一種十字絲掃描探測器的製作方法
2024-02-29 21:09:15
專利名稱：一種十字絲掃描探測器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於同步輻射X射線(即X光)的測量，尤其是用於X射線強度的分布測量的十字絲掃描探測器。
背景技術：
X射線束流位置監測設備是同步輻射光束線不可缺少的重要組成部分，根據檢測信號的方式不同，束流位置監測設備分為刀片式探測器、螢光靶探測器和絲掃描探測器。此類設備主要用於監測束流的穩定性，探測光斑的形狀或光強的分布。刀片式探測器大多用於光束線站的前端區，在線檢測同步輻射光束的中心位置偏移情況；螢光靶探測器主要用 於光斑的形狀和位置的粗略觀察，其結果比較直觀但精度不夠，沒法做定量的分析，並且容易受到可見光的幹擾；絲掃描探測器是用一根或多根導體絲掃過光束，根據金屬絲上產生的光電流分布測量光束的中心和分布情況。現有的絲掃描探測器一般採用平行雙絲結構。平行絲掃描探測器多採用兩根平行的鍍金鎢絲，雙絲平面垂直於光束方向，並可在該平面內逐點掃描，能精確測量光束截面的光功率密度分布，特別適用於光功率密度在水平方向均勻分布的彎鐵光源的光束測量。然而，這種結構的絲掃描探測器只具備一維空間分辨能力，即只能在X方向或Y方向測量X射線強度的分布；如果採用兩個相互垂直放置的平行絲掃描探測器分別在X方向和Y方向測量其掃描電流分布，雖然能實現X射線在二維空間的強度分布，但兩套裝置會增加設備的複雜性，並且佔用了兩倍的束線空間，增加建造的成本，因此並不合算。另外，還有一種測量X射線的空間分布的方法就是利用狹縫掃描，即，通過在狹縫後面放置一塊金屬板，測量漏過狹縫的X射線在金屬板上產生的光電流的大小，來計算出X射線的空間分布情況。然而這種方法操作複雜，必須兩次掃描，即，分別在X方向和Y方向掃描測量數據，才能得出其空間分布曲線圖。由此可見，現在需要設計一種新型的絲掃描探測器，以有效解決上述問題。
實用新型內容為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型旨在提供一種十字絲掃描探測器，以方便簡單地測量X射線強度的二維空間分布，並確保在測量過程中穩定可靠地工作。本實用新型所述的一種十字絲掃描探測器，它包括帶有豎直導軌的滑臺支架；固定連接在所述滑臺支架頂部的電機；兩個上下平行安裝在所述滑臺支架一側面的限位開關；安裝在所述滑臺支架一側面並位於兩個限位開關之間的零位光耦開關；柱形的真空腔體，其外周面與所述滑臺支架底面固定連接；與所述電機連接可軸向轉動並沿所述豎直導軌運動的直線導入器；安裝在所述直線導入器上並在兩個限位開關之間運動的卡扣；[0015]豎直連接在所述滑臺支架上並與所述直線導入器平行設置的光柵尺；固定連接在所述直線導入器底端並伸入真空腔體內的支撐環；兩根分別固定連接在所述支撐環的兩個端面的掃描絲，且所述兩根掃描絲相互垂直設置；以及連接在所述真空腔體外周面並伸入該真空腔體內的多個雙芯真空接頭和一觀察窗。在上述的十字絲掃描探測器中，所述支撐環包括一端與所述直線導入器連接的驅動杆；連接在所述驅動杆另一端並與其一體成型的C形環，其開口與所述驅動杆相對設置；以及·對稱設置在所述C形環上並分別用於夾持掃描絲兩端的夾絲機構。在上述的十字絲掃描探測器中，所述夾絲機構包括固定連接在所述C形環上的定位底座；以及嵌置在所述定位底座表面用於夾持掃描絲的兩個銅片和設置在所述兩個銅片之間的絕緣陶瓷墊片。在上述的十字絲掃描探測器中，所述C形環的兩個端面上分別設有用於容置所述定位底座的固定凹槽。在上述的十字絲掃描探測器中，所述探測器還包括與所述雙芯真空接頭連接的過渡接管組件。在上述的十字絲掃描探測器中，所述電機通過聯軸器與所述直線導入器連接。在上述的十字絲掃描探測器中，所述真空腔體的外周面設有分別用於容置所述直線導入器、雙芯真空接頭和觀察窗的刀口法蘭口。在上述的十字絲掃描探測器中，所述的雙芯真空接頭數量為兩個。由於採用了上述的技術解決方案，本實用新型利用兩根相互垂直的掃描絲，並通過電機帶動支撐環的轉動，使掃描絲掃描同步輻射光束截面(即等間隔的通過X射線光束所在的區域)，並同時得到垂直和水平兩維方向的光電流密度分布，由於當有光照射在掃描絲上的時候，會有電子逸出，在掃描絲上產生電流，因此，本實用新型還通過雙芯真空接頭引出該電流，以便測量其電流的大小，即可得出X射線光束在該點的空間分布，繼而求出其光束的中心位置。本實用新型測量測量X射線的空間分布的方法簡單，只需進行一次掃描即可，並可以通過光柵尺的讀數很快得出X射線的空間分布曲線圖，測量效率有效提高，且建造成本和控制的複雜性減低。
圖I是本實用新型一種十字絲掃描探測器的結構剖視圖；圖2是本實用新型中滑臺支架和直線導入器的結構示意圖；圖3是本實用新型中支撐環的結構示意圖；圖4是本實用新型中支撐環的結構側視圖。
具體實施方式
[0036]
以下結合附圖，給出本實用新型的較佳實施例，並予以詳細描述。請參閱圖I-圖4，本實用新型，即一種十字絲掃描探測器，它包括帶有豎直導軌11的滑臺支架I ;固定連接在滑臺支架I頂部 的電機2 ；兩個上下平行安裝在滑臺支架I 一側面的限位開關3 ；安裝在滑臺支架I 一側面並位於兩個限位開關3之間的零位光耦開關4 ；柱形的真空腔體5，其外周面與滑臺支架I底面固定連接，並設有多個刀口法蘭口50 ；通過聯軸器60與電機2連接可軸向轉動並沿豎直導軌11運動的直線導入器6，其伸入真空腔體5的刀口法蘭口 50內；安裝在直線導入器6上並在兩個限位開關3之間運動的卡扣7 ；豎直連接在滑臺支架I上並與直線導入器7平行設置的光柵尺8 ；固定連接在直線導入器6底端並伸入真空腔體5內的支撐環9 ；兩根分別固定連接在支撐環9的兩個端面的掃描絲10，且兩根掃描絲10相互垂直設置；連接在真空腔體5外周面並伸入該真空腔體5的刀口法蘭口 50內的兩個雙芯真空接頭51和一個觀察窗52 ；以及與雙芯真空接頭51連接的過渡接管組件53，其用於與外圍管道(圖中未示)連接。具體來說，本實用新型中的支撐環9包括一端與直線導入器6連接的驅動杆91 ；連接在驅動杆91另一端並與其一體成型的C形環92，其開口與驅動杆91相對設置；以及對稱設置在C形環92上並分別用於夾持掃描絲10兩端的夾絲機構93，其包括固定連接在C形環92上的定位底座931，具體來說，C形環92的兩個端面上分別設有用於容置定位底座931的固定凹槽921，定位底座931通過螺母934和墊圈935固定在固定凹槽921中，以保證兩絲垂直；以及嵌置在定位底座931表面用於夾持掃描絲10的兩個銅片932和設置在兩個銅片932之間的絕緣陶瓷墊片933。本實施例中，兩根掃描絲10的位置均與水平方向呈45°夾角，在實際使用時，可將整個探測器傾斜45°，從而使支撐環9由電機2驅動沿著與水平方向呈45°夾角的方向帶動兩根掃描絲10整體運動，通過雙芯真空電接頭51引出掃描絲10上的光電流信號，並採集兩根掃描絲10上的光電流信號來計算得出光斑的光功率密度分布，其中，垂直的掃描絲10掃描得出的是光斑的水平分布情況，水平的掃描絲10掃描的是垂直分布。在本實施例中，直線導入器6通過步進電機驅動，其行程大於40_。真空腔體5是一個外徑為152mm、內經為IOOmm的柱形腔體，其兩端側是CF100刀口法蘭，CF100刀口法蘭的端面長度為50mm。滑臺支架I上的兩個限位開關3以及零位光耦開關4的位置全程可調，零位光耦開關4為O位有效，使用TTL電平，輸出能力符合TTL電平要求。光柵尺8的精度小於5 μ m。[0058]本實用新型測量X光的空間分布的最大問題在於掃描過程中掃描絲10的變形或者說掃描絲10的直線性問題，當掃描絲10在掃描過程中受到光的照射時，會因為熱伸縮現象而下垂，不再是一條理想的直線，給測量結果帶來一定的誤差，下垂量越大，誤差越大。雖然，減小掃描絲10的受光面積，可以有效降低其吸收的熱功率，減小下垂量；但受光面積減小，往往是以掃描絲變細為代價的，這就給加工製造帶來不少的困難，且產生的測量電流也相應的變小，降低其測量的信噪比。由此可見，十字絲掃描探測器的掃描絲的參數選擇十分重要。以下詳細說明本實用新型中掃描絲10的設計計算，為了簡化計算過程，做出如下假定光功率均勻分布PX，吸收效率n = 100%，忽略熱傳導，輻射功率只有溫度有關。根據波爾茲曼斯忒藩定律確定的輻射功率為
P =σΤ4其中，r
σ = 5.61 XlO-sW/m2-K4若用金屬絲(圓柱體)，截面半徑為r，絲長度為1，則吸收面積Sa = 21r，熱輻射面積& = 2 π · rl，假設平衡溫度為材質的熔點，則絲狀材質(圓柱體)能夠承受的輻射功率Px = Ji σ T4,考慮最大熔點的金屬絲:鎢絲(熔點:34220C -3695K)，則PX = Ji σ T4 33. 2W/mm ο考慮到設計冗餘，選擇工作溫度為熔點的1/2，則承受的輻射功率減少為Px的1/16 :約為2W/mm2，顯然，完全滿足彎鐵光源的白光及所有的單色光WBPM。若改用長方體碳絲，其迎光厚度h = 100 μ m，側面寬度W = 500 μ m，則吸收面積Sa=lh，熱輻射面積Sr = 21w+21h，假設平衡溫度為材質的熔點，則絲狀材質(圓柱體)能夠承受的輻射功率Px = 2σΤ4 (…+辦)(材質的側面寬度w對Px有顯著影響)
h考慮最大熔點的碳絲(熔點3550°C-3823K)，則,Px=2σΤ4^+ h^U5W I mm2。
x h考慮到設計冗餘，選擇工作溫度為熔點的95%，留出5%的溫度餘量則承受的輻射功率減少為Px的81% :約為117W/mm2，碳絲(長方體)的尺寸選擇主要由材料成本、力口工、使用方便決定。長方體絲材質的使用缺點包括如果不能保證絲材質迎光面正對完全迎光；或者使用過程中，光束髮生偏向，使得本來用作散熱的大面積側面反而接受更多光束照射，容易導致燒毀。而絲狀(圓柱體、或者迎光厚度等於側面寬度的情況)則不存在類似問題，但是承受熱功率不高、數值固定不能調節。針對絲的下垂量，可從材質絲熱膨脹係數的角度選擇掃描絲。影響絲的下垂量因素包括絲的自重；線熱膨脹係數；絲材質(硬度高、抗形變；逸出功小、探測效率高；高溫性質穩定；易加工、易使用)；掃描絲下垂量的計算只考慮材質的線熱膨脹係數，即絲下垂量的計算本質上只需比較絲材質的線熱膨脹係數。絲材質的脫出功如表I所示。由表I可知三種元素的脫出功最大值是最小值的比值g-1.12 10倍，遠遠小於I個數量級。所以三者的脫出功不會顯著影響絲材質的選
擇。脫出功的影響可以忽略。表I、碳、金、鎢三種元素的脫出功
權利要求1.一種十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述探測器包括 帶有豎直導軌的滑臺支架； 固定連接在所述滑臺支架頂部的電機； 兩個上下平行安裝在所述滑臺支架一側面的限位開關； 安裝在所述滑臺支架一側面並位於兩個限位開關之間的零位光耦開關； 柱形的真空腔體，其外周面與所述滑臺支架底面固定連接； 與所述電機連接可軸向轉動並沿所述豎直導軌運動的直線導入器； 安裝在所述直線導入器上並在兩個限位開關之間運動的卡扣； 豎直連接在所述滑臺支架上並與所述直線導入器平行設置的光柵尺； 固定連接在所述直線導入器底端並伸入真空腔體內的支撐環； 兩根分別固定連接在所述支撐環的兩個端面的掃描絲，且所述兩根掃描絲相互垂直設置；以及 連接在所述真空腔體外周面並伸入該真空腔體內的多個雙芯真空接頭和一觀察窗。
2.根據權利要求I所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述支撐環包括 一端與所述直線導入器連接的驅動杆； 連接在所述驅動杆另一端並與其一體成型的C形環，其開口與所述驅動杆相對設置；以及 對稱設置在所述C形環上並分別用於夾持掃描絲兩端的夾絲機構。
3.根據權利要求2所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述夾絲機構包括 固定連接在所述C形環上的定位底座；以及 嵌置在所述定位底座表面用於夾持掃描絲的兩個銅片和設置在所述兩個銅片之間的絕緣陶瓷墊片。
4.根據權利要求3所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述C形環的兩個端面上分別設有用於容置所述定位底座的固定凹槽。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述探測器還包括與所述雙芯真空接頭連接的過渡接管組件。
6.根據權利要求5所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述電機通過聯軸器與所述直線導入器連接。
7.根據權利要求6所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述真空腔體的外周面設有分別用於容置所述直線導入器、雙芯真空接頭和觀察窗的刀口法蘭口。
8.根據權利要求6或7所述的十字絲掃描探測器，其特徵在於，所述的雙芯真空接頭數量為兩個。
專利摘要本實用新型涉及一種十字絲掃描探測器，它包括帶有豎直導軌的滑臺支架；電機；兩個限位開關；零位光耦開關；柱形的真空腔體；與所述電機連接可軸向轉動並沿所述豎直導軌運動的直線導入器；安裝在所述直線導入器上並在兩個限位開關之間運動的卡扣；光柵尺；固定連接在所述直線導入器底端並伸入真空腔體內的支撐環；兩根分別固定連接在所述支撐環的兩個端面的掃描絲；以及連接在所述真空腔體外周面並伸入該真空腔體內的多個雙芯真空接頭和一觀察窗。本實用新型測量測量X射線的空間分布的方法簡單，只需進行一次掃描即可，並可以通過光柵尺的讀數很快得出X射線的空間分布曲線圖，測量效率有效提高，且建造成本和控制的複雜性減低。
文檔編號G01T1/29GK202563097SQ20122015345
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者周劍英, 黎忠, 龔培榮, 張永立, 徐慧超, 朱周俠, 蔣建國, 劉昕 申請人:中國科學院上海應用物理研究所