小角X射线散射仪的制作方法

本发明涉及X射线散射技术领域，具体为小角X射线散射仪。

背景技术

小角X射线散射是一种区别于X射线广角(2θ：5°～165°)衍射的结构分析方法。小角X射线散射(SAXS)是指当X射线透过试样时，在靠近原光束2°～5°的小角度范围内发生的散射现象。早在1930年，Krishnamurti就观察到炭粉、炭黑和各种亚微观大小的微粒在X射线透射光附近出现连续散射现象。

小角X射线散射被越来越多地应用于材料微观结构研究，其研究趋势逐年增长。小角X射线散射技术被用来表征物质的长周期、准周期结构、界面层以及呈无规则分布的纳米体系；还可用于金属和非金属纳米粉末、胶体溶液、生物大分子以及各种材料中所形成的纳米级微孔、合金中的非均匀区(GP区)和沉淀析出相尺寸分布的测定；对非晶合金加热过程的晶化和相分离的小角X射线散射研究已引起学者的关注。小角X射线散射技术对促进材料研究具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供小角X射线散射仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：小角X射线散射仪，包括底座，所述底座内部设置有控制器，所述底座上部设置有用于产生测试所需X射线的测试光源机构、用于放置和移动样品的样品放置机构和探测机构，所述测试光源机构、样品放置机构和探测机构从左到右依次设置，所述样品放置机构包括样品舱、设置在样品舱内部的可在竖直平面二维运动的样品架机构以及设置在样品架机构上的样品放置台，所述控制器用于控制测试光源机构、样品放置机构和探测机构工作。

优选的，所述测试光源机构包括X射线微焦斑光源、用于聚焦X射线的X射线聚焦镜、用于调节X射线焦斑大小和X射线光路准值性的光路处理模块和用于连接X射线聚焦镜和光路处理模块的连接架，所述X射线微焦斑光源产生的X射线经过X射线聚焦镜后进入到光路处理模块内，经光路处理模块产生测试需要的X射线，所述X射线微焦斑光源、X射线聚焦镜和光路处理模块分别与控制器连接。

优选的，所述样品舱为真空密封结构，所述样品舱的左侧与光路处理模块连接。

优选的，所述样品舱的一侧开设有舱门，用于取放样品。

优选的，所述样品架机构包括用于带动样品放置台竖直运动的Z轴组件和用于带动样品放置台水平移动的X轴组件，所述Z轴组件和X轴组件相互配合使用。

优选的，所述样品放置台包括若干样品台、设置在样品台内部的旋转组件和用于升降样品台的升降组件，所述升降组件的底部与Z轴组件连接。

优选的，所述Z轴组件包Z轴电缸、Z轴轴架和Z轴升降板，所述Z轴电缸设置在Z轴轴架内，所述Z轴电缸的上部与Z轴升降板连接，所述Z轴轴架内竖直设置有导向滑杆，所述导向滑杆贯穿Z轴升降板，所述导向滑杆的上下两端分别与Z轴轴架连接；所述Z轴电缸与控制器连接；

所述X轴组件包括X轴电缸、X轴轴架和X轴滑台，所述X轴电缸设置在X轴轴架内，所述X轴电缸的一端与X轴滑台连接，所述X轴轴架内水平设置有导向滑杆二，所述导向滑杆二贯穿X轴滑台，所述导向滑杆二的两端分别与X轴轴架内壁连接，所述X轴电缸有控制器连接。

优选的，所述旋转组件包括旋转马达、旋转台和旋转槽，所述旋转马达设置在样品台的内部，所述旋转槽开设在样品台的上部，所述旋转台设置在旋转槽内，所述旋转马达的输出轴与旋转台的底部连接；所述旋转马达与控制器连接；

所述升降组件包括外壳、选择电机、选择轴、套设在选择轴上的若干凸轮块、霍尔传感器、设置在选择轴表面的若干磁片和与凸轮块配合的连接块结构，所述磁片与霍尔传感器配合使用，用于标记凸轮块的旋转位置，所述选择电机设置在外壳内部，所述选择电机的输出轴与连接轴连接，所述霍尔传感器设置在外壳内与选择电机相对的一侧；所述选择电机与控制器连接；

所述连接块结构包括连接块、开设在连接块底部的滑槽、设置在连接块内部的固定电磁铁和动磁铁，所述连接块与样品台的底部连接，滑槽与凸轮块滑动连接，所述动磁铁设置在凸轮块内，所述固定电磁铁与控制器连接。

优选的，所述探测机构包括移动电机、移动螺杆、螺纹连接在移动螺杆上的移动块、移动轨道、移动座、三维移动台、X射线探测器和真空散射管道，所述真空散射管到与样品舱连通，所述移动轨道设置在真空散射管道内，所述移动座与移动固定滑动连接，所述三维移动台设置在移动座的上部，所述X射线探测器与三维移动台连接，所述移动电机的输出轴与移动螺杆连接，所述移动块的上部与移动座的底部连接，所述移动电机设置在真空散射管内部右侧，所述移动电机与X射线探测器与控制器连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过控制器启动移动电机，移动电机带动移动螺杆转动，移动螺杆带动移动块运动，移动块通过其上的移动座带动三维运动台运动，三维移动台运动带动X射线探测器运动，进而调整探测器与样品之间的距离；当探测器靠近样品时，可以获得样品的小角散射信号；当探测器远离样品时，可以获得样品的广角衍射信号；可以实现小角与广角数据的采集，应用范围更加广泛；

2、本发明同时通过设置多个样品台，可以进行批量的检测；即通过控制器启动选择电机，选择电机通过选择轴带动凸轮块转动，通过凸轮的转动带动安装在连接块上的样品台的上下往复运动，进而可以将需要进行检测的样品升起，将不需要检测的样品落下，避免其与待检测样品处于同一水平面时，对检测样品造成干扰，影响检测效果；

3、本发明在旋转轴的外表面安装有与凸轮转动角度配合的磁片，通过霍尔传感器感应到相应位置的磁片来确定相应的凸轮转动的角度信息；此外，当样品台升起到最大位置时，固定电磁铁和动磁铁吸合，起到固定限位凸轮的作用，避免凸轮过度转动，同时也使样品台更加稳定，避免样品台发生上下振动的情况以及受到卡阻无法正常落下而使凸轮无法控制升降实效的情况。

附图说明

图1为本发明小角X射线散射仪主视结构示意图；

图2为本发明主视结构剖视图；

图3为本发明升降组件结构示意图；

图4为本发明Z轴组件结构示意图；

图5为本发明X轴组件结构示意图；

图6为本发明图3中A处结构放大示意图。

图中：底座1、控制器2、测试光源机构3、X射线微焦斑光源301、X射线聚焦镜302、光路处理模块303、连接架304、样品放置机构4、样品舱401、样品架机构402、Z轴组件4021、Z轴电缸40211、Z轴轴架40212、Z轴升降板40213、X轴组件4022、X轴电缸40221、X轴轴架40222、X轴滑台40223、样品放置台403、样品台4031、旋转组件4032、旋转马达40321、旋转台40322、旋转槽40323、升降组件4033、外壳40331、选择电机40332、选择轴40333、凸轮块40334、霍尔传感器40335、磁片40336、连接块结构40337、连接块403371、电磁铁403372、动磁铁403373、探测机构5、移动电机501、移动螺杆502、移动块503、移动轨道504、移动座505、三维移动台506、X射线探测器507、真空散射管道508。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：小角X射线散射仪，包括底座1，底座1内部安装有控制器2，底座1上部安装有用于产生测试所需X射线的测试光源机构3、用于放置和移动样品的样品放置机构4和探测机构5，测试光源机构3、样品放置机构4和探测机构5从左到右依次安装，样品放置机构4包括样品舱401、安装在样品舱401内部的可在竖直平面二维运动的样品架机构402以及安装在样品架机构402上的样品放置台403，控制器2用于控制测试光源机构3、样品放置机构4和探测机构5工作。

测试光源机构3包括X射线微焦斑光源301、用于聚焦X射线的X射线聚焦镜302、用于调节X射线焦斑大小和X射线光路准值性的光路处理模块303和用于连接X射线聚焦镜302和光路处理模块303的连接架304，X射线微焦斑光源301产生的X射线经过X射线聚焦镜302后进入到光路处理模块303内，经光路处理模块303产生测试需要的X射线，X射线微焦斑光源301、X射线聚焦镜302和光路处理模块303分别与控制器11连接。

样品舱401为真空密封结构，样品舱401的左侧与光路处理模块303连接。

样品舱401的一侧开设有舱门，用于取放样品。

样品架机构402包括用于带动样品放置台403竖直运动的Z轴组件4021和用于带动样品放置台403水平移动的X轴组件4022，Z轴组件4021和X轴组件4022相互配合使用。

样品放置台403包括若干样品台4031、安装在样品台4031内部的旋转组件4032和用于升降样品台4031的升降组件4033，升降组件4033的底部与Z轴组件4021连接。

Z轴组件4021包Z轴电缸40211、Z轴轴架40212和Z轴升降板40213，Z轴电缸40211安装在Z轴轴架40212内，Z轴电缸40211的上部与Z轴升降板40213连接，Z轴轴架40212内竖直安装有导向滑杆，导向滑杆贯穿Z轴升降板40213，导向滑杆的上下两端分别与Z轴轴架40212连接；Z轴电缸40211与控制器2连接；

X轴组件4022包括X轴电缸40221、X轴轴架40222和X轴滑台40223，X轴电缸40221安装在X轴轴架40222内，X轴电缸40221的一端与X轴滑台40223连接，X轴轴架40222内水平安装有导向滑杆二，导向滑杆二贯穿X轴滑台40223，导向滑杆二的两端分别与X轴轴架40222内壁连接，X轴电缸40221有控制器2连接。

旋转组件4032包括旋转马达40321、旋转台40322和旋转槽40323，旋转马达40321安装在样品台4031的内部，旋转槽40323开设在样品台4031的上部，旋转台40322安装在旋转槽40323内，旋转马达40321的输出轴与旋转台40322的底部连接；旋转马达40321与控制器2连接；

升降组件4033包括外壳40331、选择电机40332、选择轴40333、套设在选择轴40333上的若干凸轮块40334、霍尔传感器40335、安装在选择轴40333表面的若干磁片40336和与凸轮块40334配合的连接块结构40337，磁片40336与霍尔传感器40335配合使用，用于标记凸轮块40334的旋转位置，选择电机40332安装在外壳40331内部，选择电机40332的输出轴与连接轴连接，霍尔传感器40335安装在外壳40331内与选择电机40332相对的一侧；选择电机40332与控制器2连接；

连接块结构40337包括连接块403371、开设在连接块403371底部的滑槽、安装在连接块403371内部的固定电磁铁403372和动磁铁403373，连接块403371与样品台4031的底部连接，滑槽与凸轮块40334滑动连接，动磁铁403373安装在凸轮块40334内，固定电磁铁403372与控制器2连接。

探测机构5包括移动电机501、移动螺杆502、螺纹连接在移动螺杆502上的移动块503、移动轨道504、移动座505、三维移动台506、X射线探测器507和真空散射管道508，真空散射管到与样品舱401连通，移动轨道504安装在真空散射管道508内，移动座505与移动固定滑动连接，三维移动台506安装在移动座505的上部，X射线探测器507与三维移动台506连接，移动电机501的输出轴与移动螺杆502连接，移动块503的上部与移动座505的底部连接，移动电机501安装在真空散射管内部右侧，移动电机501与X射线探测器507与控制器2连接。

工作原理：使用时，将待检测的样品放置在样品台4031上，关闭舱门，保持样品仓密封，从X射线微焦斑光源301发射X射线，经过X射线聚焦镜302和光路处理模块303处理后的X射线照射在样品上，产生小角散射信号和广角衍射信号，通过探测器来接收散射信号或衍射信号；

通过控制器2启动移动电机501，移动电机501带动移动螺杆502转动，移动螺杆502带动移动块503运动，移动块503通过其上的移动座505带动三维运动台运动，三维移动台506运动带动X射线探测器507运动，进而调整探测器与样品之间的距离；当探测器靠近样品时，可以获得样品的小角散射信号；当探测器远离样品时，可以获得样品的广角衍射信号；可以实现小角与广角数据的采集，应用范围更加广泛；

通过安装多个样品台4031，可以进行批量的检测；即通过控制器2启动选择电机40332，选择电机40332通过选择轴40333带动凸轮块40334转动，通过凸轮的转动带动安装在连接块403371上的样品台4031的上下往复运动，进而可以将需要进行检测的样品升起，将不需要检测的样品落下，避免其与待检测样品处于同一水平面时，对检测样品造成干扰，影响检测效果；

同时，通过控制器2控制X轴电缸40221启动，通过X轴电缸40221带动安装在X轴滑台40223上的外壳40331做水平运动，外壳40331带动样品台4031运动，从而将需要做检测的样品移动到X射线的光路上；

在旋转轴的外表面安装有与凸轮转动角度配合的磁片40336，通过霍尔传感器40335感应到相应位置的磁片40336来确定相应的凸轮转动的角度信息，信息传递给控制器2，控制器2进而确定是相应样品台4031处于升起的状态和还是处于落下的状态，从而将放置有需要做检测的样品的样品台4031升起；

此外，当样品台4031升起到最大位置时，固定电磁铁403372和动磁铁403373吸合，起到固定限位凸轮的作用，避免凸轮过度转动，同时也使样品台4031更加稳定，避免样品台4031发生上下振动的情况以及受到卡阻无法正常落下而使凸轮无法控制升降实效的情况。

此外，通过控制器2启动旋转马达40321，旋转马达40321转动带动旋转台40322转动，旋转台40322带动放置在其表面的样品转动，从而调节样品的角度，使X光线照射到样品表面的不同位置，使用者可以根据检测需要进行调整。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。