便攜式微束x射線熒光光譜儀的制作方法
【專利摘要】一種便攜式微束X射線熒光光譜儀,包括主架,所述主架上安裝X射線光管和X射線探測器,被檢樣品位于所述X射線光管的探測光束范圍內(nèi),所述X射線探測器位于所述被檢樣品的正上方,所述熒光光譜儀還包括用于選擇性地采集被檢樣品微區(qū)生成的X射線熒光的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射線探測器位于X射線組合折射透鏡的像空間,所述被檢樣品位于所述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于連接信息采集系統(tǒng)的接口相連,所述主架上還安裝激光器,所述被檢樣品位于所述激光器的照射范圍內(nèi)。本實(shí)用新型微區(qū)分辨率小于10微米的同時(shí)、簡化結(jié)構(gòu)、減小尺寸、便于攜帶。
【專利說明】便攜式微束X射線熒光光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及X射線探測和成像領(lǐng)域,尤其是一種微束X射線熒光光譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]X射線熒光光譜儀(XRF,X-Ray Fluorescence)能在常壓下對各種形態(tài)(固態(tài)/液態(tài)/粉末等)樣品進(jìn)行簡單、快速、高分辨率和無損的元素定量測量分析。近年來眾多行業(yè)對XRF的微區(qū)分析能力、檢測靈敏度和現(xiàn)場分析能力提出了更高的要求(比如要求微區(qū)分辨率小于10微米),因此輕量、便攜、可現(xiàn)場分析的高分辨率、高靈敏度微束X射線熒光光譜儀(miciO-XRF)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
[0003]目前已有的X射線熒光光譜儀一般不配備X射線聚焦器件,微區(qū)分辨率通常為幾十甚至上百微米,迄今為止,未見微區(qū)分辨率小于10微米的便攜式微束X射線熒光光譜儀的相關(guān)報(bào)道。已有人提出基于X射線毛細(xì)管器件的熒光光譜儀(專利號:201010180956.6),因?yàn)槭褂昧?X射線毛細(xì)管器件進(jìn)行聚焦,微區(qū)分辨率提高到幾十微米,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸龐大,無法實(shí)現(xiàn)便攜,且微區(qū)分辨率還不夠高;另有人提出一種能量色散X射線熒光光譜儀(專利號:201010004423.2),用X射線發(fā)生裝置產(chǎn)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(jié)構(gòu)和控制裝置復(fù)雜,微區(qū)分辨率不高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服已有X射線熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸龐大、無法現(xiàn)實(shí)便攜、微區(qū)分辨率不高的不足,本實(shí)用新型提供一種微區(qū)分辨率小于10微米的同時(shí)、簡化結(jié)構(gòu)、減小尺寸、便于攜帶的便攜式微束X射線熒光光譜儀。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種便攜式微束X射線熒光光譜儀,包括主架,所述主架上安裝X射線光管和X射線探測器,被檢樣品位于所述X射線光管的探測光束范圍內(nèi),所述X射線探測器位于所述被檢樣品的正上方,所述熒光光譜儀還包括用于選擇性地采集被檢樣品微區(qū)生成的X射線熒光的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射線探測器位于X射線組合折射透鏡的像空間,所述被檢樣品位于所述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于連接信息采集系統(tǒng)的接口相連,所述主架上還安裝激光器,所述被檢樣品位于所述激光器的照射范圍內(nèi)。
[0008]進(jìn)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(cè)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(cè)安裝第二懸臂梁,所述第二懸臂梁上安裝所述激光器。
[0009]再進(jìn)一步,所述熒光光譜儀還包括用于放置所述被檢樣品的樣品臺(tái),所述樣品臺(tái)位于所述X射線探測器的正下方。
[0010]更進(jìn)一步,所述主架的后側(cè)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(tái)可拆卸地連接。
[0011]所述樣品臺(tái)安裝在三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
[0012]所述信息采集系統(tǒng)包括嵌入式數(shù)字信號處理模塊和信息輸出模塊,所述接口與所述嵌入式數(shù)字信號處理模塊連接,所述嵌入式數(shù)字信號處理模塊與所述信息輸出模塊連接。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為-X射線組合折射透鏡是一種基于折射效應(yīng)的新型X射線聚焦器件,其理論聚焦光斑尺寸可達(dá)納米量級,實(shí)際測試所得聚焦光斑尺寸通常在幾個(gè)微米,并具有尺寸小、制作工藝簡單、魯棒性好、可批量加工的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)由于其基于折射效應(yīng),因此在對X射線束聚焦時(shí)不需要折轉(zhuǎn)光路,因此所形成的探測裝置或儀器結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕,適合制作便攜式儀器裝置。
[0014]采用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(diǎn)來大幅度提高X射線熒光光譜儀的微區(qū)分辨率;利用其是色散器件的特點(diǎn),依據(jù)其物像關(guān)系可有選擇地采集特定波長的熒關(guān)傳送入X射線探測器,實(shí)現(xiàn)了單一器件兼具聚焦和波長選擇的功能。在結(jié)構(gòu)上,采集系統(tǒng)通過一個(gè)通用接口與主體部分相連,既可連接嵌入式微處理模塊進(jìn)行現(xiàn)場分析,也可以連接普通PC機(jī)進(jìn)行常規(guī)分析。樣品臺(tái)通過主架與主體部分連接成一體或分離,形成便攜式臺(tái)式譜儀或手持式便攜式譜儀以適應(yīng)不同的現(xiàn)場分析場合。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在:1、采用X射線組合折射透鏡作為X射線熒光光譜儀的聚焦器件,達(dá)到更高的微區(qū)分辨率;2、X射線組合折射透鏡是色散器件,通過它的物像關(guān)系,可以選擇特定波長的X射線熒光進(jìn)行分析;3、X射線組合折射透鏡基于折射效應(yīng)工作,在對X射線束聚焦時(shí)不需要折轉(zhuǎn)光路,因此所形成的探測裝置或儀器結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕,適合制作便攜式儀器裝置,可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實(shí)用新型一種基于X射線組合折射透鏡的便攜式微束X射線熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)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(tái),6為激光器,7為采集系統(tǒng),8為X射線探測器,9為接口。
[0017]圖2是已有技術(shù)微束X射線熒光光譜儀的結(jié)構(gòu)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(xì)管聚焦器件,4'為樣品,5'為樣品臺(tái),6'為PC機(jī),T為采集系統(tǒng),8'為X射線探測器,9'為第二 X射線毛細(xì)管聚焦器件。
[0018]圖3-1和圖3-2是本實(shí)用新型一種基于X射線組合折射透鏡的便攜式微束X射線熒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(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0021]參照圖1?圖4,一種便攜式微束X射線熒光光譜儀,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位于所述X射線光管2的探測光束范圍內(nèi),所述X射線探測器8位于所述被檢樣品4的正上方,所述熒光光譜儀還包括用于選擇性地采集被檢樣品微區(qū)生成的X射線熒光的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位于X射線組合折射透鏡3的像空間,所述被檢樣品4位于所述X射線組合折射透鏡3的物空間;
[0022]所述X射線探測器8的上端與用于連接信息采集系統(tǒng)的接口 9相連,所述主架I上還安裝激光器6,所述被檢樣品4位于所述激光器6的照射范圍內(nèi)。
[0023]進(jìn)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(cè)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(cè)安裝第二懸臂梁1-2,所述第二懸臂梁1-2上安裝所述激光器6。
[0024]再進(jìn)一步,所述熒光光譜儀還包括用于放置所述被檢樣品的樣品臺(tái)5,所述樣品臺(tái)5位于所述X射線探測器8的正下方。
[0025]更進(jìn)一步,所述主架I的后側(cè)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(tái)5可拆卸地連接。
[0026]所述樣品臺(tái)5安裝在三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。實(shí)現(xiàn)樣品臺(tái)的三維調(diào)節(jié)。
[0027]所述信息采集系統(tǒng)包括嵌入式數(shù)字信號處理模塊和信息輸出模塊,所述接口與所述嵌入式數(shù)字信號處理模塊連接,所述嵌入式數(shù)字信號處理模塊與所述信息輸出模塊連接。
[0028]本實(shí)施例的便攜式微束X射線熒光光譜儀,包括三個(gè)相對獨(dú)立部分(如圖1所示):核心的主體部分是基于X射線組合折射透鏡的X射線熒光探測系統(tǒng),與主體部分通過接口相連的信息采集系統(tǒng),可與主體部分分離的樣品臺(tái)。
[0029]所述主體部分包括X射線光管2,X射線探測器8、置于X射線探測器8光路前端的X射線組合折射透鏡3,校準(zhǔn)探測微區(qū)的激光系統(tǒng),通過一根主架I固定為一體。
[0030]所述X射線光管,作為X射線熒光光譜儀的探測光源,功能是發(fā)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射線熒光信息檢測器,功能是檢測X射線探測光與被檢樣品相互作用所產(chǎn)生的X射線熒光。
[0032]所述X射線組合折射透鏡,能實(shí)現(xiàn)對X射線束的二維聚焦,作為特定X射線熒光采集和傳送器,功能是利用其聚焦特性,選擇性地采集樣品微區(qū)生成的特定X射線熒光,并傳送入X射線探測器。
[0033]所述激光系統(tǒng),包括激光器6,作為X射線熒光光譜儀的照明系統(tǒng),功能是對不可見的X射線熒光探測系統(tǒng)進(jìn)行探測微區(qū)校準(zhǔn)。
[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射線組合折射透鏡采集到的熒光信息直接進(jìn)入X射線探測器。所述X射線探測器另一端連接信息采集接口。
[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(fā)射出進(jìn)行熒光分析的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(dǎo)體激光器,通過光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),使其作為可見光源照射被檢樣品的探測微區(qū);所述從主架伸展出去的第三懸臂梁,作為機(jī)械連接裝置,實(shí)現(xiàn)與樣品臺(tái)的連接或分離。
[0036]所述信息采集系統(tǒng),作為X射線熒光光譜儀的信息分析處理系統(tǒng),通過信息采集接口與X射線探測器相連,包含嵌入式數(shù)字信號處理模塊和信息輸出模塊;所述嵌入式處理模塊,在便攜式要求不高的場合可以采用PC機(jī)替代;所述信息輸出模塊,可以是屏幕顯示或者是打印輸出或者屏幕顯示和打印輸出二者兼有。
[0037]所述樣品臺(tái),作為一個(gè)多維度可調(diào)的載物臺(tái),實(shí)現(xiàn)對被檢樣品的位置調(diào)節(jié),以便X射線熒光光譜儀對被檢樣品的特定微區(qū)進(jìn)行對準(zhǔn)檢測。所述樣品臺(tái),可以通過所述主架與X射線熒光光譜儀連接或分離,連接狀態(tài),針對需放置于樣品臺(tái)的小型樣品進(jìn)行分析和檢測,分離狀態(tài),X射線熒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(qū)進(jìn)行分析和檢測。
[0038]與已有技術(shù)的X射線熒光光譜儀(如圖2所示)相比,本實(shí)用新型在發(fā)射通道上減掉了 I個(gè)X射線聚焦器件,且X射線組合折射透鏡是微結(jié)構(gòu)器件,其本身尺寸和重量要比X射線毛細(xì)管聚焦器件小得多。因?yàn)閺腦射線管發(fā)出的X射線束未經(jīng)聚焦,不再需要X射線CCD監(jiān)控X射線微束光斑,因此同時(shí)減掉了 X射線CCD,改用激光校準(zhǔn)系統(tǒng)照明熒光激發(fā)區(qū)域,校準(zhǔn)系統(tǒng)激光器采用半導(dǎo)體激光器,固定在主架上并可進(jìn)行角度調(diào)節(jié),幾乎不增加X射線熒光光譜儀的尺寸和重量。因此,本實(shí)用新型的微束X射線熒光光譜儀能夠滿足輕量、便攜的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式微束X射線熒光光譜儀,包括主架,所述主架上安裝X射線光管和X射線探測器,被檢樣品位于所述X射線光管的探測光束范圍內(nèi),所述X射線探測器位于所述被檢樣品的正上方,其特征在于:所述熒光光譜儀還包括用于選擇性地采集被檢樣品微區(qū)生成的X射線熒光的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射線探測器位于X射線組合折射透鏡的像空間,所述被檢樣品位于所述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于連接信息采集系統(tǒng)的接口相連,所述主架上還安裝激光器,所述被檢樣品位于所述激光器的照射范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式微束X射線熒光光譜儀,其特征在于:所述主架的中部安裝所述X射線探測器,所述主架的一側(cè)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(cè)安裝第二懸臂梁,所述第二懸臂梁上安裝所述激光器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的便攜式微束X射線熒光光譜儀,其特征在于:所述熒光光譜儀還包括用于放置所述被檢樣品的樣品臺(tái),所述樣品臺(tái)位于所述X射線探測器的正下方。
4.如權(quán)利要求3所述的便攜式微束X射線熒光光譜儀,其特征在于:所述主架的后側(cè)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(tái)可拆卸地連接。
5.如權(quán)利要求3所述的便攜式微束X射線熒光光譜儀,其特征在于:所述樣品臺(tái)安裝在三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。
6.如權(quán)利要求3所述的便攜式微束X射線熒光光譜儀,其特征在于:所述信息采集系統(tǒng)包括嵌入式數(shù)字信號處理模塊和信息輸出模塊,所述接口與所述嵌入式數(shù)字信號處理模塊連接,所述嵌入式數(shù)字信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(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】樂孜純, 董文 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)