[发明专利]X射线荧光光谱仪的分光光路自动调试与校正系统及方法

说明书

本发明涉及一种用于顺序式波长色散X射线荧光光谱仪的分光光路自动调试与校正系统及方法。系统包括操作界面模块、晶体架控制模块、测角仪θ轴与2θ轴高精度步进电机控制模块、探测器数据采集模块、数据图像处理模块；系统选择被测元素谱线作为标定测角仪的基准谱线，通过布拉格方程计算出晶体掠射角与探测器出射角，将测角仪的θ轴与2θ轴旋转到指定位置，通过控制安装在θ轴与2θ轴的步进电机、晶体架、探测器实现对晶体与探测器位置的自动调整，获得晶体校正因子，从而对晶体掠射角与探测器出射角进行校正。本发明实现对分光光路的远程自动调试，保护调试人员免受X射线辐射，减少对调试人员调试经验的依赖，提高调试效率与精度。

技术领域

本发明属于X射线荧光光谱仪技术领域，涉及一种用于顺序式波长色散X射线荧光光谱仪的分光光路自动调试与校正系统及方法。

背景技术

顺序式波长色散X射线荧光光谱仪是一种对元素含量进行精确分析的精密仪器，具有分析时间短，元素检测范围广，分析样品种类多，不破坏分析样品等特点，广泛应用与石油化工，建筑材料，金属和无机非金属材料、陶瓷、文物鉴定、生物材料、药物半导体等领域。分光光路是波长色散荧光光谱仪的核心部件，对仪器的性能好坏起着至关重要的作用。分光光路包括一级准直器、晶体、二级准直器和探测器，安装在光谱仪的真空腔体中，其原理是光管产生的X射线激发被分析样品产生X射线荧光，X射线荧光经过一级准直器变为平行光，以固定的角度照射到晶体上，入射的X射线荧光经过晶体分光后，通过二级准直器变为平行光进入探测器，探测器采集X射线荧光强度经过处理分析，最终获得被测样品中元素的种类与含量。

分光光路是根据晶体的布拉格衍射模型(如图1所示)设计出来的，晶体色散原理符合布拉格定律：

nλ＝2dsinθ

式中，n为衍射级数；λ为荧光X射线波长；θ为晶体掠射角；d为晶面间距。对于特定的元素谱线，衍射级数n和荧光X射线波长λ是固定不变的，对于指定的晶面间距d是固定不变的，当晶体掠射角θ满足布拉格方程时，在出射角2θ处探测器才能采集到荧光强度。

从布拉格衍射模型中可以看出，在测量X射线荧光8时，晶体7和探测器6的转动角度分别为θ和2θ，晶体7和探测器6分别安装在测角仪的θ轴与2θ轴上，控制θ轴与2θ轴使其始终为2倍关系。

顺序式波长色散X射线荧光光谱仪区别于固定道波长色散X射线荧光光谱仪，当测量不同的元素时，需要选择合适的分光晶体，并通过晶体切换装置将晶体切换到分光光路中，分光光路中的晶体和探测器需要根据布拉格方程计算得到的角度进行旋转，所以需要对搭载晶体的测角仪θ轴与搭载探测器的测角仪2θ轴进行标定。传统的调试方法是通过水平角度测量仪对测角仪θ轴与2θ轴进行标定，再通过旋转晶体调整螺丝实现对θ轴的精确标定，2θ轴则不再进行精确标定。开启X射线时必须关闭防护盖，否则逸出的X射线会对人体造成伤害。晶体安装在光谱仪的腔体中，旋转晶体调整螺丝时需要关闭X射线打开防护盖，晶体角度调整结束后关闭防护盖，开启X射线观察探测器采集的X射线荧光强度并记录，反复重复以上调整过程后找到强度最大位置完成调试。

一台顺序式波长色散X射线荧光光谱仪上一般会搭配5-10块不等的晶体以满足各种元素的测量，每调试一块晶体需要不断的开关X射线，拆卸防护盖，非常的耗费时间和人力，对X射线源产生损耗。由于X射线强度采集是离散的，在寻找X射线最大强度时对调试人员的经验要求很高，需要反复的操作才能完成调试，精度无法保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于顺序式波长色散X射线荧光光谱仪的分光光路自动调试与校正系统，提高顺序式波长色散X射线荧光光谱仪分光光路的调试效率与调试精度，减轻调试人员的劳动强度，减少对调式人员的调试经验的依赖。

本发明的另一个目的是提供一种用于顺序式波长色散X射线荧光光谱仪的分光光路自动调试与校正方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：