專利名稱：一種使用x射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及核物理應用技術領域，特別是一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的 裝置及方法。
背景技術：
目前測量鍍層的方法有磁感應測量法、電渦流測量法，電解測量法，超聲波測量法 等，廣泛被國內外的企業、工廠、貿易公司、檢測機構所使用。但磁感應測量法只能用在磁性 產品，電渦流測量法只能測量非磁性產品，電解測量法要求測量面積大且對產品有破壞，超 聲波測量設備制造復雜，操作不便。元素分析主要依靠化學分析法，化學分析法需要對樣品破壞溶解，制樣分析，操作 既復雜有花費時間，對操作員的素質要求也高。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的缺點，提供一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍 層的裝置及方法。X射線熒光光譜儀可以解決以上兩大類測量方法的致命缺點，有準確、快速、無損、 多元素或鍍層同時測量、操作簡單、檢測的費用低等優點。因此對提高測量精度、提高測量 工作效率具有極其重要的意義。技術解決方案1、使用功率高達100W穩定的高壓直流電源給X射線管，使得X射線管發出的X射 線穩定，均勻。2、使用大窗口封閉式正比計數器，在短時間內，快速提高穩定的記數率，因此單次 測量只需十幾秒就可以完成。可探測的元素范圍從13號元素Al到92號元素U。3、使用全自動三維樣品臺，超大樣品倉，無論是大樣品，小樣品，不規則樣品，都可 以精確定位測量點。使用高精密彩色射像頭輔助觀察樣品。樣品圖象清晰直觀，減小人為 對焦而引起的誤差。4、采用基本參數法軟件，運用了嚴格的理論方程式，該方程式考慮到各種可能的 元素間的相互影響，基本參數包括物質吸收系數，X熒光產率，躍遷幾率，轉換幾率等等，加 上硬件參數如X射線入射角、出射角、X射線管靶角、靶材、窗口材料和厚度、一次濾光材料 和厚度、二次濾光材料和厚度等等。一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，包括高壓發生器、X射線管、準直器、 鏡片、攝像頭、探測器、多道板、計算機，高壓發生器連接X射線管，給X射線管提供高電壓， X射線管連接準直器，由探測器探測樣品反射的X射線，將電信號轉換為電脈沖，由放大器 MCA放大，放大后的信號傳送到多道板，由多道板形成通訊信號傳送到計算機處理。所述準直器設置于X射線管的X射線出口，準直器用于準直X射線管產生X射線。所述準直器采用圓形，正方形，槽型形狀。
所述鏡片設置在X射線的通道中。所述鏡片折射形成圖像信號，圖像信號傳輸到攝像頭，攝像頭用于攝取圖像信號。所述攝像頭是CXD攝像機的攝像頭。所述計算機連接高壓發生器，并控制高壓發生器。一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的方法，其步驟如下(1)計算機通過軟件給高壓發生器提供命令，高壓發生器收到命令后打開高壓；(2)高壓發生器向X射線管輸送高壓，在X射線管中，由加熱陰極產生的電子，電子 的動能主要轉化為初級輻射；(3)采用不同大小和形狀的準直器；可選擇X射線射到工件上的形狀和尺寸，X射 線通過準直器打到樣品表面；(4)X射線到達樣品表面后，樣品被激發出X熒光，探測器窗口可接收X熒光；(5)輻射信號使用輻射探測器來測量，通常采用充滿氙氣的比例計數器；X射線熒 光輻射電離氙原子，自由電子的數目與X射線熒光輻射的能量成正比，探測器的電子轉換 為電脈沖，由放大器MCA放大，脈沖的高度與輻射能量成正比；(6)放大器的信號傳輸到計算機中，采用基本參數方法，測試軟件可根據相關的理 論計算得出鍍層厚度和成分，甚至可以允許無標準片測量；(7)數據和樣品的圖像由彩色顯示器顯示。所述步驟(2)中，初級輻射就是韌致輻射和高強度的X射線熒光輻射，這兩種輻射 的組合，最大能量為50KeV。所述步驟(3)中，可以測量小到約50X50 μ m的測量點。優點和積極效果1、分析元素范圍Na(ll)_U(92)2、分析元素極限最薄0. 002um，最后達50um。最小含量達lppm，最大含量達 99. 99%。3、適合樣品尺寸0. 1X0. 1X0. Imm到500X500X200mm。最小測量斑點為 0. 01mm2。4、分析精度第一層的精密度和準確度可達3%。第二層10%以內。最多可測6層。表1多種儀器測量同個鐵上鍍鋅產品結果對照表(單位um) 注磁感應測量儀10秒測量一次，庫侖測量儀60秒測量一次，X射線熒光光譜儀 10秒測量一次。從表1可以看出，X射線熒光光譜儀測量的穩定性和準確度遠遠高于磁感應測量 儀、庫侖測量儀。
圖1是X射線熒光光譜儀的基本結構圖；圖2是X射線熒光光譜儀的工作原理圖；圖3是使用X射線熒光光譜儀測量鍍層裝置結構示意圖。
具體實施例方式圖1是X射線熒光光譜儀的基本結構圖；X射線熒光光譜儀由高壓發生器、探測器、多道板、CXD攝像機組成。高壓發生器產 生X射線，X射線照射樣品。樣品在X光的照射下產生不同強度的二次X光，即X熒光。用 CCD攝像機拍攝X熒光。圖2是X射線熒光光譜儀的工作原理圖；X射線熒光光譜儀的工作原理熒光是——原子或分子吸收一定能量的光子，然后釋放出低能量的光子，在此過 程中產生的。X熒光是原子內層電子躍遷時釋放出的能量轉為成的光子。由于管壓的存在，陰極產生大量電子轟擊陽極，而陽極是由特殊物質做成的靶材， 不同的物質產生不同能量的X ray，在高速電子的轟擊下產生一定強度的X ray穿過鈹箔 (用來收束X光)，最終照射在樣品上。樣品中的不同元素在X光的照射下產生不同強度的二次X光，稱之為X熒光。由于從X熒光的強度可以推算出激發該熒光的元素含量，所以使 用這些特性，探測器檢測后經過信號分析處理電路計算出物質含量或鍍層厚度。圖中用X射線管照的X光照射樣品，樣品在X光的照射下產生不同強度的二次X 光，即X熒光。用探測器探測X熒光。圖3是使用X射線熒光光譜儀測量鍍層裝置結構示意圖。1是高壓發生器，2是X射線管，3是準直器，4是鏡片，5是攝像頭，6是圖像信號，7 是X射線，8是X熒光(反射的X射線)，9是探測器，10是多道板，11是計算機，12是被測 樣品，13是樣品臺。X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，包括高壓發生器1、X射線管2、準直器3、鏡片 4、攝像頭5、探測器9、多道板10、計算機11、被測樣品12、樣品臺13。X射線熒光光譜儀測量鍍層裝置的組成和連接是，高壓發生器1連接X射線管2， 準直器3連接X射線管2，準直器3設置于X射線管2的X射線出口，用于準直X射線管2 的X射線，在X射線7的通道設置有鏡片4，鏡片4折射形成圖像信號6，圖像信號6傳輸到 攝像頭5，攝像頭5用于攝取圖像信號6。攝像頭5是CCD攝像機的攝像頭。準直器3采用圓形，正方形，槽型形狀。鏡片4設置在X射線7的通道中。探測器 9連接多道板10，多道板10連接計算機11。X射線熒光光譜儀測量鍍層裝置的的工作過程高壓發生器1給X射線管2提供高電壓，使X射線管2產生X射線，準直器3用于 準直X射線管2產生X射線，X射線經過準直器3準直，準直的X射線7在鏡片4折射形成 的圖像信號6由攝像頭5攝取圖像。經過準直器3準直的X射線7照射到樣品12。樣品在 X光的照射下產生的X熒光8，被探測器9探測，由探測器9將電(能量)信號轉換為電脈 沖，由放大器MCA放大，放大后的信號傳送到多道板10，由多道板10形成通訊信號傳送到計 算機11處理。計算機11連接高壓發生器1，并控制高壓發生器1。X射線熒光光譜儀測量鍍層的方法，鍍層測試步驟如下(1)計算機通過軟件給高壓發生器提供命令，高壓發生器收到命令后打開高壓；(2)高壓發生器向X射線管輸送高壓，在X射線管中，由加熱陰極產生的電子，在受 到最大為50KV的可調高壓的加速后，轟擊陽極(通常由鎢或鉬組成)。電子的動能主要轉 化為韌致輻射。此外，在陽極(例如鎢)上還會產生獨特的，高強度的X射線熒光輻射。初 級輻射就是這兩種輻射的組合。最大能量為50KeV。(3)采用不同大小和形狀(圓形，正方形，槽型)的準直器；可選擇X射線射到工 件上的形狀和尺寸，這樣就可以測量小到約50X50 μ m的測量點。準直器由通透的可進行測 量點光學成像的材料組成。X射線通過準直器打到樣品表面。(4)X射線到達樣品表面后，樣品被激發出X熒光，探測器窗口可接收X熒光；(5)輻射信號使用輻射探測器來測量，通常采用充滿氙氣的比例計數器；X射線熒 光輻射電離氙原子。釋放出的電子朝著處于計數器中央的高壓軸線加速。自由電子的數目 與X射線熒光輻射的能量成正比。探測器撞擊軸線的電子轉換為電脈沖，由放大器MCA放大，脈沖的高度與輻射能 量成正比。(6)放大器的信號傳輸到計算機中，采用基本參數方法，測試軟件可根據相關的理論計算得出鍍層厚度和成分，甚至可以允許無標準片測量；(7)數據和樣品的圖像可由彩色顯示器顯示。以上就是射線熒光光譜儀測量鍍層薄膜厚度的全過程。
權利要求
一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，包括高壓發生器(1)、X射線管(2)、準直器(3)、鏡片(4)、攝像頭(5)、探測器(9)、多道板(10)、計算機(11)，其特征在于，高壓發生器(1)連接X射線管(2)，給X射線管(2)提供高電壓，X射線管(2)連接準直器(3)，由探測器(9)探測樣品(12)反射的X射線，將電信號轉換為電脈沖，由放大器MCA放大，放大后的信號傳送到多道板(10)，由多道板(10)形成通訊信號傳送到計算機(11)處理。
2.根據權利要求1所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，其特征在于，所述準 直器⑶設置于X射線管⑵的X射線出口，準直器⑶用于準直X射線管⑵產生X射 線。
3.根據權利要求1或2所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，其特征在于，所 述準直器(3)采用圓形，正方形，槽型形狀。
4.根據權利要求1所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，其特征在于，所述鏡 片⑷設置在X射線(7)的通道中。
5.根據權利要求1或4所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，其特征在于，所 述鏡片(4)折射形成圖像信號(6)，圖像信號(6)傳輸到攝像頭(5)，攝像頭(5)用于攝取 圖像信號(6)。
6.根據權利要求1所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，其特征在于，所述攝 像頭(5)是CCD攝像機的攝像頭。
7.根據權利要求1所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置置，其特征在于，所述 計算機(11)連接高壓發生器(1)，并控制高壓發生器(1)。
8.一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的方法，其步驟如下(1)計算機通過軟件給高壓發生器提供命令，高壓發生器收到命令后打開高壓；(2)高壓發生器向X射線管輸送高壓，在X射線管中，由加熱陰極產生的電子，電子的動 能主要轉化為初級輻射；(3)采用不同大小和形狀的準直器；可選擇X射線射到工件上的形狀和尺寸，X射線通 過準直器打到樣品表面；(4)X射線到達樣品表面后，樣品被激發出X熒光，探測器窗口可接收X熒光；(5)輻射信號使用輻射探測器來測量，通常采用充滿氙氣的比例計數器；X射線熒光輻 射電離氙原子，自由電子的數目與X射線熒光輻射的能量成正比，探測器的電子轉換為電 脈沖，由放大器MCA放大，脈沖的高度與輻射能量成正比；(6)放大器的信號傳輸到計算機中，采用基本參數方法，測試軟件可根據相關的理論計 算得出鍍層厚度和成分，甚至可以允許無標準片測量；(7)數據和樣品的圖像由彩色顯示器顯示。
9.根據權利要求8所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的方法，其特征在于，所述步 驟(2)中，初級輻射就是韌致輻射和高強度的X射線熒光輻射，這兩種輻射的組合，最大能 量為50KeV。
10.根據權利要求8所述的使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的方法，其特征在于，所述 步驟(3)中，可以測量小到50X50 μ m的測量點。
全文摘要
本發明提供一種使用X射線熒光光譜儀測量鍍層的裝置，包括高壓發生器、X射線管、準直器、鏡片、攝像頭、探測器、多道板、計算機，高壓發生器連接X射線管，給X射線管提供高電壓，X射線管連接準直器，由探測器探測樣品反射的X射線，將電信號轉換為電脈沖，由放大器MCA放大，放大后的信號傳送到多道板，由多道板形成通訊信號傳送到計算機處理。方法包括(1)產生高壓；(2)在X射線管中，電子的動能主要轉化為初級輻射；(3)采用不同大小和形狀的準直器；(4)探測器窗口接收X熒光；(5)采用充滿氙氣的比例計數器；(6)放大器的信號傳輸到計算機中；(7)數據和樣品的圖像由顯示器顯示。
文檔編號G01N23/223GK101887038SQ20091005130
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者宋涵華 申請人:上海優特化工有限公司