Автоматический дифрактометр Советский патент 1990 года по МПК G01N23/20 

20

Изобретение относится к рентгеновской аппаратуре для исследования материалов методами дифрактометрии.

Цель изобретения - повыше1 10 точности съемки данных дифрактометричес- кого эксперимента.

На фиг-. 1 изображена блок-схема автоматического дифрактометра; на фиг.2- временные диаграммы выходных сигналов генератора (iho ) , делителя частоты с постоянным коэффициентом (и()), таймера микроэкспозиции (Ug), первого преобразователя угол-код (и,) , второ- ., го преобразователя угол-код (и), логического блока (и ч. - первый выход,

U г - второй выход). i

Автоматический дифрактометр содержит блок 1 первичного излучения, дер- жатель 2 образца, первый преобразователь 3 угол-код, первый шаговый привод 1, второй преобразователь 5 угол- код, второй шаговый привод 6, логический блок 7, таймер 8 микроэкспози- 4Q ции, блок 9 рентгеновской регистрации, генератор 10, делитель 11 частоты с постоянным коэффициентом. Логический блок 7 содержит первый триггер 12 , второй триггер 13, блок ИЛИ-НЕ 14. 5 В состав блока 1 первичного излучения входит рентгеновская трубка 15, а в блок 9 рентгеновской регистрации - детектор 16. Рентгеновская трубка 15 закреплена на радиальном кронштейне Q выходного вала первого шагового привода 1, детектор 16 закреплен на радиальном кронштейне выходного вала второго шагового привода 6. Выход генератора 10 подключен к входу делите- ля 11 частоты с постоянным коэффициентом и к тактирующему входу таймера 8 микроэкспозиции, вход пуска которого подключен к третьему выходу

0

,

Q 5 Q

логического блока 7, а выход - к управляющему входу блока 9 рентгеновской perMctpaiiHH и первому входу логического блока 7, второй и третий входы которого подключены к выходам, соответственно первого и второго преобразователей 3 и 5 угол-код, а первый и второй входы - к управляющим входам соответственно первого и второго шаговых приводов k и 6. Тактирующие входы шаговых приводов k и 6 подключены к выходу делителя 11 частоты с постоянным коэффициентом, на их выходных валах установлены соответственно первый и второй преобразователи 3 и 5 угол-код. Первый вход логического блока 7 является первым входом блока ИЛИ-НЕ 1, второй вход - импульсным входом сброса триггера 12, третий вхо/1 - импульсным входом сброса триггера 13, первый выход логического блока 7 является выходом триггера 12, второй выход - выходом триггера 13, третий выход - выходом блока ИЛИ-НЕ 1, который также подключен к входам установки триггеров 12 и 13. Выход триггера 12 подключен также к второму вхору блока И, а выход триггера 13 - к третьему входу блока 1), В дифрактометре блок 1 первичного излучения реализован на базе рентгеновского питающего устройства ПУР-5/50 и рентгеновской трубки БСВ-24 в защитном кожухе, установленной на оычаге первого вала гониометра (первого шагового привода ).

В качестве держателя 2 образца может быть использован держатель из комплекта ДРОН.

Шаговые приводы 1 и Ј могут быть выполнены на базе двигателей ДШ-01А. Они являются основой мшематической

5

схемы гониометра; повороты двигателей через редукторы передаются на коаксиальные выходные валы. Электрическая часть привода выполнена по типовой схеме, включающей в себя ключ, управляющий прохождением импульсов с тактирующего входа по сигналам управляющего входа. Импульсы с ключа поступают на распределитель импульсов, выходные сигналы которого через дешифратор подаются на усилитель мощности, который непосредственно коммутирует фазы шагового двигателя.

Преобразователи 3 и 5 угол-код могут быть выполнены на базе опто- электронных дачиков.

Элементы логического блока 7 выполнены на интегральных схемах К155ТК2 и К155ЛЕ. Импульсный вход установки триггеров в нулевое состояние обеспечивается подключением D-входа к логическому уровню О, а С-входа - к входному сигналу (выходу преобразователя 3 или 5). 1 Генератор 10 можно выполнить на микросхемах К155-ПАЗ, частота его стабилизирована кварцевым резонатором 100 кГц. Делитель 11 частоты выполнен на трех последовательно соединен- 30 регистрации) и т.д.

ных счетчиках К155ИЕ5, выход делителя снимается с выхода 12 последнего счетчика.

Таймер 8 микроэкспозиции может быть выполнен на микросхеме КР5ЙОВИ53 в канале 0 (счетчик СТО). Счетчик ра- ботает в режиме 1: программируемый ждущий мультивибратор. Тактирующим входом таймера 8 служит вход CLKO (вывод 9)- входом пуска - вход GATE (вывод 11), выходом - выход OVTO (вывод 10).

Блок 9 рентгеновской регистрации включает в себя блок детектирования БДС-6 и аппаратуру комплекса базового рентгеновского КБР-1. Комплекс КБР-1 управляется -микро-ЭВМ Электрони-. ка-60, которая взаимодействует с модулями КАМАК через модуль КонтроНепосредственно с ет установка требуем роэкспозиции Ј/л«э на дение валов шаговых в заданные исходные операции выполняются равления, передаваем ЭВМ, которая находит ка 9 рентгеновской р

4Q связи с другими блок так как в процессе с не взаимодействует.

Рентгеновский пот трубкой 15, направля

45 мый образец, установ теле 2 образца. Дифр разцом рентгеновский ется в детектор 16 (п геновского потока на

лер МКК011. Модуль Источник питания 50 зано).

1562807

0

аналоговый выход которого полключей к регистрирующему прибору А550-022. Счетчик-таймер устанавливается в исходное (нулевое) сосотояние сигналами от микро-ЭВМ, которая также накапливает и обрабатывает информацию, сформированную на счетчике-таймере. Вход Пуск на передней панели модуля Счетчик-таймер МК0101 является управляющим входом блока 9 рентгеновской регистрации, который подключен также к модулю Регистр запросов ФК 7V1, через который на микро-ЭВМ поступают сигналы об отработке микрошага .

Автоматический дифрактометр работает следующим образом.

На подготовительном этапе произво0 дят установку блоков в исходное состояние. На этом этапе устанавливают параметры первичного излучения путем задания режима работы рентгеновской трубки с помощью задатчиков на рент5 геновском питающем устройстве, устанавливают необходимые щели, задают питающие напряжения для детектора, параметры амплитудного дискриминатора его сигналов (в блоке рентгеновской

5

Непосредственно съемке предшествует установка требуемого времени микроэкспозиции Ј/л«э на таймере 8 и выведение валов шаговых приводов ч и 6 в заданные исходные положения. Эти операции выполняются по сигналам управления, передаваемым из управляющей ЭВМ, которая находится в составе блока 9 рентгеновской регистрации, ее

Q связи с другими блоками не показаны, так как в процессе съемки она с ними не взаимодействует.

Рентгеновский поток, генерируемый трубкой 15, направляется на исследуе5 мый образец, установленный на держателе 2 образца. Дифрагированный образцом рентгеновский поток направляется в детектор 16 (прохождение рентгеновского потока на фиг.1 не пока

Изобретение относится к рентгеновской аппаратуре для исследования материалов методами дифрактометрии. Целью изобретения является повышение точности съемки данных дифрактометрического эксперимента. Автоматический дифрактометр содержит блок 1 первичного излучения с рентгеновской трубкой, держатель 2 образца, блок 9 рентгеновской регистрации с детектором 16, первый шаговый привод 4, на выходном валу которого установлены первый преобразователь 3 угол-код и рентгеновская трубка 15, второй шаговый привод 6, на выходном валу которого установлены второй преобразователь 5 угол-код и детектор 16, логический блок 7, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого 4 и второго 6 шаговых приводов, а третий - к входу пуска таймера 8 микроэкспозиции, выход которого подключен к первому входу логического блока 7, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого 3 и второго 5 преобразователей угол-код, генератор 10, выход которого подключен к тактирующему входу таймера 8 микроэкспозиции, делитель 11 частоты с постоянным коэффициентом, вход которого подключен к выходу генератора 10, а выход - к тактирующим входам первого 3 и второго 5 шаговых приводов, выход таймера 8 микроэкспозиции подключен к управляющему входу блока 9 рентгеновской регистрации. 2 ил.

высоковольтный МКП011 обеспечивает питание детектора БДС-6. Выходные сигналы детектора преобразуются в модуле Дискриминатор, амплитудный МК0021 в сформированные импульсы, которые подсчитываются в модуле Счет- чик-таймер МК0101, а при аналоговой регистрации интегрируются в модуле Измеритель скорости счета MKOt22, .

Импульсы генератора 10 стабильной частоты поступают на тактирующий вход таймера 8 микроэкспозиции. Эти импульсы направляются также на вход делите- ля 11 частоты с постоянным коэффициентом. Выходные импульсы делителя 11 частоты поступают на тактирующие входы шаговых приводов k и 6.При наличии разрешающего сигнала на управляющих ,

входах шаговых приводов каждый им-.. пульс делителя 11 частоты вызывает минимальный поворот выходных валов, соответствующий одному шагу шагового двигателя, приведенному к выходу привода.

Период импульсов генератора 10 определяет дискретность задаваемой величины микроэкспозиции на таймере 8. Для практических приложений удовлетворительная плавность в назначении времени экспозиции достигается в том случае, когда период импульсов сос- табляет мкс. Коэффициент деле- ния делителя 11 частоты выбирается таким, чтобы его выходные импульсы имели частоту, равную частоте приемистости шаговых двигателей приводов 4 И 6, что обеспечивает максимально допустимую скорость вращения рентгеновской трубки 15 и детектора 16, установлеяных на выходных валах приводов и 6. Характерные частоты приемистости шаговых двигателей от 100 до 1000 Гц.

В исходном состоянии логического блока 7 на его первом и втором выходах (выходы триггеров 12 и 13 UT и U-r на фиг,2) имеются сигналы, раз- решающие повороты приводов k и 6 (уровень логической 1 на управляющих входах приводов). Контроль поворотов шаговых Приводов k и 6 осуще- ствляют соответственно преобразова- тели 3 и ,5 угол-код, установленные на выходных валах приводов. Преобразователи углового положения вала и код могут быть различными по принципу действия и характеру выходного г сигнала Рассмотрим в качестве примера преобразователи инкрементного типа, формирующие число-импульсное представление углового кода, когда появление очередного импульса на вы- ходе преобразователя свидетельствует о приращении угла на заданную величину, равную его дискретности. В со™ ответствии с типом преобразователя (выполнен и представленный на фиг.1 логический блок 7: триггеры 12 и 13, блок ИЛИ-НЕ 1.

Рассматриваемый дифрактометр реализует схему съемки 6-8 t при которой образец неподвижен , а сканирование угловых координат производится согласованными поворотами на одинаковые углы 6 трубки 15, установленной на выходном валу второго шаго

§ о 5

0 ,. 5 Q

5

в0го привода 6. Режим съемки задается йеличиной шага ьв по углу и временем экспозиции (накопление числа импульсов) дифрагированного потока. Накопление дань...,, - эке 9 рентгеновской регистрации ведется при движении трубки 15 и детектора 16 в пределах заданного шага со скоростью, обеспечивающей прохождение шага ьб за время Ј,; Требуемая скорость достигается микрошаговым регулированием вращения валов. Весь шаг &6 представляется последовательностью микрошагов Д0«, равных дискретности преобразователей 3 и 5 угол-код, т.е. минимальному контролируемому интервалу поворота вала. При этом каждый микрошаг дбм должен отрабатываться за время микроэкспозиции t Мкэ определяемое из соотношения

&0 t л. а6« .

ьТ№ - Ј;;; т-е- « w L

Исходя из этой зависимости, перед началом съемки программируется таймер 8 микроэкспозиции.

При обработке очередного согласованного микрошага выходных валов возможны два случая: первый, когда требуемый угол поворота на обоих валах отрабатывается за время микроэкспозиции; второй, когда один или оба вала не успевают повернуться на требуемую величину угла за время микроэкспозиции.

Первый случай представлен на фиг.2 микрошагом N. Предыдущий микрошаг (N - 1) завершается формированием на блоке импульса, устанавливающего в исходное состояние триггера 12 и 13 (входы S) и таймер 8 (вход пуска). Очередной импульс генератора 10 запускает на таймере 8 отсчет времени микроэкспозиции 7ГМКЭ микрошага N: на выходе таймера устанавливается уровень логической 1 (Uв на фигс2). Выходной сигнал таймера 8 поступает на управляющий вход блока 9 рентгеновской регистрации, разрешая продолжение накопления импульсов детектора 16 на счетчике блока 9« Выходные сигналы триггеров- 12 и 13 (1) обеспечивают разрешение приводам Ц и 6 вращать выходные валы. Каждый импульс, поступающий на тактирующие входы приводов t и 6 с делителя 11 частоты, вызывает повороты трубки и детектора на величину шага шагового двигатепя, деленную на коэффициент редукции передаточного меха низма - привода - минимальный шаг привода. После нескольких минимальны шагов очередной (з данном примере третий от начала микроэкспозиции) импульс с делителя 11 частоты вызывает с задержкой времени лЈ, определяемой динамическими параметрами привода и преобразователя угол-код, появление импульса на выходе преобразователя 3 угол-код (Ез на фиг.2). Этот импульс свидетельствует о повороте первого вала не угол, соответствующий микрошагу (единице дискретности преобразователя угол-код). Передний фронт этого импульса сбрасывает триггер 12 и тем самым выключает повороты первого привода , блокируя.его по управляющему входу (V. на фиг.2). Аналогично происходит отработка микрошага на втором валу (в данном примере четвертый от начала микроэкспозиции импульс делителя 11 частоты; Ц и на фиг.2). В результате до окончания микроэкспозиции .чкэ, определяемой длительностью импульса на таймере 8, трубка 15 и детектор 16, установленный на выходных валах приводов, перестают вращаться, триггеры 12 и13 выключаются (О на выходе) . Когда на счетчике таймера 8 будет отсчитано заданное число импульсов генератора 10, определяемое временем микроэкспозиции Јгмкэ , его выходной сигнал перейдет в состояние О. Это приводит к формированию 1 на выходе блока ИЛИ-НЕ и установке триггеров 12 и 13 и таймера 8 в исходное состояние.

Очередной импульс генератора 10 снова запускает отсчет времени микроэкспозиции на таймере 8 и блок 9 рентгеновской регистрации продолжает накопление импульсов детектора на очередном (N + 1) микрошаге. Пауза tn между смежными N - N + 1 ) импульсами таймера 8, во время которой блокируется регистрация в блоке 9 (прекращение счета без сброса счетчика импульсоа детектора), равна одному периоду импульсов генератора 10. Так как этот период выбирается намного меньше времени д,кэ , то и потери времени при переходе на очередной микрошаг для первого случая отработки ничтожны.

На примере микрошага (N + 1) рассмотрим второй случай. На этом микрошаге отработка на втором валу (детек62807

10

тор) требуемого угла поворота происходит до окончания отсчета времени Јикэ на таймере 8, наблюдается ситуация, аналогичная микрошагу,N. Однако на первом, валу (трубка), например, из-за сбоя в работе шагового двигателя привода 4.импульс на преобразователе 3 угол-код не появляется до Ю окончания импульса на таймере 8. Иными словами, времениtmnaоказывалось недостаточно для поворота первого вала на угол, соответствующий дискрету (микрошагу) преобразователя угол-код. 15 В этом случае с окончанием импульса на таймере 8 по управляющему входу з блоке 9 рентгеновской регистрации блокируется накопление импульсов детектора 16, а вращение первого вала 20 продолжается, так как триггер 12 остался во включенном состоянии (1). И только когда на выходе преобразователя 3 угол-код появляется импульс, свидетельствующий об отработке первым 25 валом заданного угла, сбрасывается триггер 12, на выходе блока Н появляется импульс, запускающий таймер 8 и приводы и 6 для съемки на очередном микрошаге (N + 2}. Пауза tn 30 (длительность блокировки блока 9) между смежными импульсами таймера 8 во втором случае отработки микрошага непосредственно зависит от превышения времени поворота любого вала на заданный угол над заданным временем микроэкспозиции. При этом установленное время экспозиции на заданном участке (микрошаге) съемки не нарушается.

Что касается погрешностей съемки, обусловленных характером микрошагового вращения валов, то она не превышает при самых неблагоприятных ситуациях той, которая возникает при 45 отклонении положения вала от заданного на величину дискретности преобразователя угол-ход. Так как параметры преобразователя выбираются такими, чтобы величина дискретности была в 50 несколько () раз меньше собственной погрешности преобразователя, то указанная дополнительная погрешность соответственно незначительная в общей погрешности съемки. Кроме 55 того, этг составляющая погрешность существенно ослабляется благодаря тому, что формирование показателей интенсивности измеряемого потока на шаге производится интегрированием

35

40

(накоплением) данных, получаемых на микрошагах, составляющих данный шаг.

Непосредственно определение отработки заданного шага лв производит- ся в блоке 9 рентгеновской регистрации по числу Nw отработанных микрошагов йв« , задаваемому из соотношения: NM &6/Д& .

Завершение регистрации на очеред- ном микрошаге фиксируется окончанием импульса таймера 8, поступающего на управляющий вход блока 9. Когда число импульсов таймера 8 в пределах шагаьб достигает величины Мщ в блоке 9 рентгеновской регистрации, данные, накопленные на всех микрошагах данного шага в счетчике импуль- Сов детектора 16, передаются в память а затем счетчик детектора сбрасывает- ся в исходное состояние для накопления данных на следующем шаге. Съемка завершается после отработки всех шагов установленного диапазона углов 9 . Достоинством рассмотренного режима съемки является также то обстоятельство, что одновременно с цифровым накоплением данных об интенсивности дифрагированного потока может производиться аналоговая регистрация дан- ных, например, на самописце. Для этого сформированные надлежащим образом импульсы детектора направляются в интегрирующий узел блока 9 а затем на вход самописца.

Изобретение практически исключает погрешность съемки, обусловленную отставаниями валов от заданного темпа вращения. Время экспозиции в предлагаемом дифрактометре формируется независимо от шагов привода и с малой дискретностью, позволяющей достаточно плавно перекрывать весь рабочий диапазон экспозиций. Благодаря этому время экспозиции можно назначать с максимальным приближением к расчетному.

Формула изобретения

Автоматический дифрактометр, содержащий блок первичного излучения с рентгеновской трубкой, содержатель образца, блок рентгенбвской регистрации с детектором, первый шаговый привод, на выходном валу которого установлены первый преобразователь угол-код и рентгеновская трубка, второй шаговый привод, на выходном валу которого установлены второй преобразователь угол-код и детектор, логический блок, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно первого и второго шаговых приводов, а третий - к входу пуска таймера микроэкспозиции выход которого подключен к первому входу логического блока, второй и третий входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго преобразователей угол-код, генератор, выход которого подключен к тактирующему входу таймера микроэкспозиции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введен делитель частоты с постоянным коэффициентом, вход которого подключен к выходу генератора, выход - к тактирующим входом первого и второго шаговых приводов, а выход таймера микроэкспозиции подключен к управляющему входу блока рентгеновской регистрации.

itmnpplhnnnnnrlnnnp

.2