[发明专利]一种冷中子三轴谱仪的样品散射平面的调整装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及中子散射技术领域，特别是关于一种冷中子三轴谱仪(cold neutron triple axis spectrometer)的样品散射平面的调整装置及方法。

背景技术

中子散射技术是通过不同类型的中子散射谱仪来充分实现的。中子散射遵循倒格矢空间的Ewald球，满足其中，为入射中子束矢量，为出射中子束矢量，为散射波矢。通过改变和的大小以及的方向，可以测得及形成的平面内的不同大小及方向的散射波矢所有可测得的组成的平面称为散射平面。对于冷中子三轴谱仪，和都是水平面内的矢量，所以也一定位于水平面内，这就是说只能测到水平面内的散射波矢，因此样品需放置于样品台并且使得我们感兴趣的散射平面处于入射中子束和出射中子束形成的水平面内，从而进行相关物理量的测量。样品的散射平面通常由两个倒格矢确定，这两个倒格矢一般为所测样品的晶向。

国内首台冷中子三轴谱仪搭建在中国工程研究院的反应堆的冷中子束线上，和国际上现有的冷中子三轴谱仪的样品台一样，提供两个绕z轴回转的θ旋转台和2θ旋转台，在样品台上再安装两个倾斜台，就样品散射平面的调整来说缺乏精确性、高效性，导致样品首次放置于样品台上的两个倾斜台后，需要到样品台附近凭借经验进行多次地手动调整或重新固定样品，逐渐地把样品的散射平面调整到可接受的误差范围内，这样既浪费了大量的中子束流时间，又使得实验人员多次暴露在残余的辐射环境中。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够精确、高效地确定样品的散射平面的冷中子三轴谱仪的样品散射平面的调整装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种冷中子三轴谱仪的样品散射平面的调整装置，其特征在于：它包括一旋转台、一升降台、一上部倾斜台、一下部倾斜台、四圆柱销、一圆形支撑板和一上位机；所述旋转台包括旋转台面固定座、旋转台面、第一转动机构、第一步进电机和第一编码器；所述旋转台面固定座的顶部通过所述第一转动机构固定连接所述旋转台面，所述旋转台面的顶部中心设置有一用于固定样品架的安装孔；所述第一转动机构的输入端连接所述第一步进电机的输出端，所述第一步进电机转动带动所述第一转动机构转动，进而带动所述旋转台面及安装在其上的样品架做旋转运动；所述第一编码器固定安装在所述第一步进电机尾部的转轴上用于测量所述第一步进电机的转动角度，并将测量的转动角度通过电缆线发送给所述上位机；另外，所述旋转台面固定座的底部中心还设置有一连接用销孔；所述升降台包括升降台面固定座、升降台面、升降机构、第二步进电机和第二编码器；所述升降台面固定座的顶部通过所述升降机构连接所述升降台面，所述升降机构的输入端连接所述第二步进电机的输出端，所述第二步进电机转动带动所述升降机构上下运动；所述第二编码器固定安装在所述第二步进电机尾部的转轴上用于测量所述第二步进电机的转动角度，并将测量的转动角度通过电缆线发送给所述上位机；另外，所述升降台面的顶部中心还设置有一用于与所述旋转台面固定座的底部中心连接用销孔进行销接的销孔；使用时，通过所述圆柱销将所述旋转台面固定座固定在所述升降台面上；所述升降台面固定座的底部中心设置有一连接用销孔；所述上部倾斜台包括上部倾斜弧形台面固定座、上部倾斜弧形台面、第二转动机构、第三步进电机和第三编码器；所述上部倾斜弧形台面固定座的顶部设置有横向弧形轨道，所述上部倾斜弧形台面底部设置有与所述横向弧形轨道相匹配的弧形突起结构，所述上部倾斜弧形台面通过所述第二转动机构安装在所述上部倾斜弧形台面固定座的顶部，所述第二转动机构的输入端连接所述第三步进电机的输出端，所述第三步进电机转动带动所述第二转动机构转动，使所述上部倾斜弧形台面沿所述上部倾斜弧形台面固定座的所述横向弧形轨道进行转动，所述第三编码器固定安装在所述第三步进电机尾部的转轴上用于测量所述第三步进电机的转动角度，并将测量的转动角度通过电缆线发送给所述上位机；另外，所述上部倾斜弧形台面的顶部设置有一用于与所述升降台面固定座底部中心连接用销孔进行销接的销孔；使用时，通过所述圆柱销将所述升降台面固定座固定在所述上部倾斜弧形台面上；所述上部倾斜弧形台面固定座的底部中心设置有一连接用销孔；所述下部倾斜台包括下部倾斜弧形台面固定座、下部倾斜弧形台面、第三转动机构、第四步进电机和第四编码器；所述下部倾斜弧形台面固定座的顶部设置有纵向弧形轨道，所述下部倾斜弧形台面底部设置有与所述纵向弧形轨道相匹配的弧形突起结构，所述下部倾斜弧形台面通过所述第三转动机构安装在所述下部倾斜弧形台面固定座的顶部，所述第三转动机构的输入端连接所述第四步进电机的输出端，所述第四步进电机转动带动所述第三转动机构转动，使所述下部倾斜弧形台面沿所述下部倾斜弧形台面固定座的所述纵向弧形轨道进行转动，所述第四编码器固定安装在所述第四步进电机尾部的转轴上用于测量所述第四步进电机的转动角度，并将测量的转动角度通过电缆线发送给所述上位机，另外，所述下部倾斜台的回转中心与所述下部倾斜弧形台面之间的垂直距离等于所述上部倾斜台的高度与所述上部倾斜弧形台面到所述上部倾斜台的回转轴线的垂直距离之和，所述下部倾斜弧形台面的顶部中心设置有一用于与所述上部倾斜弧形台面固定座的底部中心连接用销孔进行销接的销孔；使用时，通过所述圆柱销将所述上部倾斜弧形台面固定座固定在所述下部倾斜弧形台面上；所述下部倾斜弧形台面固定座的底部中心设置有一连接用销孔；所述圆形支撑板的顶部设置有一用于与所述下部倾斜弧形台面固定座底部中心连接用销孔进行销接的销孔；使用时，通过所述圆柱销将所述下部倾斜弧形台面固定座固定在所述圆形支撑板上；所述圆形支撑板的底部设置有用于实现与冷中子三轴谱仪的样品台的中心定位和固定的定位圆柱销孔和螺纹孔；所述上位机根据接收到的所述第一步进电机的转动角度计算所述旋转台面的实际转动角度，根据接收到的所述第二步进电机的转动角度计算所述升降台面的实际上升或下降量，根据所述第三步进电机的转动角度计算所述上部倾斜弧形台面的实际横向转动角度，根据接收到的所述第四步进电机的转动角度计算所述下部倾斜弧形台面的实际纵向转动角度，判断所述旋转台面、升降台面、上部倾斜弧形台面、下部倾斜弧形台面是否运动到位，如果运动不到位，则控制所述第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机继续转动；如果运动到位，则控制所述第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机停止转动。