一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统

摘要

本发明涉及一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统，其包括：一用于供样品安装于其上的样品台；一用于采集由同步辐射X射线照射在所述样品上所产生的X射线衍射信号的探测器；一与所述探测器连接的从控制器；以及一连接在所述样品台与所述从控制器之间的主控制器。本发明通过主控制器一方面可以调节所述样品台对样品的拉伸长度，另一方面又可根据样品台的实时拉伸长度向从控制器输出相应的控制指令，从而实现样品台与探测器之间的联动，即，在样品台的连续拉伸过程中，可按照设置的一系列不同的采集长度点自动启动探测器采集X射线衍射信号，进而实现了在样品被快速拉伸条件下，自动、快速、准确地采集X射线衍射信号的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统。

背景技术

同步辐射具有比常规X射线光源高10⁴以上量级的强度，故对物质结构 的测试时间可大大缩短。上海光源衍射光束线站在目前国内三大同步辐射装 置通用衍射散射线站中具有最高的强度，达到2x10¹²photo/s的光子通量，适 合对样品进行时间分辨测试。

一些高分子材料(如橡胶材料等)的特点是：在拉伸过程中具有较快相 变，且其演化过程可能跟拉伸速率密切相关。因此，对其进行X射线衍射测 试的时间需达到秒量级，甚至更短才能跟踪其相变演化过程。目前这类实验 的通常做法是手动操作，即，操纵和观察样品的拉伸长度，在达到一定长度 时停止拉伸(保持长度)，同时手动启动探测器曝光，采集数据完成后，继续 拉伸，不断重复上述过程。这种方法对于拉伸相变不太快的实验尚可应付， 而对于快速相变实验则无法进行。

鉴于上述情况，目前需要对研发一种测试系统，以满足用于高分子材料 的快速相变实验的需求。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种用于同步辐射X 射线衍射测试的联动系统，以在同步辐射X射线衍射测试过程中实现样品台 对样品的连续拉伸以及与探测器数据采集的联动，进而实现快速测试的目的。

本发明所述的一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统，其包括：

一用于供样品安装于其上的样品台；

一用于采集由同步辐射X射线照射在所述样品上所产生的X射线衍射信 号的探测器；

一与所述探测器连接的从控制器；以及

一连接在所述样品台与所述从控制器之间的主控制器，其一方面控制所 述样品台根据预设的目标拉伸长度连续拉伸所述样品，其另一方面控制所述 从控制器在所述样品台的实时拉伸长度分别达到预设的多个采集长度点时驱 动所述探测器采集所述X射线衍射信号。

在上述的用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统中，所述主控制器包 括：

一用于提供控制参数的参数设置模块，所述控制参数包括：拉伸速率、 所述目标拉伸长度、所述多个采集长度点以及采集时间；

一与所述样品台连接的长度调节模块；以及

一连接在所述参数设置模块与所述长度调节模块之间、并与所述从控制 器连接的控制模块，其一方面控制所述样品台按所述拉伸速率连续拉伸所述 样品直至达到所述目标拉伸长度，其另一方面控制所述从控制器在所述样品 台的实时拉伸长度分别达到所述多个采集长度点时驱动所述探测器在所述采 集时间内连续采集所述X射线衍射信号。

在上述的用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统中，所述样品台包括：

一与所述主控制器连接的步进马达；

一由所述步进马达驱动的转轴；

两个螺纹连接在所述转轴上并随着该转轴的转动彼此反向滑动的滑块； 以及

两个分别安装在所述两个滑块上的夹具；

其中，所述样品夹设在所述两个夹具之间。

在上述的用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统中，所述探测器为 CCD探测器。

由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过主控制器一方面可以调节 所述样品台对样品的拉伸长度，另一方面又可根据样品台的实时拉伸长度向 从控制器输出相应的控制指令，从而实现样品台与探测器之间的联动，即， 在样品台的连续拉伸过程中，可按照设置的一系列不同的采集长度点自动启 动探测器采集X射线衍射信号，进而实现了在样品被快速拉伸条件下，自动、 快速、准确地采集X射线衍射信号的目的。

附图说明

图1是本发明一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统的结构示意 图；

图2是本发明中样品台的结构示意图；

图3是本发明一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统的原理框图；

图4是本发明中主控器的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

请参见图1-3，本发明，即一种用于同步辐射X射线衍射测试的联动系统， 其包括：样品台1、探测器2、主控制器3以及从控制器4。

样品台1用于供样品5安装于其上。在本实施例中，样品台1具体包括：

与主控制器3连接的步进马达11；

由步进马达11驱动的转轴12；

两个螺纹连接在转轴12上并随着该转轴12的转动彼此反向滑动的滑块 13(即，两个滑块13的安装螺纹方向相反，当步进马达11驱动转轴12转动 时，两个滑块13往相反的方向移动)；以及

两个分别安装在两个滑块13上的夹具14；

其中，样品5夹设在两个夹具14之间；由此随着步进马达11的驱动， 夹具14中的样品5向两端被等距离地拉伸，从而保证了样品5的中心位置(同 步辐射X射线照射在样品上的光斑点)保持不变。

在本实施例中，样品台1的拉伸速率为5-50mm/分连续可调，拉伸长度 的范围为0-120mm，最大拉力为200N，其拉伸速率和拉伸长度通过主控制器 3精确调控。

探测器2用于采集由同步辐射X射线照射在样品5上所产生的X射线衍 射信号；在本实施例中，探测器2优选采用MarCCDMX-225He探测器，其 探测面积为直径225mm，最大像素点为3072x3072，对应的空间分辨率为 73mm，动态范围为2¹⁶，读出时间约为1秒。

从控制器4与探测器2连接，作为探测器2的专用控制器，相当于客户 机，其用于驱动探测器2执行其采集操作。

主控制器3连接在样品台1与从控制器4之间，相当于服务器，其一方 面控制样品台1根据预设的目标拉伸长度连续拉伸样品5，其另一方面控制从 控制器4在样品台1的实时拉伸长度分别达到预设的多个采集长度点时驱动 探测器2采集X射线衍射信号(即，主控制器3在样品台1的实时拉伸长度 分别达到预设的多个采集长度点时，调用从控制器4中的对于探测器2的控 制程序)。在本实施例中，主控制器3具体包括：

用于提供控制参数的参数设置模块31，该控制参数包括：样品台1的拉 伸速率V和目标拉伸长度Lo，以及探测器2的多个采集长度点L1、L2、L3… Ln(n为自然数)和采集时间Tc；

与样品台1(尤其是步进马达11)连接的长度调节模块32；以及

连接在参数设置模块31与长度调节模块32之间、并与从控制器4连接 的控制模块33，其一方面控制样品台1按拉伸速率V连续拉伸样品5直至达 到目标拉伸长度Lo，其另一方面控制从控制器4在样品台1的实时拉伸长度 Lr分别达到多个采集长度点L1、L2、L3…Ln(n为自然数)时驱动探测器2 在采集时间Tc内连续采集X射线衍射信号。

本发明基于Linux操作系统的EPICS(实验物理及工业控制系统)软件编 写主控制器3中的控制程序。EPICS采用分布式结构，可以通过服务器(即 主控制器3)中的拉伸控制程序调用客户机(即从控制器4)中的探测器数据 采集程序。主控制器3中的控制程序的流程如图4所示：首先，设置样品台1 的拉伸速率V和目标拉伸长度Lo、以及探测器2的一系列采集长度点L1、 L2、L3…Ln和采集时间Tc；其次，按拉伸速率V调节样品台1的拉伸长度 (即，使样品台1不断拉伸样品5)；当样品台1的实时拉伸长度Lr与前述采 集长度点L1、L2、L3…Ln中的其中一个相同时，通过从控制器4驱动探测 器2采集X射线衍射信号；最后，判断样品台1的拉伸长度是否达到目标拉 伸长度Lo，如果达到则结束，否则继续调节样品台1的拉伸长度。

综上所述，本发明通过主控制器将样品台的拉伸与探测器的采集动作结 合起来，实现两者之间的联动，即，在样品台连续拉伸过程中按照设置的一 系列不同采集长度点自动控制探测器动作以采集X射线衍射信号，从而实现 在样品被快速拉伸条件下自动、快速、准确地采集X射线衍射信号。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围， 本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要 求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利 要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。