一種上照式x熒光光譜儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種上照式X熒光光譜儀，包括光管安裝單元、探測器單元、準(zhǔn)直器、高壓組件單元、可移動樣品平臺、氦氣充氣單元、控制單元與通道校正單元；所述成像單元位于所述準(zhǔn)直器的下方，所述控制單元包括PID控制器、上位機單元、下位機單元、下位機控制板與上位機軟件，所述通道校正單元包括復(fù)合校正片，所述可移動樣品平臺在所述光管和準(zhǔn)直器的下方水平設(shè)置。本實用新型屬于上照式，可避免X射線激發(fā)樣品產(chǎn)生的散射熒光對光路的污染，同時提高X射線的穿透能力，還可實現(xiàn)X射線備壓控制及光譜儀自動校正，且精度高、速度快、穩(wěn)定性好、實時性強、計算量小、通用性強。
【專利說明】一種上照式X熒光光譜儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種X熒光光譜儀，特別是涉及一種上照式X射線熒光光譜儀，屬于X熒光光譜儀制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]X熒光光譜儀是一種主要用于化學(xué)元素定性和定量分析的儀器，其分析元素范圍一般為(n)Na-(92)U，其優(yōu)點是分析速度快，可以進行非破壞性分析、現(xiàn)場分析、在線分析及原位分析，因此應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
[0003]X射線由于其具有巨大的能量，穿透力很強，所以傳統(tǒng)光學(xué)器件不能影響其光路方向，所以X射線光管產(chǎn)生的射線無法進行聚焦，由于散射原因?qū)е抡丈渲链郎y樣品的X射線能量很低，對于待測物品的能量激發(fā)不夠充分。目前市場上的X熒光光譜儀普遍采用45°角照射135°角接收檢測信號的方案，導(dǎo)致X射線的能量不能夠完全用于激發(fā)被測物品的電子能量，尤其是針對有鍍層或多層待測樣品，X射線穿透厚度及穿透強度由于入射角度的影響達不到使用要求。
[0004]目前X射線的激發(fā)主要由高壓組件單元激發(fā)X射線光管完成，對光管提供50Kv的加速電壓，當(dāng)燈絲通入電流時燈絲發(fā)熱并釋放高速電子，高速電子撞擊金屬靶材產(chǎn)生X射線及大量的熱量，如此，每次檢測開始時都會重復(fù)以上過程，由于每次檢測過程高壓都必須重新啟動并重新激發(fā)射線，使光管及高壓組件單元處于頻繁的啟停狀態(tài)中，對高壓組件單元及光管壽命都有巨大影響，所以高壓組件單元及X射線光管是熒光光譜儀最易損的器件。因此，市場上急需提供一種X射線備壓控制單元，保護高壓組件單元和X射線光管，延長其使用壽命。
[0005]另外，在校正時，現(xiàn)有的X射線熒光光譜儀都是采用外配校正片的方案定期由人工完成校正，校正片一般為高純度金屬標(biāo)準(zhǔn)品，一般一種校正片只能校準(zhǔn)一類通道，所以設(shè)備都配有多個校正片，校正片體積小、價格昂貴，易丟失。各公司由于員工及制度等問題，經(jīng)常無法準(zhǔn)確判斷校正的時間，容易出現(xiàn)未能定期完成校正工作從而導(dǎo)致系統(tǒng)檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差的問題。
[0006]因此，需要提供一種靈活、精度高、速度快、穩(wěn)定性好、實時性強、方法簡單、計算量小、通用性強、可實現(xiàn)X射線備壓控制及光譜儀自動校正的X熒光光譜儀。
實用新型內(nèi)容
[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種靈活、精度高、速度快、穩(wěn)定性好、實時性強、方法簡單、計算量小、通用性強、可實現(xiàn)X射線備壓控制及光譜儀自動校正的上照式X熒光光譜儀。
[0008]本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為:
[0009]一種上照式X熒光光譜儀，與一安裝有測量軟件的電腦連接配合使用，其包括光管安裝單元、探測器單元、準(zhǔn)直器、高壓組件單元、可移動樣品平臺、開關(guān)電源，所述開關(guān)電源與高壓組件單元相連接，其特征在于，所述上照式X熒光光譜儀還包括氦氣充氣單元、成像單元、控制單元與通道校正單元；
[0010]所述成像單元位于所述準(zhǔn)直器的下方；
[0011]所述控制單元包括PID控制器、上位機單元、下位機單元、下位機控制板與上位機軟件；用來控制高壓組件單元的啟動和停止、攝像頭的開關(guān)、探測器的接收和關(guān)閉、開關(guān)指示燈的亮滅，同時負(fù)責(zé)監(jiān)控儀器各個部件的使用狀態(tài)。
[0012]所述通道校正單元包括復(fù)合校正片，所述復(fù)合校正片位于探測器的前端，使探測器能夠同時接收到兩種校正片的信號，從而既可以校正高通道也可以校正低通道。
[0013]所述可移動樣品平臺在所述光管和準(zhǔn)直器的下方水平設(shè)置。
[0014]其中，所述氦氣充氣單元包括氦氣管,采取用氦氣管對樣品檢測區(qū)內(nèi)充氦氣的方式，排除空氣中其他元素對測量樣品的干擾，提高測量輕元素的準(zhǔn)確性。
[0015]作為本實用新型的優(yōu)選方案之一，所述光管安裝單元包括光管與光管支架，所述光管由所述光管支架支撐，所述光管上方還設(shè)置有一光管散熱片，用于光管散熱，所述光管通過卡筋與光管散熱片固定連接。
[0016]作為本實用新型的優(yōu)選方案之一，所述探測器單元包括探測器、用于支撐所述探測器的探測器安裝支架，所述探測器所在平面與所述光管和準(zhǔn)直器所在平面相交成45°。
[0017]作為本實用新型的優(yōu)選方案之一，所述準(zhǔn)直器位于所述光管的正下方且與所述光管垂直放置，所述光管安裝單元和準(zhǔn)直器的下方還水平設(shè)置有一中承板，用于支撐光管安裝單元、準(zhǔn)直器及探測器單元。
[0018]其中，所述光管采用微焦點鈹窗X射線光管，所述探測器是高分辨率的快速硅漂移探測器，所述準(zhǔn)直器是帶有聚焦功能的晶體準(zhǔn)直器，實現(xiàn)對X射線的大部分反射功能，提高測試樣品的X射線的能量強度。
[0019]作為本實用新型的優(yōu)選方案之一，所述成像單元包括反射鏡片、攝像頭、激光定位器，所述反射鏡片與水平面相交45°設(shè)置，位于所述準(zhǔn)直器的正下方，并通過一鏡子支架固定，用于反射樣品的成像；所述攝像頭水平設(shè)置，通過一對相互配合使用的攝像頭固定塊固定，位于反射鏡片的一側(cè)部，沿水平方向拍攝反射鏡片中的圖像，通過通信傳輸在用戶使用軟件的視頻窗口中顯示；所述激光定位器設(shè)置于一激光安裝塊上，并位于所述光管支架的下方、所述準(zhǔn)直器的一側(cè)部，用于確定樣品測試點的位置。
[0020]優(yōu)選的，所述可移動樣品平臺包括一主支撐架、一上下移動平臺、一前后移動平臺與一底座，所述主支撐架上設(shè)置有一平臺限位塊，來決定上下移動的最高限度。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0022]第一，本實用新型的熒光光譜儀屬于上照式，即光路在被測樣品的垂直正上方，可避免X射線激發(fā)樣品產(chǎn)生的散射熒光對光路的污染，同時可提高X射線的穿透能力。
[0023]第二，本實用新型靈活、精度高、速度快、穩(wěn)定性好、實時性強、方法簡單、計算量小、通用性強、檢測厚度可達到市場認(rèn)可。
[0024]第三，本實用新型可實現(xiàn)X射線備壓控制及光譜儀自動校正，可以避免經(jīng)常的啟停高壓組件單元，達到保護高壓組件單元和光管的效果，延長其使用壽命。
[0025]第四，本實用新型還配備了可選的氦氣充氣裝置，采取用氦氣管對樣品檢測區(qū)內(nèi)充氦氣的方式，排除空氣中其他元素對測量樣品的干擾，提高測量輕元素的準(zhǔn)確性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本實用新型的結(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要點，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細(xì)說明。
[0027]圖1是本實用新型所公開的上照式X熒光光譜儀的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本實用新型所公開的上照式X熒光光譜儀的可移動樣品平臺的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3是本實用新型所公開的上照式X熒光光譜儀的控制流程圖。
[0030]附圖標(biāo)記說明:1_光管安裝單元，11-光管，12-光管支架，13-光管散熱片，14-卡筋，2-探測器單元，21-探測器，22-探測器安裝支架，3-準(zhǔn)直器，4-可移動樣品平臺，41-主支撐，42-上下移動組件，43-前后移動組件，44-平臺限位塊，45-底座，5-高壓組件單元，6-成像單元，61-反射鏡片，62-鏡子支架，63-激光定位器，64-激光安裝塊，65-攝像頭，66-攝像頭固定塊，7-氦氣充氣單元，71-氦氣管，8-控制單元，9-通道校正單元，91-復(fù)合校正片，10-開關(guān)電源。
【具體實施方式】
[0031]下面將結(jié)合本實施例中的附圖，對實施例中的技術(shù)方案進行具體、清楚、完整地描述。
[0032]為了滿足測量鍍層樣品的檢測厚度要求，實現(xiàn)定點測量，本實用新型提供了一種上照式X熒光光譜儀，該光譜儀能夠?qū)五儗?、多鍍層及超厚鍍層樣品進行檢測，可定點測量，光斑小、可精確測量小樣品，速度快、測量精度高。
[0033]參照圖1所示，為本實施例的一種上照式X熒光光譜儀的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是可移動樣品平臺的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2在實際安裝過程中位于圖1的下方。
[0034]一種上照式X熒光光譜儀，其包括光管安裝單元1、探測器單元2、準(zhǔn)直器3、高壓組件單元5、可移動樣品平臺4、開關(guān)電源10，所述開關(guān)電源10與高壓組件單元5相連接，其包括氦氣充氣單元7、成像單元6、控制單元8與通道校正單元9。
[0035]如圖1所示，光管11由卡筋14與光管散熱片13固定，由光管支架12支撐，光管11的上方是光管散熱片13，用于光管11散熱，光管11下方與光管11垂直放置的是準(zhǔn)直器3，與光管11和準(zhǔn)直器3所在平面相交的45°方向放置探測器21，它由探測器安裝支架22支撐。
[0036]準(zhǔn)直器3的下方與水平面相交45°方向放置有反射鏡片61，由鏡子支架62固定，用于反射樣品的成像。攝像頭65沿水平方向拍攝反射鏡片61中的圖像，通過通信傳輸在用戶使用軟件視頻窗口中顯示。攝像頭65由兩塊攝像頭固定塊66固定。在光管支架12的下方，準(zhǔn)直器3的一側(cè)放有激光定位器63，放于激光安裝塊64上，用于確定樣品測試點的位置。
[0037]所述準(zhǔn)直器3位于所述光管11的正下方且與所述光管11垂直放置，所述光管安裝單元I和準(zhǔn)直器3的下方還水平設(shè)置有一中承板31，用于支撐光管安裝單元1、準(zhǔn)直器3及探測器單元2。
[0038]其中，所述光管11采用微焦點鈹窗X射線光管，所述探測器2是高分辨率的快速硅漂移探測器，所述準(zhǔn)直器3是帶有聚焦功能的晶體準(zhǔn)直器，實現(xiàn)對X射線的大部分反射功能，提高測試樣品的X射線的能量強度。
[0039]測試時根據(jù)客戶需求可以設(shè)置是否在檢測區(qū)內(nèi)充氦氣，采用外部直接連接方式供給氦氣與氦氣管71連接，采取用氦氣管71對樣品檢測區(qū)間充氦氣的方式,排除空氣中其它元素對測量樣品的干擾，提高測量輕元素的準(zhǔn)確性。
[0040]所述控制單元8包括PID控制器、上位機單元、下位機單元、下位機控制板與上位機軟件；下位機控制板的主要功能是控制上位機單元與下位機單元的通信協(xié)議，并根據(jù)通信協(xié)議內(nèi)容控制儀器內(nèi)部器件實現(xiàn)功能，由上位機單元調(diào)用通過接口板控制儀器的操作，包括:高壓組件單元5的啟動和停止、攝像頭65的開關(guān)、探測器2的接收和關(guān)閉、開關(guān)指示燈的亮滅，同時負(fù)責(zé)監(jiān)控儀器各個部件的使用狀態(tài)等。
[0041]如圖2所示，開關(guān)電源10與高壓組件單元5相連，用于給光管11供電，可設(shè)置管壓最大為50Kv，管流最大為lOOOuA，其輸出電壓電流穩(wěn)定在0.01%。
[0042]如圖2所示，可移動樣品平臺4在光管11和準(zhǔn)直器3的下方水平放置，所述可移動樣品平臺4包括一主支撐架41、一上下移動平臺42、一前后移動平臺43與一底座45，所述主支撐架41上設(shè)置有一平臺限位塊44，來決定上下移動的最高限度，可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整。測試時把樣品放于樣品平臺上，通過激光定位器63計算樣品待測點與光斑的距離，系統(tǒng)會通過前后移動平臺43將樣品的待測試點移到準(zhǔn)直器3的正下方，與光管11發(fā)射的X光光斑重合。初始化時，復(fù)合校正片91由下位機單元控制系統(tǒng)控制自動放于樣品平臺上，通過X射線對復(fù)合校正片91上的元素激發(fā)校正系統(tǒng)高能量通道與低能量通道。
[0043]所述通道校正單元9包括復(fù)合校正片91，位于探測器21的前端，復(fù)合校正片91采用兩種高純度校正金屬組合構(gòu)成，兩種金屬安裝位置分別位于X射線熒光點的兩側(cè)，即當(dāng)X射線發(fā)射時同時能夠激發(fā)兩種校正片的電子能量，使探測器能夠同時接收到兩種校正片的信號。通過兩種校正片的信號即可以校正高通道也可以校正低通道，并且由于校正片采用整體安裝方法同時還可以起到對探測器21頭部的保護作用。當(dāng)系統(tǒng)開始測試后，復(fù)合校正片從檢測保護位置被控制單元移開。
[0044]測試時，如圖3所示進行如下操作步驟:
[0045](I)將安裝有測量軟件的電腦與所述上照式X熒光光譜儀連接，預(yù)熱儀器，確保高壓組件單元輸出與光管輸出的穩(wěn)定性，即可有效保證儀器的穩(wěn)定性和測試結(jié)果的準(zhǔn)確性；若預(yù)熱失敗，則返回重新連接儀器；
[0046](2)預(yù)熱成功后，儀器自動采用通道校正單元校正，通過位于檢測位置的復(fù)合校正片開始進行高能與低能通道校正。若校正失敗，則重新設(shè)置校正參數(shù)或檢查校正片位置，重新校正；
[0047]( 3 )校正成功后，進入系統(tǒng)測試，上位機單元通過通信端口向下位機單元發(fā)送啟動備壓控制指令，下位機單元根據(jù)上位機單元發(fā)送的啟動備壓控制的指令啟動備壓控制，PID控制器提升高壓值，高壓值達到給定高壓后，高壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，備壓結(jié)束；
[0048](4)高壓組件單元驅(qū)動光管發(fā)射X射線，產(chǎn)生的X射線垂直照射到樣品表面的待測點，激發(fā)樣品產(chǎn)生熒光，探測器接收產(chǎn)生的熒光信號，下位機單元不斷實時地將探測器接收的熒光信號發(fā)送給上位機軟件，上位機軟件對接收到的熒光信號實時地進行算法處理，最終計算出樣品中各元素的含量或各層鍍層的厚度，輸出測量結(jié)果；[0049]若探測器接收信號失敗，即發(fā)生通信中斷，上位機單元向下位機單元發(fā)送啟動備壓控制的指令，PID控制器降低高壓值至給定的最低額度后，高壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，控制過程結(jié)束，等待故障確認(rèn)后重新測試；
[0050]( 5 )測試完成后，上位機單元通過通信端口向下位機單元發(fā)送啟動備壓控制指令，下位機單元根據(jù)指令啟動備壓控制，PID控制器降低高壓值至給定的最低額度后，高壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，控制過程結(jié)束。
[0051]其中，校正完成后，可根據(jù)客戶的選擇判斷是否啟動氦氣充氣裝置，如需啟動氦氣充氣裝置，則充氦氣完成后，再進行系統(tǒng)測試。本實施例采取用氦氣管對樣品檢測區(qū)內(nèi)充氦氣的方式，排除空氣中其他元素對測量樣品的干擾，提高測量輕元素的準(zhǔn)確性。
[0052]本實施例采用X射線上照的方式，即光路在被測樣品的垂直正上方，避免了激發(fā)樣品產(chǎn)生的散射熒光對光路的污染。同時X射線直接照射到樣品表面，排除了樣品薄膜對測量結(jié)果的影響，提升了測量效果的準(zhǔn)確性。
[0053]X熒光光譜儀開始檢測樣品后，啟動高壓組件單元，激發(fā)光管，產(chǎn)生的X射線穿過高聚焦硅晶體準(zhǔn)直器，以90°入射角度垂直照射到樣品表面，探測器以135°接收X射線激發(fā)出的樣品能量信號。通過高聚焦硅晶體準(zhǔn)直器對X射線實現(xiàn)部分反射功能，提高X射線的能量強度，使X光管產(chǎn)生的X射線能量完全用于激發(fā)樣品的電子能量，同時使X射線光斑更小更集中，增強X射線的穿透能力，特別是對多鍍層及超厚鍍層樣品，將大大提高測試的準(zhǔn)確度。
[0054]上述【具體實施方式】，僅為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思和結(jié)構(gòu)特征，目的在于讓相關(guān)人士能夠據(jù)以實施，但以上所述內(nèi)容并不限制本實用新型的保護范圍，凡是依據(jù)本實用新型的精神實質(zhì)所作的任何等效變化或修飾，均應(yīng)落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種上照式X熒光光譜儀，其包括光管安裝單元、探測器單元、準(zhǔn)直器、高壓組件單元、可移動樣品平臺、開關(guān)電源，所述開關(guān)電源與高壓組件單元相連接，其特征在于，所述上照式X突光光譜儀還包括氦氣充氣單元、成像單元、控制單元與通道校正單元； 所述光管安裝單元包括光管與光管支架； 所述成像單元位于所述準(zhǔn)直器的下方； 所述控制單元包括PID控制器、上位機單元、下位機單元、下位機控制板； 所述通道校正單元包括復(fù)合校正片； 所述可移動樣品平臺在所述光管和準(zhǔn)直器的下方水平設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種上照式X熒光光譜儀，其特征在于，所述光管由所述光管支架支撐，所述光管上方還設(shè)置有一光管散熱片，所述光管通過卡筋與光管散熱片固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種上照式X熒光光譜儀，其特征在于，所述探測器單元包括探測器、用于支撐所述探測器的探測器安裝支架，所述探測器所在平面與所述光管和準(zhǔn)直器所在平面相交成45°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種上照式X熒光光譜儀，其特征在于，所述準(zhǔn)直器位于所述光管的正下方且與所述光管垂直放置，所述光管安裝單元和準(zhǔn)直器的下方還水平設(shè)置有一中承板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種上照式X熒光光譜儀，其特征在于，所述成像單元包括反射鏡片、攝像頭、激光定位器，所述反射鏡片與水平面相交45°設(shè)置，位于所述準(zhǔn)直器的正下方，并通過一鏡子支架固定，所述攝像頭水平設(shè)置，通過一對相互配合使用的攝像頭固定塊固定，位于反射鏡片的一側(cè)部，所述激光定位器設(shè)置于一激光安裝塊上，并位于所述光管支架的下方、所述準(zhǔn)直器的一側(cè)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種上照式X熒光光譜儀，其特征在于，所述可移動樣品平臺包括一主支撐架、一上下移動平臺、一前后移動平臺與一位于底部的底座，所述主支撐架上設(shè)置有一平臺限位塊。
【文檔編號】G01N23/223GK203772768SQ201420163704
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】楊振, 楊劍 申請人:蘇州三值精密儀器有限公司