专利名称：一种十字丝扫描探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于同步辐射X射线(即X光)的测量，尤其是用于X射线强度的分布测量的十字丝扫描探测器。
背景技术：
X射线束流位置监测设备是同步辐射光束线不可缺少的重要组成部分，根据检测信号的方式不同，束流位置监测设备分为刀片式探测器、荧光靶探测器和丝扫描探测器。此类设备主要用于监测束流的稳定性，探测光斑的形状或光强的分布。刀片式探测器大多用于光束线站的前端区，在线检测同步辐射光束的中心位置偏移情况；荧光靶探测器主要用 于光斑的形状和位置的粗略观察，其结果比较直观但精度不够，没法做定量的分析，并且容易受到可见光的干扰；丝扫描探测器是用一根或多根导体丝扫过光束，根据金属丝上产生的光电流分布测量光束的中心和分布情况。现有的丝扫描探测器一般采用平行双丝结构。平行丝扫描探测器多采用两根平行的镀金钨丝，双丝平面垂直于光束方向，并可在该平面内逐点扫描，能精确测量光束截面的光功率密度分布，特别适用于光功率密度在水平方向均匀分布的弯铁光源的光束测量。然而，这种结构的丝扫描探测器只具备一维空间分辨能力，即只能在X方向或Y方向测量X射线强度的分布；如果采用两个相互垂直放置的平行丝扫描探测器分别在X方向和Y方向测量其扫描电流分布，虽然能实现X射线在二维空间的强度分布，但两套装置会增加设备的复杂性，并且占用了两倍的束线空间，增加建造的成本，因此并不合算。另外，还有一种测量X射线的空间分布的方法就是利用狭缝扫描，即，通过在狭缝后面放置一块金属板，测量漏过狭缝的X射线在金属板上产生的光电流的大�。醇扑愠鯴射线的空间分布情况。然而这种方法操作复杂，必须两次扫描，即，分别在X方向和Y方向扫描测量数据，才能得出其空间分布曲线图。由此可见，现在需要设计一种新型的丝扫描探测器，以有效解决上述问题。
实用新型内容为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种十字丝扫描探测器，以方便简单地测量X射线强度的二维空间分布，并确保在测量过程中稳定可靠地工作。本实用新型所述的一种十字丝扫描探测器，它包括带有竖直导轨的滑台支架；固定连接在所述滑台支架顶部的电机；两个上下平行安装在所述滑台支架一侧面的限位开关；安装在所述滑台支架一侧面并位于两个限位开关之间的零位光耦开关；柱形的真空腔体，其外周面与所述滑台支架底面固定连接；与所述电机连接可轴向转动并沿所述竖直导轨运动的直线导入器；安装在所述直线导入器上并在两个限位开关之间运动的卡扣；[0015]竖直连接在所述滑台支架上并与所述直线导入器平行设置的光栅尺；固定连接在所述直线导入器底端并伸入真空腔体内的支撑环；两根分别固定连接在所述支撑环的两个端面的扫描丝，且所述两根扫描丝相互垂直设置；以及连接在所述真空腔体外周面并伸入该真空腔体内的多个双芯真空接头和一观察窗。在上述的十字丝扫描探测器中，所述支撑环包括一端与所述直线导入器连接的驱动杆；连接在所述驱动杆另一端并与其一体成型的C形环，其开口与所述驱动杆相对设置；以及·对称设置在所述C形环上并分别用于夹持扫描丝两端的夹丝机构。在上述的十字丝扫描探测器中，所述夹丝机构包括固定连接在所述C形环上的定位底座；以及嵌置在所述定位底座表面用于夹持扫描丝的两个铜片和设置在所述两个铜片之间的绝缘陶瓷垫片。在上述的十字丝扫描探测器中，所述C形环的两个端面上分别设有用于容置所述定位底座的固定凹槽。在上述的十字丝扫描探测器中，所述探测器还包括与所述双芯真空接头连接的过渡接管组件。在上述的十字丝扫描探测器中，所述电机通过联轴器与所述直线导入器连接。在上述的十字丝扫描探测器中，所述真空腔体的外周面设有分别用于容置所述直线导入器、双芯真空接头和观察窗的刀口法兰口。在上述的十字丝扫描探测器中，所述的双芯真空接头数量为两个。由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型利用两根相互垂直的扫描丝，并通过电机带动支撑环的转动，使扫描丝扫描同步辐射光束截面(即等间隔的通过X射线光束所在的区域)，并同时得到垂直和水平两维方向的光电流密度分布，由于当有光照射在扫描丝上的时候，会有电子逸出，在扫描丝上产生电流，因此，本实用新型还通过双芯真空接头引出该电流，以便测量其电流的大�。纯傻贸鯴射线光束在该点的空间分布，继而求出其光束的中心位置。本实用新型测量测量X射线的空间分布的方法简单，只需进行一次扫描即可，并可以通过光栅尺的读数很快得出X射线的空间分布曲线图，测量效率有效提高，且建造成本和控制的复杂性减低。
图I是本实用新型一种十字丝扫描探测器的结构剖视图；图2是本实用新型中滑台支架和直线导入器的结构示意图；图3是本实用新型中支撑环的结构示意图；图4是本实用新型中支撑环的结构侧视图。
具体实施方式
[0036]
以下结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。请参阅图I-图4，本实用新型，即一种十字丝扫描探测器，它包括带有竖直导轨11的滑台支架I ;固定连接在滑台支架I顶部 的电机2 ；两个上下平行安装在滑台支架I 一侧面的限位开关3 ；安装在滑台支架I 一侧面并位于两个限位开关3之间的零位光耦开关4 ；柱形的真空腔体5，其外周面与滑台支架I底面固定连接，并设有多个刀口法兰口50 ；通过联轴器60与电机2连接可轴向转动并沿竖直导轨11运动的直线导入器6，其伸入真空腔体5的刀口法兰口 50内；安装在直线导入器6上并在两个限位开关3之间运动的卡扣7 ；竖直连接在滑台支架I上并与直线导入器7平行设置的光栅尺8 ；固定连接在直线导入器6底端并伸入真空腔体5内的支撑环9 ；两根分别固定连接在支撑环9的两个端面的扫描丝10，且两根扫描丝10相互垂直设置；连接在真空腔体5外周面并伸入该真空腔体5的刀口法兰口 50内的两个双芯真空接头51和一个观察窗52 ；以及与双芯真空接头51连接的过渡接管组件53，其用于与外围管道(图中未示)连接。具体来说，本实用新型中的支撑环9包括一端与直线导入器6连接的驱动杆91 ；连接在驱动杆91另一端并与其一体成型的C形环92，其开口与驱动杆91相对设置；以及对称设置在C形环92上并分别用于夹持扫描丝10两端的夹丝机构93，其包括固定连接在C形环92上的定位底座931，具体来说，C形环92的两个端面上分别设有用于容置定位底座931的固定凹槽921，定位底座931通过螺母934和垫圈935固定在固定凹槽921中，以保证两丝垂直；以及嵌置在定位底座931表面用于夹持扫描丝10的两个铜片932和设置在两个铜片932之间的绝缘陶瓷垫片933。本实施例中，两根扫描丝10的位置均与水平方向呈45°夹角，在实际使用时，可将整个探测器倾斜45°，从而使支撑环9由电机2驱动沿着与水平方向呈45°夹角的方向带动两根扫描丝10整体运动，通过双芯真空电接头51引出扫描丝10上的光电流信号，并采集两根扫描丝10上的光电流信号来计算得出光斑的光功率密度分布，其中，垂直的扫描丝10扫描得出的是光斑的水平分布情况，水平的扫描丝10扫描的是垂直分布。在本实施例中，直线导入器6通过步进电机驱动，其行程大于40_。真空腔体5是一个外径为152mm、内经为IOOmm的柱形腔体，其两端侧是CF100刀口法兰，CF100刀口法兰的端面长度为50mm。滑台支架I上的两个限位开关3以及零位光耦开关4的位置全程可调，零位光耦开关4为O位有效，使用TTL电平，输出能力符合TTL电平要求。光栅尺8的精度小于5 μ m。[0058]本实用新型测量X光的空间分布的最大问题在于扫描过程中扫描丝10的变形或者说扫描丝10的直线性问题，当扫描丝10在扫描过程中受到光的照射时，会因为热伸缩现象而下垂，不再是一条理想的直线，给测量结果带来一定的误差，下垂量越大，误差越大。虽然，减小扫描丝10的受光面积，可以有效降低其吸收的热功率，减小下垂量；但受光面积减�。且陨杷勘湎肝鄣模饩透庸ぶ圃齑床簧俚睦眩也牟饬康缌饕蚕嘤Φ谋湫。档推洳饬康男旁氡取Ｓ纱丝杉炙可杼讲馄鞯纳杷康牟问≡袷种匾�。以下详细说明本实用新型中扫描丝10的设计计算，为了简化计算过程，做出如下假定光功率均匀分布PX，吸收效率n = 100%，忽略热传导，辐射功率只有温度有关。根据波尔兹曼斯忒藩定律确定的辐射功率为
P =σΤ4其中，r
σ = 5.61 XlO-sW/m2-K4若用金属丝(圆柱体)，截面半径为r，丝长度为1，则吸收面积Sa = 21r，热辐射面积& = 2 π · rl，假设平衡温度为材质的熔点，则丝状材质(圆柱体)能够承受的辐射功率Px = Ji σ T4,考虑最大熔点的金属丝:钨丝(熔点:34220C -3695K)，则PX = Ji σ T4 33. 2W/mm ο考虑到设计冗余，选择工作温度为熔点的1/2，则承受的辐射功率减少为Px的1/16 :约为2W/mm2，显然，完全满足弯铁光源的白光及所有的单色光WBPM。若改用长方体碳丝，其迎光厚度h = 100 μ m，侧面宽度W = 500 μ m，则吸收面积Sa=lh，热辐射面积Sr = 21w+21h，假设平衡温度为材质的熔点，则丝状材质(圆柱体)能够承受的辐射功率Px = 2σΤ4 (…+办)(材质的侧面宽度w对Px有显著影响)
h考虑最大熔点的碳丝(熔点3550°C-3823K)，则,Px=2σΤ4^+ h^U5W I mm2。
x h考虑到设计冗余，选择工作温度为熔点的95%，留出5%的温度余量则承受的辐射功率减少为Px的81% :约为117W/mm2，碳丝(长方体)的尺寸选择主要由材料成本、力口工、使用方便决定。长方体丝材质的使用缺点包括如果不能保证丝材质迎光面正对完全迎光；或者使用过程中，光束发生偏向，使得本来用作散热的大面积侧面反而接受更多光束照射，容易导致烧毁。而丝状(圆柱体、或者迎光厚度等于侧面宽度的情况)则不存在类似问题，但是承受热功率不高、数值固定不能调节。针对丝的下垂量，可从材质丝热膨胀系数的角度选择扫描丝。影响丝的下垂量因素包括丝的自重；线热膨胀系数；丝材质(硬度高、抗形变；逸出功小、探测效率高；高温性质稳定；易加工、易使用)；扫描丝下垂量的计算只考虑材质的线热膨胀系数，即丝下垂量的计算本质上只需比较丝材质的线热膨胀系数。丝材质的脱出功如表I所示。由表I可知三种元素的脱出功最大值是最小值的比值g-1.12 10倍，远远小于I个数量级。所以三者的脱出功不会显著影响丝材质的选
择。脱出功的影响可以忽略。表I、碳、金、钨三种元素的脱出功
权利要求1.一种十字丝扫描探测器，其特征在于，所述探测器包括 带有竖直导轨的滑台支架； 固定连接在所述滑台支架顶部的电机； 两个上下平行安装在所述滑台支架一侧面的限位开关； 安装在所述滑台支架一侧面并位于两个限位开关之间的零位光耦开关； 柱形的真空腔体，其外周面与所述滑台支架底面固定连接； 与所述电机连接可轴向转动并沿所述竖直导轨运动的直线导入器； 安装在所述直线导入器上并在两个限位开关之间运动的卡扣； 竖直连接在所述滑台支架上并与所述直线导入器平行设置的光栅尺； 固定连接在所述直线导入器底端并伸入真空腔体内的支撑环； 两根分别固定连接在所述支撑环的两个端面的扫描丝，且所述两根扫描丝相互垂直设置；以及 连接在所述真空腔体外周面并伸入该真空腔体内的多个双芯真空接头和一观察窗。
2.根据权利要求I所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述支撑环包括 一端与所述直线导入器连接的驱动杆； 连接在所述驱动杆另一端并与其一体成型的C形环，其开口与所述驱动杆相对设置；以及 对称设置在所述C形环上并分别用于夹持扫描丝两端的夹丝机构。
3.根据权利要求2所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述夹丝机构包括 固定连接在所述C形环上的定位底座；以及 嵌置在所述定位底座表面用于夹持扫描丝的两个铜片和设置在所述两个铜片之间的绝缘陶瓷垫片。
4.根据权利要求3所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述C形环的两个端面上分别设有用于容置所述定位底座的固定凹槽。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述探测器还包括与所述双芯真空接头连接的过渡接管组件。
6.根据权利要求5所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述电机通过联轴器与所述直线导入器连接。
7.根据权利要求6所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述真空腔体的外周面设有分别用于容置所述直线导入器、双芯真空接头和观察窗的刀口法兰口。
8.根据权利要求6或7所述的十字丝扫描探测器，其特征在于，所述的双芯真空接头数量为两个。
专利摘要本实用新型涉及一种十字丝扫描探测器，它包括带有竖直导轨的滑台支架；电机；两个限位开关；零位光耦开关；柱形的真空腔体；与所述电机连接可轴向转动并沿所述竖直导轨运动的直线导入器；安装在所述直线导入器上并在两个限位开关之间运动的卡扣；光栅尺；固定连接在所述直线导入器底端并伸入真空腔体内的支撑环；两根分别固定连接在所述支撑环的两个端面的扫描丝；以及连接在所述真空腔体外周面并伸入该真空腔体内的多个双芯真空接头和一观察窗。本实用新型测量测量X射线的空间分布的方法简单，只需进行一次扫描即可，并可以通过光栅尺的读数很快得出X射线的空间分布曲线图，测量效率有效提高，且建造成本和控制的复杂性减低。
文档编号G01T1/29GK202563097SQ20122015345
公开日2012年11月28日 申请日期2012年4月12日 优先权日2012年4月12日
发明者周剑英, 黎忠, 龚培荣, 张永立, 徐慧超, 朱周侠, 蒋建国, 刘昕 申请人:中国科学院上海应用物理研究所
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