置，它包括有支架(24)、滑板(21)和固定晶棒的料板(22)，支架(24)上设有一横跨滑板(21)之上的梁体(40)，其上固定安装一定位销(25)，滑板(21)通过直线导轨(20)滑动设置在支架(24)上，滑板(21)上设有料板(22)的角度调节装置。
4.根据权利要求3所述的X射线单晶定向仪，其特征在于所述的角度调节装置是由固定于滑板(21)上的料板固定块(26)、调角器(28、29)及料板(22)的紧固钮(27)组成，固定块(26)、调角器(28、29)和紧固钮(27)分别位于料板(22)的不同直边上，其中的调角器(28、29)为读数轮、垫片或千分尺机构。
5.根据权利要求3所述的X射线单晶定向仪，其特征在于晶棒粘板装置上还设有晶棒微调机构，它由是固定于梁体(40)上的压钮(41)和组成一体的千分表(42)、千分尺(43)构成。
6.根据权利要求1、3或5所述的X射线单晶定向仪，其特征在于计数器(4)后设有模拟电表(8)和娄字式电表(8′)。
7.根据权利要求1所述的X射线单晶定向仪，其特征在于设有由支架(24′)、滑板(21)、料板(22)和固定在支架(24′)上的定位销(25′)构成的晶棒粘板附件，支架(24′)底部设有安装于测角仪主轴上的装配孔(30)，滑板(21)通过直线导轨(20)滑动设置在支架(24′)上，滑板(21)上设有料板的固定装置。
8.根据权利要求7所述的X射线单晶定向仪，其特征在于所述的料板固定装置是由滑板(21)上的料板定位块(26)、靠板(29′)和紧固钮(27)构成，定位块(26)、靠板(29′)和紧固钮(27)分别位于料板(22)的不同直边。
9.根据权利要求1所述的X射线单晶定向仪，其特征在于数显器为精度为1″的高精数显装置。
10.根据权利要求1所述的X射线单晶定向仪，其特征在于对放大器(5)的高压单元和电源变压器采取密封、固化防潮措施。
专利摘要本实用新型涉及的是一种用于测定水晶、硅锗单晶、激光晶体等各种单晶材料几何表面与内部某一晶面间角度的高精度X射线单晶定向仪,它包括有X射线管、管套、风冷电机、被测晶体、计数器、放大器、数显器、电表、稳压器、控制器、高压发生器、高压电缆、吸泵等组成,其主要技术特点是它的测量光路由X射线管、单色器、被测晶体到计数器组成,其单色器为具有一定晶面切角的水晶片。本单晶定向仪用单色器将初级X射线进行单色化,选取了单一波长的X射线来检测被测晶体的晶面角度,因而大大提高了测量精度,可达到±15″档次,实现了高精度的测量。
文档编号G01B11/26GK2293069SQ9722382
公开日1998年9月30日 申请日期1997年6月5日 优先权日1997年6月5日
发明者赵久, 王悦敏, 赵险峰 申请人:赵久