專利名稱：一種十字絲掃描探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于同步輻射X射線(即X光)的測量，尤其是用于X射線強度的分布測量的十字絲掃描探測器。
背景技術(shù)：
X射線束流位置監(jiān)測設(shè)備是同步輻射光束線不可缺少的重要組成部分，根據(jù)檢測信號的方式不同，束流位置監(jiān)測設(shè)備分為刀片式探測器、熒光靶探測器和絲掃描探測器。此類設(shè)備主要用于監(jiān)測束流的穩(wěn)定性，探測光斑的形狀或光強的分布。刀片式探測器大多用于光束線站的前端區(qū)，在線檢測同步輻射光束的中心位置偏移情況；熒光靶探測器主要用 于光斑的形狀和位置的粗略觀察，其結(jié)果比較直觀但精度不夠，沒法做定量的分析，并且容易受到可見光的干擾；絲掃描探測器是用一根或多根導體絲掃過光束，根據(jù)金屬絲上產(chǎn)生的光電流分布測量光束的中心和分布情況?，F(xiàn)有的絲掃描探測器一般采用平行雙絲結(jié)構(gòu)。平行絲掃描探測器多采用兩根平行的鍍金鎢絲，雙絲平面垂直于光束方向，并可在該平面內(nèi)逐點掃描，能精確測量光束截面的光功率密度分布，特別適用于光功率密度在水平方向均勻分布的彎鐵光源的光束測量。然而，這種結(jié)構(gòu)的絲掃描探測器只具備一維空間分辨能力，即只能在X方向或Y方向測量X射線強度的分布；如果采用兩個相互垂直放置的平行絲掃描探測器分別在X方向和Y方向測量其掃描電流分布，雖然能實現(xiàn)X射線在二維空間的強度分布，但兩套裝置會增加設(shè)備的復雜性，并且占用了兩倍的束線空間，增加建造的成本，因此并不合算。另外，還有一種測量X射線的空間分布的方法就是利用狹縫掃描，即，通過在狹縫后面放置一塊金屬板，測量漏過狹縫的X射線在金屬板上產(chǎn)生的光電流的大小，來計算出X射線的空間分布情況。然而這種方法操作復雜，必須兩次掃描，即，分別在X方向和Y方向掃描測量數(shù)據(jù)，才能得出其空間分布曲線圖。由此可見，現(xiàn)在需要設(shè)計一種新型的絲掃描探測器，以有效解決上述問題。

實用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型旨在提供一種十字絲掃描探測器，以方便簡單地測量X射線強度的二維空間分布，并確保在測量過程中穩(wěn)定可靠地工作。本實用新型所述的一種十字絲掃描探測器，它包括帶有豎直導軌的滑臺支架；固定連接在所述滑臺支架頂部的電機；兩個上下平行安裝在所述滑臺支架一側(cè)面的限位開關(guān)；安裝在所述滑臺支架一側(cè)面并位于兩個限位開關(guān)之間的零位光耦開關(guān)；柱形的真空腔體，其外周面與所述滑臺支架底面固定連接；與所述電機連接可軸向轉(zhuǎn)動并沿所述豎直導軌運動的直線導入器；安裝在所述直線導入器上并在兩個限位開關(guān)之間運動的卡扣；[0015]豎直連接在所述滑臺支架上并與所述直線導入器平行設(shè)置的光柵尺；固定連接在所述直線導入器底端并伸入真空腔體內(nèi)的支撐環(huán)；兩根分別固定連接在所述支撐環(huán)的兩個端面的掃描絲，且所述兩根掃描絲相互垂直設(shè)置；以及連接在所述真空腔體外周面并伸入該真空腔體內(nèi)的多個雙芯真空接頭和一觀察窗。在上述的十字絲掃描探測器中，所述支撐環(huán)包括一端與所述直線導入器連接的驅(qū)動桿；連接在所述驅(qū)動桿另一端并與其一體成型的C形環(huán)，其開口與所述驅(qū)動桿相對設(shè)置；以及·對稱設(shè)置在所述C形環(huán)上并分別用于夾持掃描絲兩端的夾絲機構(gòu)。在上述的十字絲掃描探測器中，所述夾絲機構(gòu)包括固定連接在所述C形環(huán)上的定位底座；以及嵌置在所述定位底座表面用于夾持掃描絲的兩個銅片和設(shè)置在所述兩個銅片之間的絕緣陶瓷墊片。在上述的十字絲掃描探測器中，所述C形環(huán)的兩個端面上分別設(shè)有用于容置所述定位底座的固定凹槽。在上述的十字絲掃描探測器中，所述探測器還包括與所述雙芯真空接頭連接的過渡接管組件。在上述的十字絲掃描探測器中，所述電機通過聯(lián)軸器與所述直線導入器連接。在上述的十字絲掃描探測器中，所述真空腔體的外周面設(shè)有分別用于容置所述直線導入器、雙芯真空接頭和觀察窗的刀口法蘭口。在上述的十字絲掃描探測器中，所述的雙芯真空接頭數(shù)量為兩個。由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本實用新型利用兩根相互垂直的掃描絲，并通過電機帶動支撐環(huán)的轉(zhuǎn)動，使掃描絲掃描同步輻射光束截面(即等間隔的通過X射線光束所在的區(qū)域)，并同時得到垂直和水平兩維方向的光電流密度分布，由于當有光照射在掃描絲上的時候，會有電子逸出，在掃描絲上產(chǎn)生電流，因此，本實用新型還通過雙芯真空接頭引出該電流，以便測量其電流的大小，即可得出X射線光束在該點的空間分布，繼而求出其光束的中心位置。本實用新型測量測量X射線的空間分布的方法簡單，只需進行一次掃描即可，并可以通過光柵尺的讀數(shù)很快得出X射線的空間分布曲線圖，測量效率有效提高，且建造成本和控制的復雜性減低。

圖I是本實用新型一種十字絲掃描探測器的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是本實用新型中滑臺支架和直線導入器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型中支撐環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型中支撐環(huán)的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
具體實施方式
[0036]
以下結(jié)合附圖，給出本實用新型的較佳實施例，并予以詳細描述。請參閱圖I-圖4，本實用新型，即一種十字絲掃描探測器，它包括帶有豎直導軌11的滑臺支架I ;固定連接在滑臺支架I頂部 的電機2 ；兩個上下平行安裝在滑臺支架I 一側(cè)面的限位開關(guān)3 ；安裝在滑臺支架I 一側(cè)面并位于兩個限位開關(guān)3之間的零位光耦開關(guān)4 ；柱形的真空腔體5，其外周面與滑臺支架I底面固定連接，并設(shè)有多個刀口法蘭口50 ；通過聯(lián)軸器60與電機2連接可軸向轉(zhuǎn)動并沿豎直導軌11運動的直線導入器6，其伸入真空腔體5的刀口法蘭口 50內(nèi)；安裝在直線導入器6上并在兩個限位開關(guān)3之間運動的卡扣7 ；豎直連接在滑臺支架I上并與直線導入器7平行設(shè)置的光柵尺8 ；固定連接在直線導入器6底端并伸入真空腔體5內(nèi)的支撐環(huán)9 ；兩根分別固定連接在支撐環(huán)9的兩個端面的掃描絲10，且兩根掃描絲10相互垂直設(shè)置；連接在真空腔體5外周面并伸入該真空腔體5的刀口法蘭口 50內(nèi)的兩個雙芯真空接頭51和一個觀察窗52 ；以及與雙芯真空接頭51連接的過渡接管組件53，其用于與外圍管道(圖中未示)連接。具體來說，本實用新型中的支撐環(huán)9包括一端與直線導入器6連接的驅(qū)動桿91 ；連接在驅(qū)動桿91另一端并與其一體成型的C形環(huán)92，其開口與驅(qū)動桿91相對設(shè)置；以及對稱設(shè)置在C形環(huán)92上并分別用于夾持掃描絲10兩端的夾絲機構(gòu)93，其包括固定連接在C形環(huán)92上的定位底座931，具體來說，C形環(huán)92的兩個端面上分別設(shè)有用于容置定位底座931的固定凹槽921，定位底座931通過螺母934和墊圈935固定在固定凹槽921中，以保證兩絲垂直；以及嵌置在定位底座931表面用于夾持掃描絲10的兩個銅片932和設(shè)置在兩個銅片932之間的絕緣陶瓷墊片933。本實施例中，兩根掃描絲10的位置均與水平方向呈45°夾角，在實際使用時，可將整個探測器傾斜45°，從而使支撐環(huán)9由電機2驅(qū)動沿著與水平方向呈45°夾角的方向帶動兩根掃描絲10整體運動，通過雙芯真空電接頭51引出掃描絲10上的光電流信號，并采集兩根掃描絲10上的光電流信號來計算得出光斑的光功率密度分布，其中，垂直的掃描絲10掃描得出的是光斑的水平分布情況，水平的掃描絲10掃描的是垂直分布。在本實施例中，直線導入器6通過步進電機驅(qū)動，其行程大于40_。真空腔體5是一個外徑為152mm、內(nèi)經(jīng)為IOOmm的柱形腔體，其兩端側(cè)是CF100刀口法蘭，CF100刀口法蘭的端面長度為50mm?；_支架I上的兩個限位開關(guān)3以及零位光耦開關(guān)4的位置全程可調(diào)，零位光耦開關(guān)4為O位有效，使用TTL電平，輸出能力符合TTL電平要求。光柵尺8的精度小于5 μ m。[0058]本實用新型測量X光的空間分布的最大問題在于掃描過程中掃描絲10的變形或者說掃描絲10的直線性問題，當掃描絲10在掃描過程中受到光的照射時，會因為熱伸縮現(xiàn)象而下垂，不再是一條理想的直線，給測量結(jié)果帶來一定的誤差，下垂量越大，誤差越大。雖然，減小掃描絲10的受光面積，可以有效降低其吸收的熱功率，減小下垂量；但受光面積減小，往往是以掃描絲變細為代價的，這就給加工制造帶來不少的困難，且產(chǎn)生的測量電流也相應(yīng)的變小，降低其測量的信噪比。由此可見，十字絲掃描探測器的掃描絲的參數(shù)選擇十分重要。以下詳細說明本實用新型中掃描絲10的設(shè)計計算，為了簡化計算過程，做出如下假定光功率均勻分布PX，吸收效率n = 100%，忽略熱傳導，輻射功率只有溫度有關(guān)。根據(jù)波爾茲曼斯忒藩定律確定的輻射功率為
P =σΤ4其中，r
σ = 5.61 XlO-sW/m2-K4若用金屬絲(圓柱體)，截面半徑為r，絲長度為1，則吸收面積Sa = 21r，熱輻射面積& = 2 π · rl，假設(shè)平衡溫度為材質(zhì)的熔點，則絲狀材質(zhì)(圓柱體)能夠承受的輻射功率Px = Ji σ T4,考慮最大熔點的金屬絲:鎢絲(熔點:34220C -3695K)，則PX = Ji σ T4 33. 2W/mm ο考慮到設(shè)計冗余，選擇工作溫度為熔點的1/2，則承受的輻射功率減少為Px的1/16 :約為2W/mm2，顯然，完全滿足彎鐵光源的白光及所有的單色光WBPM。若改用長方體碳絲，其迎光厚度h = 100 μ m，側(cè)面寬度W = 500 μ m，則吸收面積Sa=lh，熱輻射面積Sr = 21w+21h，假設(shè)平衡溫度為材質(zhì)的熔點，則絲狀材質(zhì)(圓柱體)能夠承受的輻射功率Px = 2σΤ4 (…+辦)(材質(zhì)的側(cè)面寬度w對Px有顯著影響)
h考慮最大熔點的碳絲(熔點3550°C-3823K)，則,Px=2σΤ4^+ h^U5W I mm2。
x h考慮到設(shè)計冗余，選擇工作溫度為熔點的95%，留出5%的溫度余量則承受的輻射功率減少為Px的81% :約為117W/mm2，碳絲(長方體)的尺寸選擇主要由材料成本、力口工、使用方便決定。長方體絲材質(zhì)的使用缺點包括如果不能保證絲材質(zhì)迎光面正對完全迎光；或者使用過程中，光束發(fā)生偏向，使得本來用作散熱的大面積側(cè)面反而接受更多光束照射，容易導致燒毀。而絲狀(圓柱體、或者迎光厚度等于側(cè)面寬度的情況)則不存在類似問題，但是承受熱功率不高、數(shù)值固定不能調(diào)節(jié)。針對絲的下垂量，可從材質(zhì)絲熱膨脹系數(shù)的角度選擇掃描絲。影響絲的下垂量因素包括絲的自重；線熱膨脹系數(shù)；絲材質(zhì)(硬度高、抗形變；逸出功小、探測效率高；高溫性質(zhì)穩(wěn)定；易加工、易使用)；掃描絲下垂量的計算只考慮材質(zhì)的線熱膨脹系數(shù)，即絲下垂量的計算本質(zhì)上只需比較絲材質(zhì)的線熱膨脹系數(shù)。絲材質(zhì)的脫出功如表I所示。由表I可知三種元素的脫出功最大值是最小值的比值g-1.12 10倍，遠遠小于I個數(shù)量級。所以三者的脫出功不會顯著影響絲材質(zhì)的選
擇。脫出功的影響可以忽略。表I、碳、金、鎢三種元素的脫出功
權(quán)利要求1.一種十字絲掃描探測器，其特征在于，所述探測器包括 帶有豎直導軌的滑臺支架； 固定連接在所述滑臺支架頂部的電機； 兩個上下平行安裝在所述滑臺支架一側(cè)面的限位開關(guān)； 安裝在所述滑臺支架一側(cè)面并位于兩個限位開關(guān)之間的零位光耦開關(guān)； 柱形的真空腔體，其外周面與所述滑臺支架底面固定連接； 與所述電機連接可軸向轉(zhuǎn)動并沿所述豎直導軌運動的直線導入器； 安裝在所述直線導入器上并在兩個限位開關(guān)之間運動的卡扣； 豎直連接在所述滑臺支架上并與所述直線導入器平行設(shè)置的光柵尺； 固定連接在所述直線導入器底端并伸入真空腔體內(nèi)的支撐環(huán)； 兩根分別固定連接在所述支撐環(huán)的兩個端面的掃描絲，且所述兩根掃描絲相互垂直設(shè)置；以及 連接在所述真空腔體外周面并伸入該真空腔體內(nèi)的多個雙芯真空接頭和一觀察窗。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述支撐環(huán)包括 一端與所述直線導入器連接的驅(qū)動桿； 連接在所述驅(qū)動桿另一端并與其一體成型的C形環(huán)，其開口與所述驅(qū)動桿相對設(shè)置；以及 對稱設(shè)置在所述C形環(huán)上并分別用于夾持掃描絲兩端的夾絲機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述夾絲機構(gòu)包括 固定連接在所述C形環(huán)上的定位底座；以及 嵌置在所述定位底座表面用于夾持掃描絲的兩個銅片和設(shè)置在所述兩個銅片之間的絕緣陶瓷墊片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述C形環(huán)的兩個端面上分別設(shè)有用于容置所述定位底座的固定凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述探測器還包括與所述雙芯真空接頭連接的過渡接管組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述電機通過聯(lián)軸器與所述直線導入器連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述真空腔體的外周面設(shè)有分別用于容置所述直線導入器、雙芯真空接頭和觀察窗的刀口法蘭口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的十字絲掃描探測器，其特征在于，所述的雙芯真空接頭數(shù)量為兩個。
專利摘要本實用新型涉及一種十字絲掃描探測器，它包括帶有豎直導軌的滑臺支架；電機；兩個限位開關(guān)；零位光耦開關(guān)；柱形的真空腔體；與所述電機連接可軸向轉(zhuǎn)動并沿所述豎直導軌運動的直線導入器；安裝在所述直線導入器上并在兩個限位開關(guān)之間運動的卡扣；光柵尺；固定連接在所述直線導入器底端并伸入真空腔體內(nèi)的支撐環(huán)；兩根分別固定連接在所述支撐環(huán)的兩個端面的掃描絲；以及連接在所述真空腔體外周面并伸入該真空腔體內(nèi)的多個雙芯真空接頭和一觀察窗。本實用新型測量測量X射線的空間分布的方法簡單，只需進行一次掃描即可，并可以通過光柵尺的讀數(shù)很快得出X射線的空間分布曲線圖，測量效率有效提高，且建造成本和控制的復雜性減低。
文檔編號G01T1/29GK202563097SQ20122015345
公開日2012年11月28日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者周劍英, 黎忠, 龔培榮, 張永立, 徐慧超, 朱周俠, 蔣建國, 劉昕 申請人:中國科學院上海應(yīng)用物理研究所