一種冷中子三軸譜儀的樣品散射平面的調(diào)整裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及中子散射技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種冷中子三軸譜儀（cold neutron triple axis spectrometer)的樣品散射平面的調(diào)整裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中子散射技術(shù)是通過不同類型的中子散射譜儀來充分實(shí)現(xiàn)的。中子散射遵循倒格 矢空間的Ewald球，滿足g g =幣其中，為入射中子束矢量，為出射中子束矢量， 走為散射波矢。通過改變和的大小以及.I^l的方向，可以測得及g形成的平面內(nèi)的 不同大小及方向的散射波矢勞，所有可測得的Φ組成的平面稱為散射平面。對于冷中子三軸 譜儀，和都是水平面內(nèi)的矢量，所以g也一定位于水平面內(nèi)，這就是說只能測到水平面 內(nèi)的散射波矢，因此樣品需放置于樣品臺并且使得我們感興趣的散射平面處于入射中子束 和出射中子束形成的水平面內(nèi)，從而進(jìn)行相關(guān)物理量的測量。樣品的散射平面通常由兩個(gè) 倒格矢確定，這兩個(gè)倒格矢一般為所測樣品的晶向。
[0003] 國內(nèi)首臺冷中子三軸譜儀搭建在中國工程研宄院的反應(yīng)堆的冷中子束線上，和國 際上現(xiàn)有的冷中子三軸譜儀的樣品臺一樣，提供兩個(gè)繞z軸回轉(zhuǎn)的Θ旋轉(zhuǎn)臺和2 Θ旋轉(zhuǎn) 臺，在樣品臺上再安裝兩個(gè)傾斜臺，就樣品散射平面的調(diào)整來說缺乏精確性、高效性，導(dǎo)致 樣品首次放置于樣品臺上的兩個(gè)傾斜臺后，需要到樣品臺附近憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行多次地手動調(diào) 整或重新固定樣品，逐漸地把樣品的散射平面調(diào)整到可接受的誤差范圍內(nèi)，這樣既浪費(fèi)了 大量的中子束流時(shí)間，又使得實(shí)驗(yàn)人員多次暴露在殘余的輻射環(huán)境中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠精確、高效地確定樣品的散射平面 的冷中子三軸譜儀的樣品散射平面的調(diào)整裝置及方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種冷中子三軸譜儀的樣品散射平 面的調(diào)整裝置，其特征在于：它包括一旋轉(zhuǎn)臺、一升降臺、一上部傾斜臺、一下部傾斜臺、四 圓柱銷、一圓形支撐板和一上位機(jī)；所述旋轉(zhuǎn)臺包括旋轉(zhuǎn)臺面固定座、旋轉(zhuǎn)臺面、第一轉(zhuǎn)動 機(jī)構(gòu)、第一步進(jìn)電機(jī)和第一編碼器；所述旋轉(zhuǎn)臺面固定座的頂部通過所述第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)固 定連接所述旋轉(zhuǎn)臺面，所述旋轉(zhuǎn)臺面的頂部中心設(shè)置有一用于固定樣品架的安裝孔；所述 第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的輸入端連接所述第一步進(jìn)電機(jī)的輸出端，所述第一步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動所述 第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動所述旋轉(zhuǎn)臺面及安裝在其上的樣品架做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；所述第一 編碼器固定安裝在所述第一步進(jìn)電機(jī)尾部的轉(zhuǎn)軸上用于測量所述第一步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角 度，并將測量的轉(zhuǎn)動角度通過電纜線發(fā)送給所述上位機(jī)；另外，所述旋轉(zhuǎn)臺面固定座的底部 中心還設(shè)置有一連接用銷孔；所述升降臺包括升降臺面固定座、升降臺面、升降機(jī)構(gòu)、第二 步進(jìn)電機(jī)和第二編碼器；所述升降臺面固定座的頂部通過所述升降機(jī)構(gòu)連接所述升降臺 面，所述升降機(jī)構(gòu)的輸入端連接所述第二步進(jìn)電機(jī)的輸出端，所述第二步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動 所述升降機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動；所述第二編碼器固定安裝在所述第二步進(jìn)電機(jī)尾部的轉(zhuǎn)軸上用于 測量所述第二步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，并將測量的轉(zhuǎn)動角度通過電纜線發(fā)送給所述上位機(jī)； 另外，所述升降臺面的頂部中心還設(shè)置有一用于與所述旋轉(zhuǎn)臺面固定座的底部中心連接用 銷孔進(jìn)行銷接的銷孔；使用時(shí)，通過所述圓柱銷將所述旋轉(zhuǎn)臺面固定座固定在所述升降臺 面上；所述升降臺面固定座的底部中心設(shè)置有一連接用銷孔；所述上部傾斜臺包括上部傾 斜弧形臺面固定座、上部傾斜弧形臺面、第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第三步進(jìn)電機(jī)和第三編碼器；所述 上部傾斜弧形臺面固定座的頂部設(shè)置有橫向弧形軌道，所述上部傾斜弧形臺面底部設(shè)置有 與所述橫向弧形軌道相匹配的弧形突起結(jié)構(gòu)，所述上部傾斜弧形臺面通過所述第二轉(zhuǎn)動機(jī) 構(gòu)安裝在所述上部傾斜弧形臺面固定座的頂部，所述第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的輸入端連接所述第三 步進(jìn)電機(jī)的輸出端，所述第三步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動所述第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，使所述上部傾斜 弧形臺面沿所述上部傾斜弧形臺面固定座的所述橫向弧形軌道進(jìn)行轉(zhuǎn)動，所述第三編碼器 固定安裝在所述第三步進(jìn)電機(jī)尾部的轉(zhuǎn)軸上用于測量所述第三步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，并將 測量的轉(zhuǎn)動角度通過電纜線發(fā)送給所述上位機(jī)；另外，所述上部傾斜弧形臺面的頂部設(shè)置 有一用于與所述升降臺面固定座底部中心連接用銷孔進(jìn)行銷接的銷孔；使用時(shí)，通過所述 圓柱銷將所述升降臺面固定座固定在所述上部傾斜弧形臺面上；所述上部傾斜弧形臺面固 定座的底部中心設(shè)置有一連接用銷孔；所述下部傾斜臺包括下部傾斜弧形臺面固定座、下 部傾斜弧形臺面、第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第四步進(jìn)電機(jī)和第四編碼器；所述下部傾斜弧形臺面固定 座的頂部設(shè)置有縱向弧形軌道，所述下部傾斜弧形臺面底部設(shè)置有與所述縱向弧形軌道相 匹配的弧形突起結(jié)構(gòu)，所述下部傾斜弧形臺面通過所述第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)安裝在所述下部傾斜 弧形臺面固定座的頂部，所述第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的輸入端連接所述第四步進(jìn)電機(jī)的輸出端，所 述第四步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動帶動所述第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，使所述下部傾斜弧形臺面沿所述下部傾 斜弧形臺面固定座的所述縱向弧形軌道進(jìn)行轉(zhuǎn)動，所述第四編碼器固定安裝在所述第四步 進(jìn)電機(jī)尾部的轉(zhuǎn)軸上用于測量所述第四步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度，并將測量的轉(zhuǎn)動角度通過電 纜線發(fā)送給所述上位機(jī)，另外，所述下部傾斜臺的回轉(zhuǎn)中心與所述下部傾斜弧形臺面之間 的垂直距離等于所述上部傾斜臺的高度與所述上部傾斜弧形臺面到所述上部傾斜臺的回 轉(zhuǎn)軸線的垂直距離之和，所述下部傾斜弧形臺面的頂部中心設(shè)置有一用于與所述上部傾斜 弧形臺面固定座的底部中心連接用銷孔進(jìn)行銷接的銷孔；使用時(shí)，通過所述圓柱銷將所述 上部傾斜弧形臺面固定座固定在所述下部傾斜弧形臺面上；所述下部傾斜弧形臺面固定座 的底部中心設(shè)置有一連接用銷孔；所述圓形支撐板的頂部設(shè)置有一用于與所述下部傾斜弧 形臺面固定座底部中心連接用銷孔進(jìn)行銷接的銷孔；使用時(shí)，通過所述圓柱銷將所述下部 傾斜弧形臺面固定座固定在所述圓形支撐板上；所述圓形支撐板的底部設(shè)置有用于實(shí)現(xiàn)與 冷中子三軸譜儀的樣品臺的中心定位和固定的定位圓柱銷孔和螺紋孔；所述上位機(jī)根據(jù)接 收到的所述第一步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)臺面的實(shí)際轉(zhuǎn)動角度，根據(jù)接收到的所 述第二步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度計(jì)算所述升降臺面的實(shí)際上升或下降量，根據(jù)所述第三步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)動角度計(jì)算所述上部傾斜弧形臺面的實(shí)際橫向轉(zhuǎn)動角度，根據(jù)接收到的所述第四步 進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度計(jì)算所述下部傾斜弧形臺面的實(shí)際縱向轉(zhuǎn)動角度，判斷所述旋轉(zhuǎn)臺面、 升降臺面、上部傾斜弧形臺面、下部傾斜弧形臺面是否運(yùn)動到位，如果運(yùn)動不到位，則控制 所述第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第三步進(jìn)電機(jī)、第四步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動；如果運(yùn)動到位， 則控制所述第一步進(jìn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、第三步進(jìn)電機(jī)、第四步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。
[0006] 所述第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)采用蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)。
[0007] 所述升降機(jī)構(gòu)采用細(xì)牙滑動絲杠機(jī)構(gòu)。
[0008] -種冷中子三軸譜儀的樣品散射平面的調(diào)整裝置的調(diào)整方法，包括以下步驟：1) 安裝調(diào)整裝置：將調(diào)整裝置安裝在Θ旋轉(zhuǎn)臺上，探測器安裝在2 Θ旋轉(zhuǎn)臺上，調(diào)整裝置和 探測器均繞樣品臺的z向中心軸線旋轉(zhuǎn)；2)調(diào)整裝置初始化：通過上位機(jī)調(diào)整Θ旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn) 動使得上部傾斜臺的回轉(zhuǎn)軸線CC'與入射中子束^的夾角S1= 0,下部傾斜臺的回轉(zhuǎn)軸線 DD'垂直于入射中子束通過上位機(jī)調(diào)整2 Θ旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動使得探測器與入射中子束1^丨的 夾角S2= 0,定義Θ旋轉(zhuǎn)臺、2 Θ旋轉(zhuǎn)臺和旋轉(zhuǎn)臺逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正；3)安裝樣品：3. 1)將樣 品置于實(shí)驗(yàn)溫度下，并通過樣品架固定到旋轉(zhuǎn)臺頂部，固定時(shí)，依據(jù)樣品標(biāo)記使得樣品中心 的某一個(gè)參考晶向FT與下部傾斜臺的回轉(zhuǎn)軸線DD'重合，由于固定樣品過程中存在誤差， 固定后參考晶向??在水平面內(nèi)與下部傾斜臺的回轉(zhuǎn)軸線DD'之間存在偏差角度δ ;3. 2) 上位機(jī)控制第二步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動升降臺面上升或下降，使得樣品的中心與入射中 子束^的中心處于同一水平面；4)調(diào)整晶向4. 1)上位機(jī)控制2 Θ旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)使探測 器旋轉(zhuǎn)至與入射中子束?的夾角S2 =室溫下的參考晶向g的散射角&〇=〇處；上位機(jī)控 制Θ旋轉(zhuǎn)臺帶動圓形支撐板旋轉(zhuǎn)，當(dāng)上部傾斜臺的回轉(zhuǎn)軸線CC'與入射中子束的夾角 31在A(F：)/2 ± 20°的范圍內(nèi)變動時(shí)，上位機(jī)對探測器記錄的中子強(qiáng)度進(jìn)行高斯擬合得出 峰強(qiáng)處的夾角S1= S ^，計(jì)算偏差角度5 = 50_52〇〇/2,上位機(jī)通過控制第一步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動帶動旋轉(zhuǎn)臺面、樣品架及樣品旋轉(zhuǎn)S，使得參考晶向在水平面內(nèi)的投影與下部傾斜臺 的回轉(zhuǎn)軸線DD'重合，上位機(jī)控制Θ旋轉(zhuǎn)臺帶動圓形支撐板旋轉(zhuǎn)使得夾角S 1 = S2(F：)/2; 4. 2)實(shí)驗(yàn)溫度下的樣品晶向g啲散射角與室溫下得出的S2(F：)有不同，上位機(jī)控制Θ旋 轉(zhuǎn)臺和2 Θ旋轉(zhuǎn)臺分別帶動圓形支撐板旋轉(zhuǎn)使得上部傾斜臺的回轉(zhuǎn)軸線CC'與入射中子 束寫啲夾角31在5·2(7；)/2 ± 1°;和帶動探測器旋轉(zhuǎn)使得探測器與入射中子束:^的夾角S2 在S2(F；) ±2°范圍內(nèi)以同方向且步長變化率按Λ S1: Λ S2= 1:2改變；上位機(jī)對探測器記 錄的中子強(qiáng)度進(jìn)行高斯擬