CN111665273A - 一种用于试验机与x射线光源表征联用的高低温环境箱 - Google Patents

一种用于试验机与x射线光源表征联用的高低温环境箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，属于材料检测技术领域，用于解决现有技术中持温度的装置，温度损失较大、通用性差，使用不够方便的技术问题，本发明设置的箱体两端均开设有型试验机作动轴能够通过的通道，箱体内部形成有用于放置样品的样品原点；观察窗开设于箱体侧部；以及开设在箱体相对的两个侧壁上的用于X射线入射的入射窗和用于X射线散射的散射窗；入射窗和散射窗与样品原点共线；其中，箱体开设有散射窗的侧壁形成有朝向样品原点凸起并贴近样品的凸起部；凸起部上开设有散射窗，本发明具有能够保证X射线入射光路与散射光路的畅通，温度损耗低，通用性高，使用方便的有益效果。

Description

一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱
技术领域
本发明涉及材料检测技术领域，尤其涉及一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱。
背景技术
目前，利用同步辐射X射线光源检测材料微观结构时，光路上应没有障碍物，才能保证X射线入射光路与散射(透射)光路的畅通，另外，在不同环境温度下利用X射线散射技术表征材料的微观结构，往往需要借助外部维持温度的装置来维持所需要的温度，X射线入射是一组准直的平行光，当X射线照射到实验对象上被散射，散射的X射线不再是准直的平行光，其具有一定的角度分布，尤其是广角X射线散射实验，以高分子材料为例，其有效的特征散射峰位置2θ角可达30°以上，将样品置于维持温度的装置内，被样品散射的信号往往被维持温度的装置挡住而不能被准确的探测到；
现有技术中，维持温度的装置有开放式结构和密闭式结构，两种结构存在如下缺点；
1)开放式结构的维持温度的装置，样品置于开放式的环境内，样品一侧与加热源(例如：银块)接触，加热源与样品接触的地方掏空，而样品另一面与空气接触，此种结构温度损失较大，加热温度越高或越低时，损失越大；
2)密闭式结构的维持温度的装置，多数集中在较小的单一加热装置中，此种结构虽然能保障腔体内温度，但是密闭的加热装置体积小，导致腔体内活动空间受限，不适用于大型试验设备使用，尤其是针对大型的拉伸仪、疲劳仪等力学表征设备，由于其具有一定的作动行程以及样品夹具的存在，与其配套的密闭式结构的维持温度的装置体积较大，当较大体积的密闭式结构的维持温度的装置放置于光路中，会阻挡X射线的入射以及散射信号的采集，使用不够方便，通用性差。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，能够保证X射线入射光路与散射光路的畅通，温度损耗降、通用性高，使用方便。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，包括：
箱体，其两端均开设有型试验机作动轴能够通过的通道，所述箱体内部形成有用于放置样品的样品原点；
观察窗，其开设于所述箱体侧部；以及
开设在所述箱体相对的两个侧壁上的用于X射线入射的入射窗和用于X射线散射的散射窗；
所述入射窗和所述散射窗与所述样品原点共线；
其中，所述箱体开设有所述散射窗的侧壁形成有朝向所述样品原点凸起并贴近样品的凸起部；
所述凸起部上开设有所述散射窗。
进一步的，所述凸起部在水平面上的投影呈梯形结构；
所述散射窗贯穿所述凸起部。
进一步的，所述散射窗呈锥度为不小于60°的圆锥孔。
进一步的，所述散射窗位于所述样品原点端的直径不大于20mm。
进一步的，所述散射窗位于所述样品原点端安装有聚酰亚胺薄膜。
进一步的，所述入射窗为直径不大于2mm的圆形结构的通孔。
进一步的，所述观察窗与所述入射窗和所述散射窗异面，并且所述观察窗上安装有透明玻璃板。
进一步的，所述箱体开设有进气口和排气孔；
所述箱体内部装设有风扇，用于使箱体内部空气流动、并均匀所述箱体内部的温度。
进一步的，所述箱体一侧活动连接有能够打开或关闭所述箱体的门板；
所述门板包括门板主体和形成在所述门板主体一侧并朝向所述箱体内部倾斜的门板分体；
所述门板主体开设有所述入射窗；
所述门板分体开设有所述观察窗。
进一步的，所述门板分体与所述门板主体之间的夹角为45°。
在上述技术方案中，本发明提供的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，有益效果：
1、本发明设计的箱体，箱体侧壁开设有观察窗，通过观察窗有利于外部相机实时跟踪材料服役过程中的真实宏观尺寸变化；
箱体相对的两个侧壁开设有入射窗和散射窗，箱体开设有散射窗的侧壁设置有凸起部，通过凸起部贴近样品原点减小散射窗与样品之间的距离，能够最大限度地减少X射线衍射角度的损失，方便散射信号的采集，保证X射线入射光路与散射光路的畅通，实现利用X射线散射技术在线检测材料不同温度下服役过程中的微观结构变化，同时也减小了散射窗开口尺寸，降低了箱体内部温度的损耗，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号；
2、本发明设计的凸起部在水平面上的投影呈等腰梯形结构，等腰梯形结构的上底边贴近样品原点，通过将凸起部设置成梯形结构贴近样品原点，有利减小凸起部占用箱体内部空间，满足不同型号的试验机使用，提高该环境箱通用性、使用方便；
3、本发明设计的散射窗为圆锥孔，圆锥孔的锥度为不小于60°，即满足高分子材料散射峰位置2θ角可达30°以上的散射信号采集，同时也适用于具有小于30°特征散射角的材料的X射线散射实验，进一步提高了该试验箱的通用性、使用方便，其次，散射窗安装有聚酰亚胺薄膜，通过聚酰亚胺薄膜阻挡箱体内部温度流失，进一步降低了箱体内部温度的损耗，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明公开的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱的俯视全剖视图；
图2是本发明公开的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱的整体结构示意图；
图3是本发明公开的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱的主视全抛轴测图；
图4是本发明公开的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱的俯视全抛轴测图；
图5是本发明公开的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱的俯视图；
图6是图5的轴测图。
附图标记说明：
1、箱体；2、观察窗；3、入射窗；4、散射窗；5、门板；6、样品原点；
101、通道；102、凸起部；103、进气口；104、排气孔；
201、玻璃板；
501、门板主体；502、门板分体。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1所示；
发明一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，包括：
箱体1，其两端均开设有型试验机作动轴能够通过的通道101，箱体1内部形成有用于放置样品的样品原点6；
观察窗2，其开设于箱体1侧部；以及
开设在箱体1相对的两个侧壁上的用于X射线入射的入射窗3和用于X射线散射的散射窗4；
入射窗3和散射窗4与样品原点6共线；
其中，箱体1开设有散射窗4的侧壁形成有朝向样品原点6凸起并贴近样品的凸起部102；
凸起部102上开设有散射窗4。
具体的，参见图2所示，该结构中箱体1上下两端均开设有通道101，箱体1内部形成有样品原点6，在样品原点6位置放置样品，箱体1侧部开设有观察窗2、入射窗3、散射窗4，入射窗3和散射窗4与样品原点6形成在同一条直线上，观察窗2与入射窗3和散射窗4异面，且观察窗2与样品原点6处于同一水平面上，便于相机从观察窗2实时跟踪材料服役过程中的真实宏观尺寸变化；
试验时，试验机作动轴通过通道101伸入箱体1内部、并通过夹具从样品的两端夹持样品(样品以及样品夹具均置于箱体1内部)，型试验机为现有技术中的多功能型试验机，具体型号为英斯特朗公司生产的E1000；
参见图5、6所示，箱体1位于开设散射窗4的侧壁上开设有进气口103和排气孔104，进气口103与外部现有技术中温控设备连通，温控设备通过进气口103向箱体1内部输入冷空气或热空气，排气孔104与大气连通、并保证箱体1内空气外流，温控设备可以使该环境箱控温范围为-50°至300℃，温度控制精度不大于1℃，温度控制方式通过PID调节，制冷以液氮为媒介，箱体1内部还装设有风扇，通过风扇使箱体1内部空气流动、并均匀箱体内部的温度。
参见图1所示，在检监测材料在箱体1内部服役过程时，通过观察窗2可以宏观采集材料服役过程中的照片，X射线光源形成的准直的平行光从入射窗3入射至箱体1内，并直接照射在样品上被散射，散射的X射线形成具有一定的角度分布并从散射窗4射出；
该结构中试验箱箱体1位于开设散射窗4的侧壁上布设有凸起部102，凸起部102朝向样品原点6凸起并贴近样品，凸起部102上开设有散射窗4，通过凸起部102减小散射窗4与样品之间的距离，能够最大限度地减少X射线衍射角度的损失，避免箱体1遮挡被样品散射的X射线散射信号，方便散射信号的采集，保证X射线入射光路与散射光路的畅通；
另外，通过凸起部102减小散射窗4与样品之间的距离，减小了散射窗4开口尺寸，降低了箱体1内部温度的损耗，也避免了在箱体1上开设较大的散射窗4，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号，节约试验时间、提高了试验效率；
参见图3、4所示；
优选的，凸起部102在水平面上的投影呈梯形结构；散射窗4贯穿凸起部102。
具体的，参见图1所示，凸起部102在水平面上的投影呈等腰梯形结构，等腰梯形结构的上底边贴近样品原点6，并且，凸起部102上开设的散射窗4与入射窗3和样品原点6形成在同一条直线上，该结构中，通过将凸起部102设置成梯形结构，有利减小凸起部102占用箱体1内部空间，满足不同型号的试验机使用，提高该环境箱通用性、使用方便；
参见图3、4所示；
优选的，散射窗4呈锥度为不小于60°的圆锥孔。散射窗4位于样品原点端的直径不大于20mm。
具体的，参见图1所示，该结构中散射窗4为圆锥孔，圆锥孔的横截面积逐渐缩小地贴近样品原点6，圆锥孔锥度为不小于60°的圆锥孔，并且以入射窗3、样品原点6和散射窗4三点形成的直线为中心线左右对称，满足高分子材料散射峰位置2θ角可达30°以上的散射信号采集，有效保证了X射线入射光路与散射光路的畅通，同时也适用于具有小于30°特征散射角的材料的X射线散射实验，进一步提高了该试验箱的通用性、使用方便，并且，优选的，散射窗4位于样品原点端安装有聚酰亚胺薄膜。通过聚酰亚胺薄膜阻挡箱体1内部温度流失，进一步降低了箱体1内部温度的损耗，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号；
优选的，入射窗3为直径不大于2mm的圆形结构的通孔。
具体的，根据入射X射线光斑比较小的特性，而且是一组准直的平行光，所以将入射窗3设置为直径不大于2mm的圆形结构的通孔即可满足X射线入射条件，通过将入射窗3设置为直径不大于2mm的圆形结构的通孔，入射窗3对箱体1内部温度的损失可以忽略。
参见图1所示；
优选的，观察窗2与入射窗3和散射窗4异面，并且观察窗2上安装有透明玻璃板201。
具体的，箱体1侧壁开设有观察窗2，观察窗2与入射窗3和散射窗4均不在同一侧壁上，方便相机拍摄样品形变过程中的宏观照片，并且，观察窗2上安装有透明玻璃板201，进一步降低了箱体1内部温度的损耗，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号；
参见图1所示；
优选的，箱体1一侧活动连接有能够打开或关闭箱体1的门板5；门板5包括门板主体501和形成在门板主体501一侧并朝向箱体1内部倾斜的门板分体502；门板主体501开设有入射窗3；门板分体502开设有观察窗2。优选的，门板分体502与门板主体501之间的夹角为45°。
具体的，门板5包括门板主体501和门板分体502，门板主体501开设有入射窗3，门板分体502开设有观察窗2，门板分体502与门板主体501之间的夹角为45°，门板分体502远离门板主体501侧通过转轴与箱体1旋转连接，使用时，搬动门板主体501，门板分体502围绕转轴旋转打开箱体1，该结构通过门板5打开箱体1，方便安装样品；
在上述技术方案中，本发明提供的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱；
有益效果：
1、本发明设计的箱体，箱体侧壁开设有观察窗，通过观察窗有利于外部相机实时跟踪材料服役过程中的真实宏观尺寸变化；
箱体相对的两个侧壁开设有入射窗和散射窗，箱体开设有散射窗的侧壁设置有凸起部，通过凸起部贴近样品原点减小散射窗与样品之间的距离，能够最大限度地减少X射线衍射角度的损失，方便散射信号的采集，保证X射线入射光路与散射光路的畅通，实现利用X射线散射技术在线检测材料不同温度下服役过程中的微观结构变化，同时也减小了散射窗开口尺寸，降低了箱体内部温度的损耗，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号；
2、本发明设计的凸起部在水平面上的投影呈等腰梯形结构，等腰梯形结构的上底边贴近样品原点，通过将凸起部设置成梯形结构贴近样品原点，有利减小凸起部占用箱体内部空间，满足不同型号的试验机使用，提高该环境箱通用性、使用方便；
3、本发明设计的散射窗为圆锥孔，圆锥孔的锥度为不小于60°，即满足高分子材料散射峰位置2θ角可达30°以上的散射信号采集，同时也适用于具有小于30°特征散射角的材料的X射线散射实验，进一步提高了该试验箱的通用性、使用方便，其次，散射窗安装有聚酰亚胺薄膜，通过聚酰亚胺薄膜阻挡箱体内部温度流失，进一步降低了箱体内部温度的损耗，有效地保障了在不同温度下成功采集样品散射信号。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于，包括：
箱体(1)，其两端均开设有试验机作动轴能够通过的通道(101)，所述箱体(1)内部形成有用于放置样品的样品原点(6)；
观察窗(2)，其开设于所述箱体(1)侧部；以及
开设在所述箱体(1)相对的两个侧壁上的用于X射线入射的入射窗(3)和用于X射线散射的散射窗(4)；
所述入射窗(3)和所述散射窗(4)与所述样品原点(6)共线；
其中，所述箱体(1)开设有所述散射窗(4)的侧壁形成有朝向所述样品原点(6)凸起并贴近样品的凸起部(102)；
所述凸起部(102)上开设有所述散射窗(4)。
2.根据权利要求1所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述凸起部(102)在水平面上的投影呈梯形结构；
所述散射窗(4)贯穿所述凸起部(102)。
3.根据权利要求2所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述散射窗(4)呈锥度为不小于60°的圆锥孔。
4.根据权利要求3所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述散射窗(4)位于所述样品原点端的直径不大于20mm。
5.根据权利要求4所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述散射窗(4)位于所述样品原点端安装有聚酰亚胺薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述入射窗(3)为直径不大于2mm的圆形结构的通孔。
7.根据权利要求1所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述观察窗(2)与所述入射窗(3)和所述散射窗(4)异面，并且所述观察窗(2)上安装有透明玻璃板(201)。
8.根据权利要求1所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述箱体(1)开设有进气口(103)和排气孔(104)；
所述箱体(1)内部装设有风扇，用于使箱体(1)内部空气流动、并均匀所述箱体(1)内部的温度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述箱体(1)一侧活动连接有能够打开或关闭所述箱体(1)的门板(5)；
所述门板(5)包括门板主体(501)和形成在所述门板主体(501)一侧并朝向所述箱体(1)内部倾斜的门板分体(502)；
所述门板主体(501)开设有所述入射窗(3)；
所述门板分体(502)开设有所述观察窗(2)。
10.根据权利要求9所述的一种用于试验机与X射线光源表征联用的高低温环境箱，其特征在于；
所述门板分体(502)与所述门板主体(501)之间的夹角为45°。
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