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)。本發(fā)明微區(qū)分辨率小于10微米的同時、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]本發(fā)明涉及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)成為當前的研究熱點。
[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)報道。已有人提出基于X射線毛細管器件的熒光光譜儀(專利號:201010180956.6)，因為使用了 X射線毛細管器件進行聚焦，微區(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)實便攜、微區(qū)分辨率不高的不足，本發(fā)明提供ー種微區(qū)分辨率小于10微米的同時、簡化結(jié)構(gòu)、減小尺寸、便于攜帯的便攜式微束X射線熒光光譜儀。
[0005]本發(fā)明解決其技術(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)的接ロ相連，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]進ー步，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，所述主架的另ー側(cè)安裝第二懸臂梁，所述第二懸臂梁上安裝所述激光器。
[0009]再進一歩，所述熒光光譜儀還包括用于放置所述被檢樣品的樣品臺，所述樣品臺位于所述X射線探測器的正下方。
[0010]更進一歩，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可拆卸地連接。
[0011]所述樣品臺安裝在三維調(diào)節(jié)機構(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，所述接ロ與所述嵌入式數(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]本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為:X射線組合折射透鏡是ー種基于折射效應(yīng)的新型X射線聚焦器件，其理論聚焦光斑尺寸可達納米量級，實際測試所得聚焦光斑尺寸通常在幾個微米，并具有尺寸小、制作エ藝簡單、魯棒性好、可批量加工的優(yōu)點，同時由于其基于折射效應(yīng)，因此在對X射線束聚焦時不需要折轉(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，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，實現(xiàn)了単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)通過ー個通用接ロ與主體部分相連，既可連接嵌入式微處理模塊進行現(xiàn)場分析，也可以連接普通PC機進行常規(guī)分析。樣品臺通過主架與主體部分連接成一體或分離，形成便攜式臺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]本發(fā)明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，可以實現(xiàn)現(xiàn)場分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明一種基于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，1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為激光器，7為采集系統(tǒng)，8為X射線探測器，9為接ロ。
[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，1'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為采集系統(tǒng)，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是本發(fā)明一種基于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是ニ維聚焦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(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步描述。
[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1，所述主架1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)的接ロ 9相連，所述主架1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]進ー步，所述主架1的中部安裝所述X射線探測器8，所述主架1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1另ー側(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]再進一歩，所述熒光光譜儀還包括用于放置所述被檢樣品的樣品臺5，所述樣品臺5位于所述X射線探測器8的正下方。
[0025]更進一歩，所述主架1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5可拆卸地連接。
[0026]所述樣品臺5安裝在三維調(diào)節(jié)機構(gòu)上。實現(xiàn)樣品臺的三維調(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，所述接ロ與所述嵌入式數(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]本實施例的便攜式微束X射線熒光光譜儀，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)，與主體部分通過接ロ相連的信息采集系統(tǒng)，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，校準探測微區(qū)的激光系統(tǒng)，通過ー根主架1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，能實現(xiàn)對X射線束的ニ維聚焦，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)進行探測微區(qū)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射線組合折射透鏡采集到的熒光信息直接進入X射線探測器。所述X射線探測器另一端連接信息采集接ロ。
[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，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，作為機械連接裝置，實現(xiàn)與樣品臺的連接或分離。
[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)，通過信息采集接ロ與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，作為一個多維度可調(diào)的載物臺，實現(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)進行對準檢測。所述樣品臺，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的小型樣品進行分析和檢測，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，本發(fā)明在發(fā)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(jié)構(gòu)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(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，因此同時減掉了 X射線CCD，改用激光校準系統(tǒng)照明熒光激發(fā)區(qū)域，校準系統(tǒng)激光器采用半導(dǎo)體激光器，固定在主架上并可進行角度調(diào)節(jié)，幾乎不增加X射線熒光光譜儀的尺寸和重量。因此，本發(fā)明的微束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)的接ロ相連，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，所述主架的另ー側(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，所述樣品臺位于所述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:所述樣品臺安裝在三維調(diào)節(jié)機構(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，所述接ロ與所述嵌入式數(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】G01N23/223GK103454299SQ201310356270
【公開日】2013年12月18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)