CN107356619B - 一种微束x射线快速定位与校准装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微束X射线快速定位与校准装置及其使用方法,属于微束X射线定位技术领域,所述的微束X射线快速定位与校准装置,包括X射线阵列探测器(1)、薄片基底(2),X射线阵列探测器(1)设置于薄片基底(2)的底部,薄片基底(2)由基底和表面十字镀层(3)组成,表面十字镀层(3)设置于基底的上部,且表面十字镀层(3)材料为锌。本发明装置提供了焦斑形状信息的实时显示,将不可视的X射线转化为可观察的数字图像,便于存储和记录。本发明还能通过焦斑图像信息,计算得到X射线焦斑焦点中心位置和尺寸。
Description
技术领域
本发明属于微束X射线定位技术领域,具体的说,涉及一种微束X射线快速定位与校准装置及其使用方法。
背景技术
微束微区X荧光分析是一种将X射线聚焦到微米量级开展元素成分定量分析的一种技术。其典型仪器装置结构见附图。包含显微镜物镜、X光透镜、X射线能量探测器、X射线阵列探测器和X荧光分析仪载物台。
在这套***中,X光透镜用于聚焦X射线,其输出射线汇聚于透镜出射端;显微镜物镜存在一视场中心点;X射线能量探测器沿中心轴存在一焦点。在实际使用过程中,每次使用仪器前,均需要将上述焦点全部对齐在一点才能开展测量工作。
由于X射线无法直接观测,开展焦点对齐十分不便。目前的方法主要有激光定位法、刀口法。
激光定位法采用激光作为指示标志,在显微镜中直接观察激光点位,将显微镜焦点对齐即可。该方法无法显示当前焦斑的真正位置,因为激光无法跟踪X光焦斑的变化。其次,该方法也只能对齐显微镜视区中心,对X射线能量探测器的中心无法调整。
刀口扫描法,通过平移的方式,得到X光强度在某一坐标轴线上的分布特征,通过高斯拟合求得焦斑的位置和大小。但扫描过程太长,以100微米焦斑为例,按步长为10微米,则至少需要移动10次以上,再通过数据处理、计算才能得到焦斑的信息。以上方法,都无法直接观察X射线焦斑形状,也无法得到各种焦点间的相对位移量。
因此,有必要提出一种新的设备及该设备的使用方法,该设备能将不可视的X射线转化为可观察的数字图像,便于存储和记录,使用该方法能快速实现X射线焦斑对齐。
发明内容
为了克服背景技术中的问题,本发明提出一种微束X射线快速定位与校准装置及其使用方法,通过采用薄片基底的表面十字镀层进行了X射线的快速定位与校准,并采用三组对焦方法解决了X射线快速定位与校准的问题。
为了实现上述目的,本发明是按照以下技术方案实现的:所述的微束X射线快速定位与校准装置的使用方法包括以下步骤:
(1).第一组焦点重合;
其中,第一组焦点重合步骤包括以下步骤:
步骤a.将微束X射线快速定位与校准装置安装于X荧光分析仪载物台7上,使X光透镜4安装于X荧光分析仪载物台7的一侧斜上方,使X光透镜4与X荧光分析仪载物7台之间的角度呈α,使X射线能量探测器6安装于X荧光分析仪载物台7的另一侧斜上方,使X射线能量探测器6与X荧光分析仪载物台7之间的角度呈β,将显微镜设置于微束X射线快速定位与校准装置正上方。
步骤b.使用显示镜观察X射线快速定位与校准装置的表面十字镀层3。将带有十字标尺的显微镜目镜安装于观察孔中,选择合适放大倍数的物镜5,调节X荧光分析仪载物台7的高度,直到从目镜中得到表面十字镀层3清晰的像。
步骤c.使用目镜观察两个十字图像,第一个是目镜十字标尺图像,第二个是表面十字镀层3的图像后,调节X荧光分析仪载物台7的水平方向,使两个十字图像的交叉中心点重合。
(2).第二组焦点重合;
第二组焦点重合步骤包括以下步骤:
步骤a.开启X射线发生器的电源,开启光管高压。
步骤b.测量X射线能量探测器6输出能谱,在锌元素K系特征X射线能量(8.64keV)位置观察元素峰。
步骤c.调节X射线能量探测器6的角度β,多次重复步骤b,使锌元素K系特征X射线的元素峰面积计数率达到最大值。此时,X射线能量探测器6的中心就和表面十字镀层3的中心重合,也即和显微镜目镜标尺的中心重合。
(3).第三组焦点重合;
第三组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.启动X射线阵列探测器1,X射线阵列探测器1将测量的X射线剂量转换成二维灰度图,即椭圆焦斑灰度图。
步骤b.采用重心法计算椭圆焦斑灰度图的重心,该重心点就是X光透镜4输出X射线的中心,也就是X射线焦斑的中心点。
步骤c.使X光透镜4输出X射线照射到X射线阵列探测器1表面,由于镀层对射线的吸收,造成镀层底部,也就是X射线阵列探测器1被镀层遮住的部分,没有X射线。在X射线阵列探测器1输出的X射线剂量灰度图中,找到镀层的阴影,该阴影的中心就是表面十字镀层的交叉点。
步骤d.在步骤b和步骤c中能够获得两个焦点,通过图像处理软件能够计算,并得到两个焦点在二维平面上的距离,该距离就是偏差。左右方向偏差记为△x和前后方向偏差记为△y。
步骤e.根据步骤d获得的偏差,调节X荧光分析仪载物台在二维(xy平面)平面的位置。
步骤f.重复步骤a-e,直到步骤d计算的△x偏差、△y均在22μm以内。
所述的一种微束X射线快速定位与校准装置的包括,所述的微束X射线快速定位与校准装置包括X射线阵列探测器1、薄片基底2,X射线阵列探测器1设置于薄片基底2的底部,薄片基底2由基底和表面十字镀层3组成,表面十字镀层3设置于基底的上部。
进一步的,所述的基底的材料采用金属铍,基底的厚度为100um。
进一步的,所述的表面十字镀层3有横、竖两条,每条镀层起始于基底面一边中点,终止于另一边中点,两条镀层呈十字交叉结构,交点位于基底的中心。
进一步的,所述的表面十字镀层3的宽度为22um,厚度为10um,材料采用锌。
进一步的,所述的薄片基底2的下表面面积大小与X射线阵列探测器1的上表面面积大小相同,中心点同心。
本发明的有益效果:
1、本发明的提供了焦斑形状信息的实时显示,将不可视的X射线转化为可观察的数字图像,便于存储和记录。
2、本发明通过焦斑图像信息,计算得到X射线焦斑焦点中心位置。
3、本发明能够得到X射线焦斑焦点、显微镜物镜视场中心点的相对位移量。可根据此位移量,快速调节焦斑位置,使之对齐。
附图说明
图1为X射线焦斑测量示意图;
图2为本发明装置结构示意图;
图3为本发明使用方法结构框图。
图中,1-X射线阵列探测器、2-薄片基底、3-表面十字镀层、4-X光透镜、5-物镜、6-X射线能量探测器、7-X荧光分析仪载物台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚、明白,下面将结合附图,对本发明的优选实施例进行详细的说明,以方便技术人员理解。
实施例1
如图3所示,所述的微束X射线快速定位与校准装置的使用方法包括以下步骤:
(1).第一组焦点重合;
其中,第一组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.安装微束X射线快速定位与校准装置于微束微区X荧光分析仪载物台中心
将微束X射线快速定位与校准装置安装于X荧光分析仪载物台7上,将X光透镜4安装于X荧光分析仪载物台6的一侧斜上方,使X光透镜4与X荧光分析仪载物台6之间的角度呈α,将X射线能量探测器6安装于X荧光分析仪载物台7的另一侧斜上方,使X射线能量探测器6与X荧光分析仪载物台7之间的角度呈β,将显微镜设置于微束X射线快速定位与校准装置正上方。
步骤b.显微镜观察本装置表面十字镀层
使用显微镜观察X射线快速定位与校准装置的表面十字镀层,调节X荧光分析仪载物台7的高度,并将视野调至最清晰。将带有十字标尺的显微镜目镜安装于观察孔中,选择合适放大倍数的物镜5,调节X荧光分析仪载物台7的高度,直到从目镜中得到表面十字镀层3清晰的像。
在实际使用中,选择10倍或20倍的物镜,以使能够测量被观测到物体的长度为宜。
步骤c.调节显微镜显示区中心位置,使之与镀层十字交叉点重合
调节显微镜X荧光分析仪载物台7的位置,使用目镜观察两个十字图像,第一个是目镜十字标尺图像,第二个是表面十字镀层3的图像,调节X荧光分析仪载物台7的水平方向(包括前后方向和左右方向),使两个十字图像的交叉中心点重合。
第一组焦点重合意义在于将十字镀层置于显微镜目镜视野中心,即便于观察焦点。
(2).第二组焦点重合;
第二组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.开启X射线发生器至工作状态
开启X射线发生器的电源,开启光管高压。
步骤b.测量X射线能量探测器6输出能谱,在锌元素K系特征X射线能量(8.6keV)位置观察元素峰。
步骤c.X射线能量探测器6的中心和显微镜目镜标尺的中心重合
调节X射线能量探测器6的角度β,一般为45°范围,具体角度根据元素峰面积取得最大值时调整得到,多次重复步骤b,使锌元素K系特征X射线的元素峰面积计数率达到最大值,在调节β角度的时候,峰面积计数率会变化,最大值为峰面积计数率的极值。此时,X射线能量探测器6的中心就和表面十字镀层3的中心重合,也即和显微镜目镜标尺的中心重合。
第二组焦点重合的意义在于,使X射线能量探测器6的探测面正对焦点。
(3).第三组焦点重合步骤;
第三组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.得到阵列探测器图像
启动X射线阵列探测器1,X射线阵列探测器1将测量的X射线剂量转换成二维灰度图,即椭圆焦斑灰度图。
步骤b.计算焦斑图像中心位置
启动X射线阵列探测器1,X射线阵列探测器1将测量的X射线剂量转换成二维灰度图,即椭圆焦斑灰度图。
步骤b.采用重心法计算椭圆焦斑灰度图的重心,该重心点就是X光透镜4输出X射线的中心,也就是X射线焦斑的中心点。
步骤c.计算镀层交叉点的位置
X光透镜4输出X射线照射到X射线阵列探测器1表面,由于镀层对射线的吸收,造成镀层底部,也就是X射线阵列探测器1被镀层遮住的部分,没有X射线。因此,在X射线阵列探测器6输出的X射线剂量灰度图中,能够显示出镀层的阴影,该阴影的中心就是表面十字镀层的交叉点。
步骤d.计算两个位置在X和Y方向上的偏差
在步骤b和步骤c中能够获得两个焦点,通过图像处理软件(CCD相机,型号FT-XW1000,自带CAM-MS测量软件)能够计算,并得到两个焦点在二维平面(XY平面)上的距离,该距离就是偏差。左右方向记为△x和前后方向记为△y。
步骤e.调节X和Y轴分别移动相应的偏差
根据步骤d获得的偏差,调节X荧光分析仪载物台在二维平面(XY平面)的位置。
步骤f:使X光透镜输出的焦斑中心与显微镜目镜标尺重合
重复步骤a-e,直到步骤d计算的△x偏差、△y偏差均在22μm以内。
第三组焦点重合的意义在于,将X射线的焦点置于表面十字镀层中心,即与其他中心重合,最终实现通过观察目镜十字中心就可准确判断X射线,分析的位置的目的。
实施例2
如图2-3所示,本发明还公开一种微束X射线快速定位与校准装置,其技术方案为:所述的微束X射线快速定位与校准装置包括X射线阵列探测器1、薄片基底2,X射线阵列探测器1设置于薄片基底2的底部,X射线阵列探测器1获得X射线剂量的图像信息,由于顶部有镀层,X射线无法穿透镀层,从而在X射线阵列探测器1测量得到的图像中,呈现出一个可用于判断中心的阴影。
所述的薄片基底2用于在显微镜下观察十字交叉点位置,一方面便于对正,另一方面形成阴影,便于计算焦斑偏差。并将显微镜显示区中心位置与十字交叉点位置重合。
同时,便于X射线能量探测器1中心点位置与薄片基底2的十字交叉点重合,X射线阵列探测器1用于X射线焦斑的实时显示和中心位置的计算,薄片基底2由基底和表面十字镀层3组成,表面十字镀层3设置于基底的上部。
进一步的,所述的基底的材料采用金属铍,基底的厚度为100um,选择铍的原因是其对X射线的吸收系数小,不影响X射线进入X射线阵列探测器1。
进一步的,所述的表面十字镀层3有横、竖两条,每条镀层起始于基底面一边中点,终止于另一边中点,两条镀层呈十字交叉结构。
由于X射线具有散射效应,采用十字结构,其在各个方向上造成的散射是一致的,也就是说,各个方向上由散射造成的误差是一样的。因此,可以互相抵消,利于更准确的计算出十字交叉点的中心位置。
宽度选择22um,是因为X射线阵列探测器1的成像单元像素尺寸在22um单元,刚好能够挡住1个像素的成像单元,厚度为10um,防止了X射线散射对成像精度的影响,同时镀层宽度22um,利于对显微镜的长度进行校准。
镀层厚度为10um,是要保证X射线被充分阻挡。
进一步的,所述的表面十字镀层3的宽度为22um,厚度为10um,材料采用锌,选择锌的原因是其原子序数较高,X射线吸收系数较大,能够在X射线阵列探测器1中形成暗影。
进一步的,所述的薄片基底2的下表面面积大小与X射线阵列探测器1的上表面面积大小相同,中心点同轴,交点位于基底的中心。这是由于薄片对X射线也会造成吸收,如果与X射线阵列探测器1面积大小不一致,会造成部分吸收,部分没有吸收,使得到的图像不均匀,影响结果的分析。
本发明装置提供了焦斑形状等信息的实时显示,将不可视的X射线转化为可观察的数字图像,便于存储和记录。本发明通过焦斑图像信息,计算得到X射线焦斑焦点中心位置。本发明能够得到X射线焦斑焦点、显微镜物镜视场中心点的相对位移量。可根据此位移量,快速调节焦斑位置,使之对齐。
最后说明的是,以上所述为本发明的优选实施方式,尽管通过上述优选实施例,已经对本发明进行了详细的说明,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其作出各种改变,而不偏离本发明的权利要求书所要求的的范围。
Claims (5)
1.一种微束X射线快速定位与校准装置的使用方法,其特征在于:微束X射线快速定位与校准装置包括X射线阵列探测器(1)、薄片基底(2),X射线阵列探测器(1)设置于薄片基底(2)的底部,薄片基底(2)由基底和表面十字镀层(3)组成,表面十字镀层(3)设置于基底的上部;
并且微束X射线快速定位与校准装置的使用方法包括以下步骤:
(1).第一组焦点重合;
其中,第一组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.将微束X射线快速定位与校准装置安装于X荧光分析仪载物台(7)上,将X光透镜(4)安装于X荧光分析仪载物台(7)的一侧斜上方,使X光透镜(4)与X荧光分析仪载物台(7)之间的角度呈α,将X射线能量探测器(6)安装于X荧光分析仪载物台(7)的另一侧斜上方,使X射线能量探测器(6)与X荧光分析仪载物台(7)之间的角度呈β,将显微镜设置于微束X射线快速定位与校准装置正上方;
步骤b.将带有十字标尺的显微镜目镜安装于显微镜的观察孔中,选择合适放大倍数的物镜(5),并将其安装在显微镜上,调节X荧光分析仪载物台(7)的高度,直到从目镜中观察到表面十字镀层(3)清晰的像;
步骤c.使用目镜观察两个十字图像,第一个是目镜十字标尺图像,第二个是表面十字镀层(3)的图像,水平方向调节X荧光分析仪载物台(7),使两个十字图像的交叉中心点重合;
(2).第二组焦点重合;
第二组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.开启X射线发生器的电源,开启光管高压;
步骤b.测量X射线能量探测器(6)输出能谱,并在锌元素K系特征X射线能量为8.64keV位置观察元素峰;
步骤c.调节X射线能量探测器(6)的角度β,多次重复步骤b,使锌元素K系特征X射线的元素峰面积计数率达到最大值,此时,X射线能量探测器(6)的中心就和表面十字镀层(3)的中心重合,也即和显微镜目镜标尺的中心重合;
(3).第三组焦点重合;
第三组焦点重合包括以下步骤:
步骤a.启动X射线阵列探测器(1),X射线阵列探测器(1)将测量的X射线剂量转换成二维灰度图,即椭圆焦斑灰度图;
步骤b.采用重心法计算椭圆焦斑灰度图的重心,该重心点就是X光透镜(4)输出X射线的中心,也就是X射线焦斑的中心点;
步骤c.使X光透镜(4)输出X射线照射到X射线阵列探测器(1)表面,由于镀层对射线的吸收,造成镀层底部,也就是X射线阵列探测器(1)被镀层遮住的部分,没有X射线,在X射线阵列探测器(1)输出的X射线剂量灰度图中,找到镀层的阴影,该阴影的中心就是表面十字镀层(3)的交叉点;
步骤d.在步骤b和步骤c中能够获得两个焦点,通过图像处理软件能够计算,并得到两个焦点在二维平面上的距离,该距离就是偏差,左右方向偏差记为△x和前后方向偏差记为△y;
步骤e.根据步骤d获得的偏差,调节X荧光分析仪载物台7在二维平面的位置;
步骤f.重复步骤a-e,直到步骤d计算的△x偏差、△y偏差均在22μm以内。
2.根据权利要求1所述的一种微束X射线快速定位与校准装置的使用方法,其特征在于:所述的基底的材料采用金属铍,基底的厚度为100um。
3.根据权利要求1所述的一种微束X射线快速定位与校准装置的使用方法,其特征在于:所述的表面十字镀层(3)有横、竖两条,每条镀层起始于基底面一条边的中点,终止于另一边的中点,两条镀层呈十字交叉结构,交点位于基底的中心。
4.根据权利要求3所述的一种微束X射线快速定位与校准装置的使用方法,其特征在于:所述的表面十字镀层(3)的宽度为22um,厚度为10um,材料采用锌。
5.根据权利要求1所述的一种微束X射线快速定位与校准装置的使 用方法,其特征在于:所述的薄片基底(2)的下表面面积大小与X射线阵列探测器(1)的上表面面积大小相同,中心点同心。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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