本發(fā)明涉及一種理化檢測設(shè)備，尤其涉及一種用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置和方法。

背景技術(shù)：

波長色散型多道X射線熒光光譜儀(以下簡稱X熒光光譜儀)是現(xiàn)代冶金企業(yè)重要的理化檢測儀器設(shè)備。X熒光光譜儀在進(jìn)行測量時，是利用從X射線管發(fā)射的X射線照射到被測量樣品表面，激發(fā)出二次X射線(熒光X射線)，每種元素具有特征波長的熒光X射線，經(jīng)過狹縫被分光晶體色散定向射到元素通道上的檢測器，檢測器將接收的X射線能量轉(zhuǎn)換為電脈沖信號再經(jīng)后續(xù)電路進(jìn)行處理，測量出樣品中某種元素的X熒光射線強(qiáng)度并經(jīng)過一系列數(shù)學(xué)處理轉(zhuǎn)換為該元素的化學(xué)含量值。

X熒光光譜儀分光按照“聚焦波束幾何法”的方式進(jìn)行色散，如圖1所示，分光晶體的曲率半徑即在聚焦(羅蘭)圓上有規(guī)律地對特征X熒光射線的譜線進(jìn)行波長色散。分光晶體色散服從布拉格定律，即滿足下式：

nλ＝2dsinθ

式中n為衍射級數(shù)；λ為熒光X射線波長；θ為分光晶體掠射角；d為晶面間距。對于X熒光光譜儀的某一個元素通道而言，其中n、λ和d等參數(shù)是固定不變的，根據(jù)布拉格定律，不同元素通道的θ參數(shù)也有理論值。在設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試和分光晶體老化重新更換后，分光晶體的掠射角θ(空間位置)會與理論值有偏差，必須進(jìn)行調(diào)整以滿足上述布拉格定律的約束條件，從而獲得測量元素的最佳衍射強(qiáng)度，以保證測量精度。

X熒光光譜儀分光晶體掠射角的調(diào)整需要在X射線開啟時，用對應(yīng)通道元素匹配的樣品進(jìn)行連續(xù)測量，如果單從調(diào)整效果來看，需打開儀器面板在X射線開啟的情況下對某個元素通道分光晶體的掠射角進(jìn)行連續(xù)調(diào)整，操作調(diào)整人員手拿螺絲刀在元素通道分光器處緩慢反復(fù)來回擰動調(diào)整螺絲來調(diào)整晶體角度，直至強(qiáng)度達(dá)到最大測量強(qiáng)度值，這期間操作調(diào)整人員將受到電離輻射，為了安全起見嚴(yán)禁這種操作方法。現(xiàn)有技術(shù)是：實際調(diào)整時先蓋上X熒光射線光譜儀面板，開啟X射線確定某個元素分光器中分光晶體在一定掠射角下的X射線強(qiáng)度，然后關(guān)閉X射線打開面板，操作調(diào)整人員用螺絲刀在元素通道分光器的調(diào)整螺絲以一個方向擰動螺絲一定角度，再蓋上面板打開X射線觀察此時的X射線強(qiáng)度，并與前一個強(qiáng)度值比較，如果是變大就按此方向繼續(xù)階梯調(diào)整，反之則反方向階梯調(diào)整。如此循環(huán)往復(fù)直至找到最大X 射線強(qiáng)度值，在這個過程中每次調(diào)整角度都需開啟、關(guān)閉X射線和蓋上、打開面板這些步驟，費(fèi)時費(fèi)力、極為繁瑣。由于強(qiáng)度信號輸出有時間滯后，給觀察和記錄最大強(qiáng)度帶來很大誤差，而且手工調(diào)整分光晶體對操作調(diào)整人員的技術(shù)和經(jīng)驗都有很高要求，很多時候靠手感，角度調(diào)整量無法準(zhǔn)確掌握，要有多年的操作經(jīng)驗方能勝任，即使這樣，掠射角調(diào)整一次成功率很低，沒有定量的最佳X射線強(qiáng)度指標(biāo)，需要進(jìn)行多次操作方能完成粗略的調(diào)整。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置和方法，本發(fā)明通過長距離線控操縱柔性安裝在X熒光光譜儀元素通道分光器上高精度運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動分光晶體調(diào)整螺絲按要求轉(zhuǎn)動完成晶體掠射角的精確調(diào)整。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置，包括支架、步進(jìn)電機(jī)、彈簧、層架、調(diào)整螺絲刀、固定螺絲、支頭螺絲，所述步進(jìn)電機(jī)輸出軸上套有彈簧，輸出軸一端插入調(diào)整螺絲刀，調(diào)整螺絲刀穿過層架上的開孔，支頭螺絲從調(diào)整螺絲刀的外側(cè)徑向擰入指向步進(jìn)電機(jī)輸出軸軸鍵平面，調(diào)整螺絲刀頭在彈簧作用下能緊貼晶體調(diào)整螺絲槽內(nèi)，形成耦合連接用以調(diào)整分光晶體角度；所述調(diào)整螺絲刀頂端部為凸臺，調(diào)整螺絲刀頂端部上端面與彈簧接觸，下端面能與層架開孔的上端面接觸；

所述步進(jìn)電機(jī)安裝于支架頂部，支架為框架式，支架內(nèi)上部裝有層架，支架內(nèi)下部能套裝于固定通道上并經(jīng)固定螺絲將支架固定于固定通道上，固定通道內(nèi)裝有分光晶體，通過晶體調(diào)整螺絲來調(diào)整分光晶體掠射角。

所述調(diào)整裝置還包括定位銷，定位銷固定于支架內(nèi)的層架下方，定位銷能擱在固定通道上用于定位支架。

所述固定螺絲為蝶形螺絲。

一種用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整方法，其步驟是：

第一，關(guān)閉X射線，打開X熒光光譜儀保護(hù)面板，將分光晶體調(diào)整裝置固定安放到需要進(jìn)行調(diào)整的元素固定通道，做好步進(jìn)電機(jī)輸出軸、調(diào)整螺絲刀和晶體調(diào)整螺絲的機(jī)械耦合，進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)電纜和電機(jī)驅(qū)動器之間的電氣連接，電機(jī)驅(qū)動器位于X熒光光譜儀外；

第二，蓋上X熒光光譜儀保護(hù)面板，開啟X射線，用合適的樣品進(jìn)行X射線強(qiáng)度測量觀察；

第三，在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行前通過電機(jī)驅(qū)動器記錄調(diào)整起始位置參數(shù)，在電機(jī)驅(qū)動器上輸入步進(jìn)脈沖，通過電機(jī)驅(qū)動器遠(yuǎn)距離操控步進(jìn)電機(jī)，按順時針或逆時針方向調(diào)整分光晶體角度 的晶體調(diào)整螺絲；

第四，測量讀取每步對應(yīng)的X射線強(qiáng)度值，在網(wǎng)格紙上繪制X射線強(qiáng)度變化曲線，根據(jù)強(qiáng)度變化趨勢，初步確定X射線最大強(qiáng)度對應(yīng)的分光晶體位置，記錄下X射線最大強(qiáng)度值I_max；

第五，在X射線最大強(qiáng)度值處附近通過順時針或逆時針方向調(diào)整晶體調(diào)整螺絲，使出現(xiàn)的X射線強(qiáng)度值＞(I_max7δ)即可，此時對應(yīng)的分光晶體掠射角即為最佳角度。

所述步進(jìn)電機(jī)每個步進(jìn)脈沖為1.8°至0.036°。

本發(fā)明的用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置和方法是在X熒光光譜儀外部線控操作進(jìn)行分光晶體的掠射角調(diào)整，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，通過長距離線控操縱，柔性地安裝在X熒光光譜儀元素通道分光器上高精度運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動分光晶體調(diào)整螺絲按要求轉(zhuǎn)動，完成晶體掠射角的精確調(diào)整。由于在X熒光光譜儀外部連續(xù)作業(yè)保護(hù)調(diào)試人員免受可能的電離輻射，避免調(diào)試中頻繁開啟、關(guān)閉X射線和蓋上、打開面板。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器能記憶調(diào)整角度位置空間起始點(diǎn)，防止人工調(diào)整時因經(jīng)驗欠缺對調(diào)整螺絲旋轉(zhuǎn)力度把控不夠引起的起始點(diǎn)丟失而反復(fù)調(diào)整，最大限度地減少調(diào)整誤差。步進(jìn)電機(jī)可經(jīng)指令分辨率設(shè)置完成每個脈沖1.8°到0.036°的高精度微步進(jìn)，設(shè)定步長脈沖精確控制方法，每步都可以得到實時X射線強(qiáng)度。為了確保調(diào)整過程中得到準(zhǔn)確合理的X射線強(qiáng)度，從而精確確定分光晶體的掠射角，以定量方式即X射線最大強(qiáng)度值的7δ區(qū)間確定為最佳強(qiáng)度，用以確定最佳分光晶體掠射角。

本發(fā)明能安全、高效精確地完成X熒光光譜儀固定道分光器中分光晶體的調(diào)整，有效地指導(dǎo)X熒光光譜儀分光系統(tǒng)的點(diǎn)檢維護(hù)作業(yè)。

附圖說明

圖1為X熒光光譜儀固定道分光器色散結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整方法流程圖；

圖3為通過掠射角與X射線強(qiáng)度關(guān)系獲得最佳角度區(qū)間示意圖；

圖4為本發(fā)明的固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置調(diào)整衍射角度示意圖；

圖5為本發(fā)明的固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置側(cè)視示意圖；

圖6為本發(fā)明的固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置主視示意圖；

圖7為步進(jìn)電機(jī)與調(diào)整螺絲刀連接立體示意圖；

圖8為步進(jìn)電機(jī)與調(diào)整螺絲刀連接示意圖。

圖中：1步進(jìn)電機(jī)，2彈簧，3層架，4調(diào)整螺絲刀，5定位銷，6支架，7固定螺絲，8固定通道，9晶體調(diào)整螺絲，10支頭螺絲，11層架固定螺絲，12電機(jī)固定螺絲；17分光晶體，18電纜，19電機(jī)驅(qū)動器，20分光晶體調(diào)整裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖5至圖8，一種用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置20，包括支架6、步進(jìn)電機(jī)1、彈簧2、層架3、調(diào)整螺絲刀4、定位銷5、固定螺絲7、支頭螺絲10，所述步進(jìn)電機(jī)1輸出軸上套有彈簧2，輸出軸一端插入調(diào)整螺絲刀4，調(diào)整螺絲刀4穿過層架3上的開孔，調(diào)整螺絲刀4頂端部為凸臺，調(diào)整螺絲刀4頂端部上端面與彈簧2接觸，下端面能與層架3開孔的上端面接觸；支頭螺絲10從調(diào)整螺絲刀4的外側(cè)徑向擰入指向步進(jìn)電機(jī)1輸出軸軸鍵平面，接近輸出軸軸鍵平面但不擰緊，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)1輸出軸旋轉(zhuǎn)時軸鍵平面帶動支頭螺絲10一起轉(zhuǎn)動，并帶動調(diào)整螺絲刀4同步轉(zhuǎn)動，由于支頭螺絲10沒有頂緊步進(jìn)電機(jī)1輸出軸，在進(jìn)行分光晶體角度調(diào)整時，調(diào)整螺絲刀4在彈簧2的壓緊下會隨著晶體調(diào)整螺絲9的旋轉(zhuǎn)，沿著步進(jìn)電機(jī)1輸出軸作軸向上下起伏移動，保證整個調(diào)整過程中調(diào)整螺絲刀4頭在彈簧2的壓力作用下能緊貼晶體調(diào)整螺絲9槽內(nèi)，形成緊密可靠的耦合連接。

所述步進(jìn)電機(jī)1經(jīng)電機(jī)固定螺絲12安裝于支架6頂部，支架6為框架式，由前后兩板支架板及上部開孔的頂板組成，支架6內(nèi)上部經(jīng)層架固定螺絲11裝有層架3，定位銷5固定于支架6內(nèi)的層架3下方，定位銷5為四個，分別分布于兩邊的支架板上，定位銷5能擱在固定通道8上用于定位和支撐支架6；支架6內(nèi)下部能套裝于固定通道8上并經(jīng)固定螺絲7將支架6固定于固定通道8上，固定螺絲7為蝶形螺絲，固定通道8內(nèi)裝有分光晶體，通過晶體調(diào)整螺絲9來調(diào)整分光晶體掠射角。

一種用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整方法，其步驟是：參見圖2至圖4，

第一，關(guān)閉X射線，打開X熒光光譜儀保護(hù)面板，將分光晶體調(diào)整裝置20固定安放到需要進(jìn)行調(diào)整的元素固定通道8，即固定道分光器，包括：將步進(jìn)電機(jī)1經(jīng)電機(jī)固定螺絲12安裝于支架6頂部，將支架6經(jīng)定位銷5定位后安裝于固定通道8上，并通過蝶形固定螺絲7固定于固定通道8上；并做好步進(jìn)電機(jī)1輸出軸、調(diào)整螺絲刀4和晶體調(diào)整螺絲9的機(jī)械耦合，進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)1、電機(jī)電纜18和電機(jī)驅(qū)動器19之間的電氣連接，電機(jī)驅(qū)動器19位于X熒光光譜儀外；

第二，蓋上X熒光光譜儀保護(hù)面板，開啟X射線，用合適的樣品進(jìn)行X射線強(qiáng)度測量觀 察；

第三，在步進(jìn)電機(jī)1運(yùn)行前通過電機(jī)驅(qū)動器19記錄調(diào)整起始位置參數(shù)，在電機(jī)驅(qū)動器19上輸入步進(jìn)脈沖，通過電機(jī)驅(qū)動器19遠(yuǎn)距離操控步進(jìn)電機(jī)1，按順時針或逆時針方向調(diào)整分光晶體17角度的晶體調(diào)整螺絲9；

第四，測量讀取每步對應(yīng)的X射線強(qiáng)度值，在網(wǎng)格紙上繪制X射線強(qiáng)度變化曲線，根據(jù)強(qiáng)度變化趨勢，初步確定X射線最大強(qiáng)度對應(yīng)的分光晶體位置，記錄下X射線最大強(qiáng)度值I_max；

第五，在X射線最大強(qiáng)度值處附近通過順時針或逆時針方向調(diào)整晶體調(diào)整螺絲9，使出現(xiàn)的X射線強(qiáng)度值＞(I_max7δ)即可，此時對應(yīng)的分光晶體掠射角即為最佳角度。

所述步進(jìn)電機(jī)每個步進(jìn)脈沖為1.8°至0.036°。

本發(fā)明用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整方法：包括了步進(jìn)電機(jī)的安放、機(jī)械耦合、樣品測量、調(diào)整起始位置參數(shù)確定、分光晶體調(diào)整確定X射線最大強(qiáng)度值、定量強(qiáng)度X射線強(qiáng)度區(qū)間值和確定分光晶體最佳掠射角等步驟。

本發(fā)明用于波長色散型固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整方法的特點(diǎn)是：

由于采用遠(yuǎn)距離線控操作微型步進(jìn)電機(jī)以驅(qū)動分光晶體掠射角調(diào)整螺絲，X熒光光譜儀的面板不用頻繁打開、蓋上，調(diào)整過程中其一直處于蓋上狀態(tài)保護(hù)操作作業(yè)人員免受電離輻射的危害，調(diào)整作業(yè)的工作強(qiáng)度大幅下降；X射線也不用反復(fù)開啟、關(guān)閉，保護(hù)了X射線發(fā)射器和X射線管可能受到的負(fù)荷沖擊，延長了X射線發(fā)射器和X射線管的使用壽命。

采用高精度的步進(jìn)電機(jī)可根據(jù)實際需要分別進(jìn)行每個脈沖1.8°至0.036°的高精度微步進(jìn)，驅(qū)動分光晶體調(diào)整螺絲按技術(shù)要求達(dá)到精確掠射角調(diào)整，每一步步進(jìn)調(diào)整都能得到實時對應(yīng)的X射線強(qiáng)度值，如果電機(jī)驅(qū)動器以高分辨率指令輸出控制步進(jìn)電機(jī)，則X射線強(qiáng)度可認(rèn)為近似真實的連續(xù)變化量，無需計算機(jī)或PLC軟件編程就可實現(xiàn)，與手工調(diào)整分光晶體掠射角相比誤差減少，更容易達(dá)到可信的X射線強(qiáng)度值，從而得到最佳的分光晶體掠射角；由于該步進(jìn)電機(jī)可進(jìn)行最高0.036°的微步進(jìn)，步進(jìn)精度高、重現(xiàn)性好，不用通過復(fù)雜的減速齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動調(diào)整螺絲，實現(xiàn)直接耦合連接。

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制器具有起始點(diǎn)位置記憶復(fù)位功能，可以在分光晶體掠射角調(diào)整X射線強(qiáng)度變化趨勢方向發(fā)生錯誤、調(diào)整失敗時，通過起點(diǎn)復(fù)歸功能快速找到調(diào)整開始時的起始點(diǎn)位置重新進(jìn)行反方向調(diào)整，避免人工調(diào)整時由于無法準(zhǔn)確記住起始位置，造成重新調(diào)整X射線最大強(qiáng)度位置的丟失，引起分光晶體掠射角調(diào)整的誤差。

步進(jìn)電機(jī)輸出旋轉(zhuǎn)軸驅(qū)動調(diào)整螺絲刀頭能自動跟隨晶體調(diào)整螺絲旋轉(zhuǎn)升降，保證整個調(diào) 整過程中調(diào)整螺絲刀頭在彈簧的壓力作用下能緊貼晶體調(diào)整螺絲槽內(nèi)，形成緊密的耦合連接，不會出現(xiàn)調(diào)整螺絲刀頭空轉(zhuǎn)、打滑而引起步進(jìn)電機(jī)無效行進(jìn)，產(chǎn)生X射線強(qiáng)度值讀取誤差。

由于連續(xù)調(diào)整分光晶體掠射角確定最大X射線強(qiáng)度過程中，只有過了最大強(qiáng)度處繼續(xù)調(diào)整，X射線強(qiáng)度出現(xiàn)下降明顯趨勢時，才可在過去的調(diào)整位置判斷曾經(jīng)出現(xiàn)最大的X射線強(qiáng)度值，調(diào)整過程中利用網(wǎng)格紙記錄步進(jìn)電機(jī)每步行進(jìn)所對應(yīng)的X射線強(qiáng)度得到關(guān)系曲線。由于X射線強(qiáng)度是動態(tài)變化量，某一處掠射角的X射線強(qiáng)度值無法重復(fù)測量得到完全一致的值，運(yùn)用X射線最大強(qiáng)度值的-7δ區(qū)間確定為最佳強(qiáng)度，即在曾經(jīng)出現(xiàn)最大X射線強(qiáng)度值附近角度位置順時針或逆時針調(diào)整，只要出現(xiàn)X射線強(qiáng)值在“最大強(qiáng)度值7δ”區(qū)間以上，它所對應(yīng)的掠射角位置就是最佳空間位置，參見圖3。其中：7δ＝(100-2.56×10^-10)％≈0.999999934464。

實施例：在X熒光光譜儀分光器分光晶體調(diào)整時，使用了KEYENCE公司(基恩士)QS系列混合型步進(jìn)電機(jī)組件(包括QS-M28微步進(jìn)電機(jī)、QS-10N電機(jī)驅(qū)動器和QS-C5G軟性電纜等)對日本島津公司MXF系列X熒光光譜儀固定道分光器分光晶體進(jìn)行掠射角調(diào)整，其結(jié)果能滿足X熒光光譜儀的分析檢測要求。

本發(fā)明的X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整方法的主要技術(shù)參數(shù)包括：

(1)步進(jìn)電機(jī)最高指令分辨率

(2)每個脈沖1.8°到0.036°的高精度微步進(jìn)；

(3)不小于5m的遠(yuǎn)距離線控軟性電纜；

(4)X射線強(qiáng)值＞“I_max7δ”，所對應(yīng)的掠射角θ位置；

(5)1:1電機(jī)連接耦合驅(qū)動。

以硅Si和錳Mn元素固定道分光器中分光晶體更換后，晶體掠射角調(diào)整前后的X熒光光譜儀測量效果對比(見表1)，以英國標(biāo)樣局可鍛造鐵標(biāo)樣BAS 655/3在MXF-2400X熒光光譜儀上連續(xù)10次測量X射線強(qiáng)度值為例(X射線管電壓40KV,管電流60mA，積分時間40秒)：

表1：X熒光光譜儀強(qiáng)度數(shù)據(jù)對比表(單位：kcps)

本發(fā)明用于波長色散固定道X熒光光譜儀分光晶體調(diào)整裝置和方法滿足了X熒光光譜儀分光器中分光晶體空間幾何位置偏移后，按照布拉格定律約束條件對分光晶體掠射角θ進(jìn)行調(diào)整，在保證設(shè)備的完整性不進(jìn)行解體的情況下，不改變電子光學(xué)、電氣電路和機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)組成，安全高效、高精度地完成分光晶體掠射角調(diào)整，保證X熒光光譜儀分析數(shù)據(jù)元素數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、可靠。

以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。