Сканирующий рентгеновский спектрометр Советский патент 1987 года по МПК G01N23/22 

113433222

Изобретение относится к рентгено- ноге материала, кулачок 20 перемен- спектральным приборам для исследова- ного радиуса, ось вращения которого кия количественного и качественного отстоит от продольной оси 18 входной состава вещества, в частности к рент- ц щели 6 на расстояние L, и шкивы 21 и геновским флуоресцентным кристалл- 22 с отношением делительных диамет- дифракционны спектрометрам.РОВ 1:2. Больший шкив 22 закреплен

Целью изобретения является расти-- на оси 23 и соединен со шкивом 21, рение диапазона анализируемых концент- расположенным на оси кулачка 20, лен- раций измеряемых элементов за счет ю той 24, Сердечник 25 двойного элект- уменьшения предела их обнаружения ромагнита с обмотками 26 и 27 через при использовании кристаллов-анализа- ось 28 подвижно связан с рычагом 19 торов с различной мозаичностью. и электрически соединен с блоком упНа фиг.1 изображен сканирующий равления (не показан), рентгеновский спектрометр, об1ций вид; 15 На рычаге 3 установлен упор 29, на фиг.2 - вывод зависимости (9) выполненный из магнитного материала угла поворота входной щели от угла и расположенный так, что при контакте Вульфа-Брэгга,рычага 19 с упором 29 плоскость входСканирующий рентгеновский спектро- ной щели 6 перпендикулярна рычагу 3, метр содержит рентгеновскую трубку 1, 20 Рычаг 19 дополнительно снабжен пос- держатель 2 с анализируемым образцом, тоянными магнитами, расположенными рычаги 3-5, одни концы которых свя- на обращенных к кулачку 20 и упору заны цилиндрическим шарниром, а дру- 29 сторонах.

гие служат для расположения на фоку- Спектрометр работает следующим об- сирующей окружности соответственно 25 разом.

входной щели 6, кристаллов-анализато- Пусть в исходном положении уста- ров 7, расположенных в механизме 8 .новлен кристалл-анализатор 7 с моза- их смены, и детектора 9 рентгеновско- ичностью сСб,, рычаг 19 находится в го излучения. Механизм 8 смены крис- контакте с упором 29, т.е. плоскость таллов-анализаторов 7 посредством ци- 30 входной щели 6 перпендикулярна рыча- линдрического шарнира связан с карет- гу 3. Пусть ширина входной щели S кой 10, установленной на направляющей выбрана такой, что ее эффективная ши- 11 и ходовом винте 12. Совокупность рина (S), т.е. ширина, ограничиваю- рычагов 3 и 4, направляющей 11, ходо- щая пучок, падающий на кристалл-ана- вого винта 12, каретки 10 и механизма 35 лизатор 7, и равная проекции физичес- 8 является средством для изменения кой ширины входной щели (S) на линию, угла поворота 9 кристапла-анализато- перпендикулярную оптической оси спек- ра 7.трометра, будет составлять Sj.,Dc 6,

Для поворота детектора 9 на угол где D - диаметр фокусирующей окруж- 29 предназначены рычаг 5 и шкивы 13 40 ности.

и 14 с отношением делительных диамет- При вращении винта 12 каретка 10 ров 1:2. При этом большой шкив 14 с шарнирно установленным на ней меха- закреплен на каретке 10 неподвижно и низмом 8 смены кристаплов-анализато- непосредственно соединен лентой 15 ров 7 перемещается по направляющей 11 со шкивом 13 и штангой 16 с направля- 45 входной щели 6, Одновременно рычаги ющей 17.3 и 4, разворачиваясь в шарнирах, поПродольная ось 18 входной щели 6, ворачивают механизм 8, а вместе с перпендикулярная плоскости фокусирую- ним и рабочий кристалл-анализатор 7 щей окружности, совмещена с осью вра- на угол 9 , В то же время шкив 13, общения рычага 3 и связана с ним пос- Q катываясь вокруг шкива 14 посредством редством цилиндрического шарнира. ленты 15, поворачивает рычаг 5 с де- Плоскость входной щели 6 перпендику- тектором 9 на угол 2в, Штанга 16 и лярна рычагу 3.направляющая 17 ориентируют детектор

Устройство поворота на угол я пло- 9 в направлении дифрагированного пуч- скости входной щели 6 вокруг продоль- gg ка. При этом закрепленная на рычаге ной оси 18, перпендикулярной плоское- 3 входная щель 6 разворачивается вмети фокусирующей окружности, содержит сте с рычагом 3 на угол б, вследствие рычаг 19, жестко связанный с продоль- чего угловая ширина входной щели 6 в ной осью 18 и вьтолненньй из магнит- процессе сканирования остается постоянной. Дейгтвитепьно, так как плоскость входной щели в перпендикулярна рычагу 3, ее эффективная ширина (S ) будет равна:

8,ф S.sinf .

Подставляя значение S в выражение для угловой ширины входной щели, получим:

5зф Ssine ----л - const, Dsinfl Dsine

При смене кристалла-аналигзатора 7 с блока управления электромагнитом подается сигнал, по которому в обмотку 26 ДВОЙНОГО электромагнита поступает импульс тока. Сердечник 25 электромагнита перемещается в сторону кулачка 20, прижимая к нему рычаг 19 и одновременно поворачивая входную щель 6 на некоторый угол У, обеспечивая тем самым выполнение условия S х 0(82 ( oQf - мозаичность второго кристалла-анализатора 7).

При перемещении каретки 10 в направлении входной шали 6 на угол О рычаг 4 разворачивается относительно рычага 3 на угол 20, шкив 22 также поворачивается на угол 20, обеспечивая разворот кулачка 20 на угол Дб (отношение диаметров щкивов 1:2). Расположенный на рычаге 19 постоянный магнит обеспечивает постоянный контакт рычага 19 с кулачком 20 в процессе сканирования при обесточенных обмотках 26 и 27 электромагнита.

При смене кристалла-анализатора 7 по сигналу с блока управления подается импульс тока в обмотку 27 двойного электромагнита. Сердечник 25 электромагнита перемещается в сторону упора 29, прижимая рычаг 19 к упору 29 и одновременно поворачивая входную щель 6 в положение, при котором ее плоскость перпендикулярна рычагу 3. Постоянный магнит, расположенный на рычаге 19, обеспечивает постоянный контакт рычага 19 с упором 29 при обесточенных обмотках 26 и 27 электромагнита.

При выполнении кулачка 20 с определенным профилем и размерами, а также при определенных значениях расстояний от оси вращения входной щели 6 до оси вращения кулачка 20 и от оси вращения кулачка 20 до упора 29 обеспечивается постоянство угловой ширины входной щели 6 в процессе сканирования и для кри, 1 ал г1П-.чнализаторл 7 (рычаг 19 прижат к ку.чачкч РОК

Найдем закон (.- ), при котором угловая щирина входной щели Ь остается постоянной в процессе сканирояа- ния и для второго кристалла-анализатора 7 .

На фиг.2-:

,С,ВлС„ - физическая ширина входной щели 6;

0 - длина рычагов 3 и 4;

О - ось враш1 ния BXo/iHoi i щели 6;

0 - центр кригталла-анапизатора 7; g 00 - оптическая ось спектрометра;

,, - длина рычага 19 поворота входной щели 6.

Пусть установлен первый кристалл- анализатор 7. При этом В,С J. ОР, . В 0 треугольнике A,BjC, угол B,. Действительно, треугольники ,С, и ОР, Р подобны как треугольники со вза1гмно перпендикулярными сторонами. Следовательно, L ОР, Р.1В,С А,б. 5 Тогда для этого кристалла-анализатора 7:

5,ф. , sinO. (1)

При смене кристалла-анализатора при fQ, входная щель 6 развора- Q чивается, как показано на фиг.2 стрелкой.

Рассмотрим треугольник ВлСтА. В нем B,C.j А„ б -i. Пействительно, /-B,OD (как соответственные). tB, .V; i В, оС.А , (как соответственные). Тогда для второго кристалла-анали:1атора:

- .. 7

B,C,sin(e-)S s:;n(6 -o(). (2)

Для реализапии условия (6 необходимо выполнение условий

Dc/ e, ; Sjj,., Do e,,,

Отсюда: S j S эф.,, , (3) Подставляя в (3) выражения (1) и 5 (2), получим:

0

5

sin(e-o/) sine.

rfy,

(4)

После очевидных упрощений получим:

сУв2J / ёг

-г- sin2e4.sin8n-(-,--)2sin2e .

Zd e,

(5)

Вьфажение (5) представляет собой закон o f(0), при котором и для второго кристалла-анализатора 7 угловая ширина входной шали 6 остается постоянной при сканировании.

Рассмотрим одно из возможных выполнений устройства поворота входной щели 6 для реализации зависимости

(5)..Пусть спектрометр находится в положении, соответствующем некотором углу в , Ось R вращения кулачка 20 (фиг.2) расположена на расстоянии L от оси О вращения входной щели 6, т.е. . Если установлен первый кристалл-анализатор 7, то BjC, i OR и рычаг 19 (ОМ) поворота входной щели 6 прижат к упору 29, закрепленному на рычаге 3,

При установке второго кристалла- анилазатора 7 рычаг 19 (ОМ,) поворачивается на угол oi и прижимается к кулачку 20 (положение ОМ), который построен так, что для любого угла 9 в диапазоне рабочих углов сканирования прямые, проведенные от осей вращения кулачка 20 и рычага 19 к точке касания кулачка 20 и рычага 19, взаимно перпендикулярны. Следовательно, RK iOMj.

Воспользуемся выражением (4):

,

sin(0-cx )g- sine.

Дпя e 90°-sin(90°-oO c/V 6i; arccos(c/ e2/c/ 6i) .

Иными словами, при б 90 (положение на фиг.2 не показано) рычаги 3 и 4 располагаются вдоль оптической оси спектрометра 00 , плоскость входной щели 6 перпендикулярна этой оси и угол поворота рычага 19 максимален Следовательно, упор 29 должен крепиться на рычаге 3 таким образом, чтобы ROM, otMotKc. В мл«:-oi , т.е. (a MoiKc-оО .

Подставляя в вьфажение г найденные значения oi (0) и , окончательно получим;

сУе2 arccos ,fe. Pi - ;r-,--sin29+sin9x cro

у

1343322 6

,|,.(ffi)7;i,.e .

Устройство поворота входной щели 6 по закону (/ (6) может быть выполнено различными путями, например с

помощью шагового двигателя. При этом вал шагового двигателя непосредственно соединен с осью 18 вращения входной щели 6, а на схему управления двигателем с ЭВМ поступает последовательность импульсов в соответствии с законом (5),

Формула изобретения

0

Сканирующий рентгеновский спектрометр, содержащий источник возбуждающего излучения, держатель образца, расположенные на фокусирующей окружности входную щель, связанную со средствами поддержания постоянства ее угловой ширины для любого угла Вульфа-Брэгга , кристалл-анализатор

и детектор рентгеновского излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона анализируемых концентраций измеряемых элементов за счет уменьшения предела их обнаружения при использовании кристаллов-анализаторов с различной моза- ичностью, средства поддержания постоянства угловой ширины входной щели снабжены устройством для поворота плоскости входной щели вокруг оси,

5 перпендикулярной фокусирующей окружности, на угол c i , связанный при сканировании с углом б соотношением

(б;J е

sino( -, sin2e+sine|1-(--)2sin2e,

0 ,

где с/0, и с/ б. ( ,2,3. ..) - мозаич- ность первого кристалла-анализатора, который соответствует установочной настройке входной щели спектрометра, и i-ro кристалла-анализатора.

/ -:

/

с5

/

Изобретение относится к рентге- носпектральным приборам, используемым при количественном и качественном анализе состава вещества рентгено- флуоресцентным методом. Цель изобретения - расширение диапазона анализируемых концентраций измеряемых эле- ментоп за счет уменьшения предела их обнаружения при использовании кристаллов-анализаторов с различной моза- ичностью. Для этого в конструкцию спектрометра введено устройство для поворота входной щели 6 вокруг оси 18, перпендикулярной плоскости фокусирующей окружности, в зависимости от мозаичности устанавливаемого в рабочее положение кристалла-анализатора 7. При этом угол поворота d связан с углом Вульфа-Брэгга в соотно п ением sin tv v - с/Р; /с 6 sin26 + sin0x X ьТс ё7770, Г ТГп 0, где с/е и (/о. (,2,3...) - мозаичность первого кристалла-анализатора, который соответствует установочной настройке входной шсли спектрометра, и i-ro кристалла-анализатора. 2 Rn. (Л 00 4 СО со к to

Редактор Н.Егорова

Составитель К.Кононов

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Тяско

Заказ А817/45 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и oткpыtий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,, 4