可攜式微束x射線螢光光譜儀的製作方法
2023-05-03 12:21:36
可攜式微束x射線螢光光譜儀的製作方法
【專利摘要】一種可攜式微束X射線螢光光譜儀，包括主架，所述主架上安裝X射線光管和X射線探測器，被檢樣品位於所述X射線光管的探測光束範圍內，所述X射線探測器位於所述被檢樣品的正上方，所述螢光光譜儀還包括用於選擇性地採集被檢樣品微區生成的X射線螢光的X射線組合折射透鏡，所述X射線組合折射透鏡與所述X射線探測器的下端相連，所述X射線探測器位於X射線組合折射透鏡的像空間，所述被檢樣品位於所述X射線組合折射透鏡的物空間；所述X射線探測器的上端與用於連接信息採集系統的接口相連，所述主架上還安裝雷射器，所述被檢樣品位於所述雷射器的照射範圍內。本實用新型微區解析度小於10微米的同時、簡化結構、減小尺寸、便於攜帶。
【專利說明】可攜式微束X射線螢光光譜儀
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及X射線探測和成像領域，尤其是一種微束X射線螢光光譜儀。
【背景技術】
[0002]X射線螢光光譜儀(XRF，X-Ray Fluorescence)能在常壓下對各種形態(固態/液態/粉末等)樣品進行簡單、快速、高解析度和無損的元素定量測量分析。近年來眾多行業對XRF的微區分析能力、檢測靈敏度和現場分析能力提出了更高的要求(比如要求微區解析度小於10微米)，因此輕量、便攜、可現場分析的高解析度、高靈敏度微束X射線螢光光譜儀(miciO-XRF)成為當前的研究熱點。
[0003]目前已有的X射線螢光光譜儀一般不配備X射線聚焦器件，微區解析度通常為幾十甚至上百微米，迄今為止，未見微區解析度小於10微米的可攜式微束X射線螢光光譜儀的相關報導。已有人提出基於X射線毛細管器件的螢光光譜儀(專利號:201010180956.6)，因為使用了 X射線毛細管器件進行聚焦，微區解析度提高到幾十微米，但是結構複雜、尺寸龐大，無法實現便攜，且微區解析度還不夠高；另有人提出一種能量色散X射線螢光光譜儀(專利號:201010004423.2)，用X射線發生裝置產生的一次X射線去照射二次靶材，提高了檢測靈敏度，但是儀器結構和控制裝置複雜，微區解析度不高。
【發明內容】
[0004]為了克服已有X射線螢光光譜儀的結構複雜、尺寸龐大、無法現實便攜、微區解析度不高的不足，本實用新型提供一種微區解析度小於10微米的同時、簡化結構、減小尺寸、便於攜帶的可攜式微束X射線螢光光譜儀。
[0005]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0006]一種可攜式微束X射線螢光光譜儀，包括主架，所述主架上安裝X射線光管和X射線探測器，被檢樣品位於所述X射線光管的探測光束範圍內，所述X射線探測器位於所述被檢樣品的正上方，所述螢光光譜儀還包括用於選擇性地採集被檢樣品微區生成的X射線螢光的X射線組合折射透鏡，所述X射線組合折射透鏡與所述X射線探測器的下端相連，所述X射線探測器位於X射線組合折射透鏡的像空間，所述被檢樣品位於所述X射線組合折射透鏡的物空間；
[0007]所述X射線探測器的上端與用於連接信息採集系統的接口相連，所述主架上還安裝雷射器，所述被檢樣品位於所述雷射器的照射範圍內。
[0008]進一步，所述主架的中部安裝所述X射線探測器，所述主架的一側安裝第一懸臂梁，所述第一懸臂梁上安裝所述X射線光管，所述主架的另一側安裝第二懸臂梁，所述第二懸臂梁上安裝所述雷射器。
[0009]再進一步，所述螢光光譜儀還包括用於放置所述被檢樣品的樣品臺，所述樣品臺位於所述X射線探測器的正下方。
[0010]更進一步，所述主架的後側與第三懸臂梁的上端固定連接，所述第三懸臂梁的下端與所述樣品臺可拆卸地連接。
[0011]所述樣品臺安裝在三維調節機構上。
[0012]所述信息採集系統包括嵌入式數位訊號處理模塊和信息輸出模塊，所述接口與所述嵌入式數位訊號處理模塊連接，所述嵌入式數位訊號處理模塊與所述信息輸出模塊連接。
[0013]本實用新型的技術構思為-X射線組合折射透鏡是一種基於折射效應的新型X射線聚焦器件，其理論聚焦光斑尺寸可達納米量級，實際測試所得聚焦光斑尺寸通常在幾個微米，並具有尺寸小、製作工藝簡單、魯棒性好、可批量加工的優點，同時由於其基於折射效應，因此在對X射線束聚焦時不需要折轉光路，因此所形成的探測裝置或儀器結構緊湊、尺寸小、重量輕，適合製作可攜式儀器裝置。
[0014]採用X射線組合折射透鏡作為聚焦器件，利用其聚焦光斑小的特點來大幅度提高X射線螢光光譜儀的微區解析度；利用其是色散器件的特點，依據其物像關係可有選擇地採集特定波長的熒關傳送入X射線探測器，實現了單一器件兼具聚焦和波長選擇的功能。在結構上，採集系統通過一個通用接口與主體部分相連，既可連接嵌入式微處理模塊進行現場分析，也可以連接普通PC機進行常規分析。樣品臺通過主架與主體部分連接成一體或分離，形成可攜式臺式譜儀或手持式可攜式譜儀以適應不同的現場分析場合。
[0015]本實用新型的有益效果主要表現在:1、採用X射線組合折射透鏡作為X射線螢光光譜儀的聚焦器件，達到更高的微區解析度；2、X射線組合折射透鏡是色散器件，通過它的物像關係，可以選擇特定波長的X射線螢光進行分析；3、X射線組合折射透鏡基於折射效應工作，在對X射線束聚焦時不需要折轉光路，因此所形成的探測裝置或儀器結構緊湊、尺寸小、重量輕，適合製作可攜式儀器裝置，可以實現現場分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型一種基於X射線組合折射透鏡的可攜式微束X射線螢光光譜儀的結構示意圖，其中，I為主架，2為X射線光管，3為X射線組合折射透鏡，4為樣品，5為樣品臺，6為雷射器，7為採集系統，8為X射線探測器，9為接口。
[0017]圖2是已有技術微束X射線螢光光譜儀的結構示意圖，其中，I'為X射線CXD，2'為X射線光管，3'為第一 X射線毛細管聚焦器件，4'為樣品，5'為樣品臺，6'為PC機，T為採集系統，8'為X射線探測器，9'為第二 X射線毛細管聚焦器件。
[0018]圖3-1和圖3-2是本實用新型一種基於X射線組合折射透鏡的可攜式微束X射線螢光光譜儀的主架的俯視圖和正視圖，其中，1-1為第一懸臂梁，1-2為第二懸臂梁，1-3為第三懸臂梁。
[0019]圖4-1和圖4-2是二維聚焦X射線組合折射透鏡的正視圖和俯視圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。
[0021]參照圖1?圖4，一種可攜式微束X射線螢光光譜儀，包括主架I，所述主架I上安裝X射線光管2和X射線探測器8，被檢樣品4位於所述X射線光管2的探測光束範圍內，所述X射線探測器8位於所述被檢樣品4的正上方，所述螢光光譜儀還包括用於選擇性地採集被檢樣品微區生成的X射線螢光的X射線組合折射透鏡3，所述X射線組合折射透鏡3與所述X射線探測器8的下端相連，所述X射線探測器8位於X射線組合折射透鏡3的像空間，所述被檢樣品4位於所述X射線組合折射透鏡3的物空間；
[0022]所述X射線探測器8的上端與用於連接信息採集系統的接口 9相連，所述主架I上還安裝雷射器6，所述被檢樣品4位於所述雷射器6的照射範圍內。
[0023]進一步，所述主架I的中部安裝所述X射線探測器8，所述主架I的一側安裝第一懸臂梁1-1，所述第一懸臂梁1-1上安裝所述X射線光管2，所述主架的I另一側安裝第二懸臂梁1-2，所述第二懸臂梁1-2上安裝所述雷射器6。
[0024]再進一步，所述螢光光譜儀還包括用於放置所述被檢樣品的樣品臺5，所述樣品臺5位於所述X射線探測器8的正下方。
[0025]更進一步，所述主架I的後側與第三懸臂梁1-3的上端固定連接，所述第三懸臂梁的1-3下端與所述樣品臺5可拆卸地連接。
[0026]所述樣品臺5安裝在三維調節機構上。實現樣品臺的三維調節。
[0027]所述信息採集系統包括嵌入式數位訊號處理模塊和信息輸出模塊，所述接口與所述嵌入式數位訊號處理模塊連接，所述嵌入式數位訊號處理模塊與所述信息輸出模塊連接。
[0028]本實施例的可攜式微束X射線螢光光譜儀，包括三個相對獨立部分(如圖1所示):核心的主體部分是基於X射線組合折射透鏡的X射線螢光探測系統，與主體部分通過接口相連的信息採集系統，可與主體部分分離的樣品臺。
[0029]所述主體部分包括X射線光管2，X射線探測器8、置於X射線探測器8光路前端的X射線組合折射透鏡3，校準探測微區的雷射系統，通過一根主架I固定為一體。
[0030]所述X射線光管，作為X射線螢光光譜儀的探測光源，功能是發射出X射線探測光束，照射被檢樣品表面。
[0031 ] 所述X射線探測器，作為X射線螢光信息檢測器，功能是檢測X射線探測光與被檢樣品相互作用所產生的X射線螢光。
[0032]所述X射線組合折射透鏡，能實現對X射線束的二維聚焦，作為特定X射線螢光採集和傳送器，功能是利用其聚焦特性，選擇性地採集樣品微區生成的特定X射線螢光，並傳送入X射線探測器。
[0033]所述雷射系統，包括雷射器6，作為X射線螢光光譜儀的照明系統，功能是對不可見的X射線螢光探測系統進行探測微區校準。
[0034]所述主架1，包括主架中心和3根從主架中心伸展出去的懸臂梁，主架中心一端連接X射線探測器，另一端連接X射線組合折射透鏡，以保證X射線組合折射透鏡採集到的螢光信息直接進入X射線探測器。所述X射線探測器另一端連接信息採集接口。
[0035]所述從主架伸展出去的第一懸臂梁連接X射線光管，X射線光管發射出進行螢光分析的X射線探測光束，射向被檢樣品表面；所述從主架伸展出去的第二懸臂梁，在第二懸臂梁上固定半導體雷射器，通過光學系統設計，使其作為可見光源照射被檢樣品的探測微區；所述從主架伸展出去的第三懸臂梁，作為機械連接裝置，實現與樣品臺的連接或分離。
[0036]所述信息採集系統，作為X射線螢光光譜儀的信息分析處理系統，通過信息採集接口與X射線探測器相連，包含嵌入式數位訊號處理模塊和信息輸出模塊；所述嵌入式處理模塊，在可攜式要求不高的場合可以採用PC機替代；所述信息輸出模塊，可以是屏幕顯示或者是列印輸出或者屏幕顯示和列印輸出二者兼有。
[0037]所述樣品臺，作為一個多維度可調的載物臺，實現對被檢樣品的位置調節，以便X射線螢光光譜儀對被檢樣品的特定微區進行對準檢測。所述樣品臺，可以通過所述主架與X射線螢光光譜儀連接或分離，連接狀態，針對需放置於樣品臺的小型樣品進行分析和檢測，分離狀態，X射線螢光光譜儀變換成手持式儀器，針對大型不可破壞性樣品的局部微區進行分析和檢測。
[0038]與已有技術的X射線螢光光譜儀(如圖2所示)相比，本實用新型在發射通道上減掉了 I個X射線聚焦器件，且X射線組合折射透鏡是微結構器件，其本身尺寸和重量要比X射線毛細管聚焦器件小得多。因為從X射線管發出的X射線束未經聚焦，不再需要X射線CCD監控X射線微束光斑，因此同時減掉了 X射線CCD，改用雷射校準系統照明螢光激發區域，校準系統雷射器採用半導體雷射器，固定在主架上並可進行角度調節，幾乎不增加X射線螢光光譜儀的尺寸和重量。因此，本實用新型的微束X射線螢光光譜儀能夠滿足輕量、便攜的要求。
【權利要求】
1.一種可攜式微束X射線螢光光譜儀，包括主架，所述主架上安裝X射線光管和X射線探測器，被檢樣品位於所述X射線光管的探測光束範圍內，所述X射線探測器位於所述被檢樣品的正上方，其特徵在於:所述螢光光譜儀還包括用於選擇性地採集被檢樣品微區生成的X射線螢光的X射線組合折射透鏡，所述X射線組合折射透鏡與所述X射線探測器的下端相連，所述X射線探測器位於X射線組合折射透鏡的像空間，所述被檢樣品位於所述X射線組合折射透鏡的物空間； 所述X射線探測器的上端與用於連接信息採集系統的接口相連，所述主架上還安裝雷射器，所述被檢樣品位於所述雷射器的照射範圍內。
2.如權利要求1所述的可攜式微束X射線螢光光譜儀，其特徵在於:所述主架的中部安裝所述X射線探測器，所述主架的一側安裝第一懸臂梁，所述第一懸臂梁上安裝所述X射線光管，所述主架的另一側安裝第二懸臂梁，所述第二懸臂梁上安裝所述雷射器。
3.如權利要求1或2所述的可攜式微束X射線螢光光譜儀，其特徵在於:所述螢光光譜儀還包括用於放置所述被檢樣品的樣品臺，所述樣品臺位於所述X射線探測器的正下方。
4.如權利要求3所述的可攜式微束X射線螢光光譜儀，其特徵在於:所述主架的後側與第三懸臂梁的上端固定連接，所述第三懸臂梁的下端與所述樣品臺可拆卸地連接。
5.如權利要求3所述的可攜式微束X射線螢光光譜儀，其特徵在於:所述樣品臺安裝在三維調節機構上。
6.如權利要求3所述的可攜式微束X射線螢光光譜儀，其特徵在於:所述信息採集系統包括嵌入式數位訊號處理模塊和信息輸出模塊，所述接口與所述嵌入式數位訊號處理模塊連接，所述嵌入式數位訊號處理模塊與所述信息輸出模塊連接。
【文檔編號】G01N23/223GK203405430SQ201320499563
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年8月15日 優先權日:2013年8月15日
【發明者】樂孜純, 董文 申請人:浙江工業大學