探测器真空标定装置的制作方法

1.本发明涉及探测器标定技术领域，特别是涉及一种探测器真空标定装置。


背景技术：

2.自20世纪90年代起，国内软x射线光学方面的应用也在突飞猛进地发展,如：icf软x射线探测器标定、软x光学元件及光学系统的研制、空间天文软x射线光学观察系统和软x射线的农作物辐照等。然而，当时国内没有任何软x光学测量分析手段，与快速发展的软x光学相差甚远，因此要求在国内建造软x射线测量装置的呼声越来越高，软x射线计量建立的标准也是大势所趋。
3.为此于中国计量科学研究院，在2020年搭建了单能软x射线测量装置，该装置主要包括5个部分：旋转平台、晶体单色器、x光源、光栅单色器、真空仓，总的可以实现(0.5～5)kev单能x射线。在搭建完软x射线测量装置后，还需要搭建探测器标定平台，为之后的卫星主探测器和需要标定的x射线探测器进行测试。
4.由于(0.5～5)kev软x射线的穿透力很差，即使在很短的距离也会造成大量的光子在途中损失，所以x射线探测的标定工需要在真空环境中进行。但是，现有的探测器标定装置，待标定探测器的位置固定不变，x射线束可能偏移待标定探测器的探头，导致探测器的标定结果产生误差。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有的探测器标定装置，待标定探测器的位置固定不变，导致探测器的标定结果产生误差的问题，提供一种探测器真空标定装置。
6.一种探测器真空标定装置，包括：
7.支架；
8.真空舱，安装于所述支架上，所述真空舱设有腔体和与所述腔体连通的射线入口和射线出口，所述射线入口和所述射线出口构成x射线的光路径；
9.抽真空机构，与所述真空舱连接，用于对所述腔体进行抽真空；及
10.平移台，设于所述真空舱内，所述平移台包括移动平台和设置于所述移动平台上用于承载待标定探测器的工作台，所述移动平台驱动所述工作台在垂直所述光路径的二维平面内运动，以使所述待标定探测器的探头位于所述射线入口和射线出口形成的光路径上。
11.上述探测器真空标定装置，首先通过真空舱外的cod探测器确定x射线束流的能量与注量大小，然后将射线入口与x射线设备连接，射线出口与标准探测器连接。抽真空机构对真空舱内的腔体进行抽真空，然后使x射线从射线入口入射到真空舱内，移动平台驱动工作台在二维平面内运动，使待标定探测器的探头位于x射线的光路上，实现待标定探测器的真空标定测试。上述探测器真空标定装置，移动平台可以驱动工作台在垂直光路径的二维平面内运动，可以保证x射线束打到待标定探测器的探头上，保证探测器的标定结果准确。
12.在其中一个实施例中，所述移动平台包括固定架、升降运动组件和水平运动组件，所述固定架安装于所述真空舱的内壁上，所述升降运动组件安装于所述固定架内，所述水平运动组件安装于所述升降运动组件上，所述工作台安装于所述水平运动组件上。
13.在其中一个实施例中，所述升降运动组件包括绞轴、绞盘、钢带、升降杆及第一动力源，所述绞轴可转动地安装于所述固定架上，所述升降杆滑动穿设于所述固定架上，所述绞盘安装于所述绞轴上，所述钢带卷绕在所述绞盘上，且所述钢带与所述升降杆连接，所述第一动力源与所述绞轴连接以驱动所述绞轴转动。
14.在其中一个实施例中，所述升降组件还包括导向轮，所述导向轮安装于所述固定架上，从所述绞盘穿出的钢带绕过所述导向轮与所述升降杆连接。
15.在其中一个实施例中，所述升降组件还包括串联的蜗轮蜗杆减速器及行星减速器，所述第一动力源与所述蜗轮蜗杆减速器的输入端连接，所述行星减速器的输出端与所述绞轴连接。
16.在其中一个实施例中，所述水平运动组件包括承载框、丝杆、连接块及第二动力源，所述承载框安装于所述升降杆上，所述丝杆可转动地设置于所述承载框上，所述连接块螺合在所述丝杆上，所述工作台安装于所述连接块上。
17.在其中一个实施例中，还包括导热板，所述导热板安装于所述工作台上以承载所述待标定探测器，所述导热板内设有供冷却液流动的流道。
18.在其中一个实施例中，所述真空舱包括舱体、前盖及后盖，所述腔体开设于所述舱体上，所述后盖与所述舱体的一端密封连接，所述前盖盖合在所述舱体的另一端，且所述前盖和所述舱体通过门轴铰接。
19.在其中一个实施例中，所述门轴包括安装块、固定块、连接杆、调节块及锁定件，所述安装块安装于所述舱体上，所述固定块安装于所述前盖上，所述固定块上设有调节槽，所述调节块活动安装于所述调节槽内，所述连接杆连接所述安装块和所述调节块，所述锁定件安装于所述固定块上用于固定所述调节块在所述调节槽内的位置。
20.在其中一个实施例中，所述真空舱上安装有用于分级探测所述真空舱内真空度的监测设备。
附图说明
21.图1为本发明探测器真空标定装置一实施例的结构示意图；
22.图2为图1所示探测器真空标定装置的剖视图；
23.图3为图1中真空罐的结构示意图；
24.图4为图3中门轴的结构示意图；
25.图5为图4所示门轴另一视角的结构示意图；
26.图6为图2中移动平台的结构示意图；
27.图7为图6中升降运动组件的结构示意图。
28.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
29.10、支架；12、支脚；14、固定座；20、真空舱；201、腔体，202、射线入口；203、射线出口；21、舱体；22、前盖；222、视镜；23、后盖；24、门轴；241、安装块；242、固定块；2421、调节槽；243、连接杆；244、调节块；245、锁定件；246、调节杆；247、中间块；248、弹性件；25、卡扣；
26、波纹管；27、破空阀；28、监测设备；281、真空规；282、变送器；30、抽真空机构；32、罗茨干泵；34、分子泵；40、平移台；42、移动平台；421、固定架；422、升降运动组件；4221、绞轴；4222、绞盘；4223、钢带；4224、升降杆；4225、第一动力源；4226、导向轮；4227、蜗轮蜗杆减速器；4228、行星减速器；423、水平运动组件；4231、承载框；4232、丝杆；4233、第二动力源；44、工作台；46、导热板；48、滑动组件；51、抱箍；52、夹片；53、轮座。
具体实施方式
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
31.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
32.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
33.请参阅图1及图2，在一实施例中，一种探测器真空标定装置，包括支架10、真空舱20、抽真空机构30及平移台40。其中，真空舱20安装于支架10上，抽真空机构30对真空舱20进行抽真空，平移台40安装于真空舱20内，以调整待标定探测器在真空舱20内的位置。
34.在一实施方式中，为了保证整个装置试验过程中的稳定性，支架10的底部设有支脚12。具体地，支架10为矩形，支脚12的数量为四个，四个支脚12分别布置于支架10的四个角处。
35.真空舱20用于实现真空标定的环境。真空舱20设有腔体201，真空舱20还设有射线入口202和射线出口203，射线入口202和射线出口203与腔体201导通。其中，射线入口202用于与x射线设备连接，而射线出口203用于连接标准探测器，射线入口202和射线出口203构成x射线的光路径。在标定试验中，x射线经射线入口202入射到真空舱20内，然后经射线出口203出射到标准探测器上。
36.在一实施方式中，真空舱20采用304不锈钢制成，以保证真空舱20具有足够的强度，以满足试验过程中真空度的要求。本实施方式中，标定实验时真空舱20内的真空度保持在10-6
pa。真空舱20呈圆柱形，射线入口202和射线出口203位于真空舱20的同一径向上。为了便于圆柱形真空舱20的安装，真空舱20通过固定座14安装于支架10上。
37.请一并参阅图3，在一实施方式中，真空舱20包括舱体21、前盖22和后盖23。其中，真空舱20由三部分组成，可以便于真空舱20的制造，以及可以增加真空舱20的长度。例如，真空舱20三部分的尺寸可以为舱体21长850mm，前盖22和后盖23长约300mm。
38.具体地，舱体21为真空舱20的主体部分，腔体201、射线入口202和射线出口203均布置在舱体21上。后盖23与舱体21的一端密封连接。一实施方式中，后盖23与舱体21采用高
强螺栓密封连接。
39.前盖22盖合在舱体21的另一端，且前盖22和舱体21通过门轴24铰接，以便于前盖22开启投入试验仪器和实验物料。进一步地，前盖22上设有显露真空舱20内的视镜222，可以方便观察试验进行的过程。舱体21和前盖22通过卡扣25可拆卸扣合，以保证前盖22对舱体21开口的密封。
40.请一并参阅图4及图5，在上述实施例的基础上，进一步地，门轴24包括安装块241、固定块242、连接杆243、调节块244及锁定件245。安装块241安装于舱体21上，固定块242安装于前盖22上，固定块242上开设有调节槽2421，调节块244安装于调节槽2421内，调节槽2421的尺寸大于调节块244的尺寸，以使调节块244可以在调节槽2421内自由活动。连接杆243连接安装块241和调节块244，锁定件245安装于固定块242上，锁定件245用于固定调节块244在调节槽2421内的位置。
41.其中，调节块244由于可以在调节槽2421内自由活动，因此可以通过调节调节块244的位置，进而实现调节前盖22上下左右的位置，以保证前盖22完全密封舱体21的开口。在一实施方式中，锁定件245为螺钉，多组锁定件245螺纹在固定块242上，且锁定件245伸入到调节槽2421内与调节块244连接，进而实现定位调节块244在调节槽2421内的位置。
42.在上述实施例的基础上，进一步地，门轴24还包括调节杆246、中间块247及弹性件248。中间块247设于调节杆246的一端，调节杆246的另一端螺合在安装块241上，弹性件248套设于调节杆246上，且弹性件248的两端分别抵接安装块241和中间块247，而连接杆243转动安装于中间块247上。通过旋转调节杆246，以调节中间块247在真空舱20的轴向位置，进而可以调节前盖22在真空舱20的轴向位置，保证前盖22完全密封舱体21的开口。具体地，弹性件248可以为弹簧。
43.请再次参阅图1-图3，在一实施方式中，真空舱20的射线入口202安装有波纹管26，波纹管26能够使真空舱20能够小范围的移动，保证射线打在预定的位置。真空舱20上还安装有破空阀27，在实验后通过打开破空阀27向真空舱20内放入气体，使真空罐内外气压平衡。具体地，破空阀27安装于真空舱20的舱体21上。
44.在一实施方式中，真空舱20上安装有用于分级探测真空舱20内真空度的监测设备28，以显示真空舱20内的真空度。具体地，真空度的监测设备28有两个，分别为真空规281和变送器282，安装于真空舱20舱体21的顶部。其中真空规281和变送器282具有不同的量程，分别是1000mbar～1e-3mbar和1e-2mbar～1e-8mba，保证真空舱20内真空度监测准确。
45.抽真空机构30与真空舱20连接，用于对真空舱20的腔体201进行抽真空。在一实施方式中，抽真空机构30包括一台多级罗茨干泵32和一台分子泵34，两台真空泵共同实现真空舱20的抽真空，实现真空舱20真空度的要求。抽真空时，首先启动罗茨干泵32，真空舱20内达到100pa时分子泵34启动。
46.平移台40包括移动平台42和工作台44，移动平台42安装于真空舱20内，工作台44安装于移动平台42上，其中待标定探测器安装于工作台44上。移动平台42可以驱动工作台44在二维平面内运动，且该二维平面与x射线的光路径垂直，以使待标定探测器的探头位于射线入口202和射线出口203形成的光路径上，保证标定结果的准确。
47.请参阅图6及图7，在一实施方式中，移动平台42包括固定架421、升降运动组件422和水平运动组件423。固定架421安装于真空舱20的内壁上。具体地，固定架421安装于舱体
21的内壁上。升降运动组件422安装于固定架421内，水平运动组件423安装于升降运动组件422上，工作台44安装于水平运动组件423上。
48.其中，升降运动组件422可以驱动水平运动组件423与工作台44在真空舱20内上下升降，水平运动组件423可以驱动工作台44在真空舱20内水平运动，进而可以实现待标定探测器在二维平面内的运动。
49.在上述实施例的基础上，进一步地，升降运动组件422包括绞轴4221、绞盘4222、钢带4223、升降杆4224及第一动力源4225。绞轴4221可转动地安装于固定架421上，升降杆4224滑动穿设于固定架421上，绞盘4222安装于绞轴4221上，钢带4223卷绕在绞盘4222上，且钢带4223与升降杆4224连接，第一动力源4225与绞轴4221连接以驱动绞轴4221转动。
50.其中，第一动力源4225驱动绞轴4221转动，绞轴4221的转动可以带动绞盘4222旋转，实现收放钢带4223，进而使钢带4223拉动升降杆4224上升或者下降。在本实施方式中，通过绞盘4222和钢带4223实现升降的方式，相对其他可以实现升降的方式，释放气体较少，可以避免影响真空舱20内的真空度，以保证标准试验结果的准确。同时，钢带4223几乎没有弹性变形，可以保证升降的精度，保证待标定探测器位置的准确。
51.在上述实施例的基础上，固定架421为矩形框架结构，绞轴4221的两端分别通过轴承转动安装在固定架421上。升降杆4224的数量为四个，绞盘4222设有两组，两组绞盘4222在绞轴4221上间隔布置，两组绞盘4222上均卷绕有钢带4223，钢带4223的两端分别连接两个升降杆4224，以实现四个升降杆4224同步升降，而水平运动组件423安装于升降杆4224上，可以保证水平运动组件423升降过程的稳定。
52.在上述实施例的基础上，进一步地，由于升降杆4224呈圆柱状，带状的钢带4223不便于升降杆4224连接，因此钢带4223的端部通过连接组件与升降杆4224连接。具体地，连接组件包括抱箍51及夹片52，抱箍51安装于升降杆4224上，夹片52与抱箍51可拆卸连接，而钢带4223夹持于抱箍51和夹片52之间。
53.在一实施方式中，升降组件还包括导向轮4226，导向轮4226安装于固定架421上，从绞盘4222穿出的钢带4223绕过导向轮4226与升降杆4224连接。其中，导向轮4226可以到钢带4223进行导向，可以保证钢带4223运动过程平稳。具体地，导向轮4226可以通过轮座53安装于固定架421上。
54.在一实施方式中，升降组件还包括涡轮蜗杆减速器4227及行星减速器4228，其中涡轮蜗杆减速器4227和行星减速器4228相串联，第一动力源4225与涡轮蜗杆减速器4227的输入端连接，行星减速器4228的输出端与绞轴4221连接。其中，第一动力源4225可以驱动涡轮蜗杆减速器4227转动，涡轮蜗杆减速器4227可以提高扭力同时实现自动锁止，然后再经过行星减速器4228进一步提高扭力，进而驱动绞轴4221转动。
55.在一实施方式中，第一动力源4225为真空步进电机，涡轮蜗杆减速器4227为真空涡轮蜗杆减速器，行星减速器4228为真空行星减速器，以满足真空环境的使用需求，钢带4223为不锈钢带。可以理解的是，在其他实施方式中，第一动力源4225也可以为其他间接动力源，例如外部电机通过传动结构实现绞轴4221旋转，而不直接选择电机直接驱动。
56.水平运动组件423包括承载框4231、丝杆4232、连接块(图未示)及第二动力源4233。承载框4231安装于升降杆4224上，丝杆4232可转动地设置于承载框4231上，连接块螺合在丝杆4232上，工作台44安装于连接块上。其中，第二动力源4233可以驱动丝杆4232旋
转，丝杆4232的旋转驱动连接块直线运动，进而带动工作台44水平移动。
57.在一实施方式中，承载框4231的数量为两个，每个承载框4231与两个升降杆4224连接，丝杆4232的两端分别转动安装于两个承载框4231上。第二动力源4233也为真空步进电机，以适应真空环境。当然，在其他实施方式中，第二动力源4233也可以为其他间接动力源，例如外部电机通过传动结构实现丝杆4232旋转，而不直接选择电机直接驱动。
58.在一实施方式中，水平运动组件423还包括滑动组件48，工作台44通过滑动组件48安装于固定架421上。滑动组件48可以限定工作台44水平运动的方向，保证工作台44直线运动的准确和顺畅。
59.具体地，滑动组件48可以为导轨滑块，导轨设置于固定架421上，且导轨与丝杆4232平行，滑块可滑动地设置于导轨上，工作台44安装于滑块上。可以理解的是，在其他实施方式中，滑动组件48还可以为其他结构，只要能够对工作台44的滑动进行限定和导向即可。
60.请参阅图1及图2，在一实施方式中，探测器真空标定装置还包括导热板46，导热板46安装于工作台44上，待标定探测器布置于导热板46上。导热板46内设有供冷却液流道的流道，冷却冷在流道内的流道实现冷却导热板46，进而可以将真空舱20内设备工作时产生的热量导出，保证仪器设备正常工作。具体地，冷却液可以为水，导热板46内的流道可以为折流布置，以提高冷却效果。
61.上述探测器真空标定装置的工作过程具体为：
62.打开真空舱20的前盖22，将待标定探测器安装于导热板46上，然后关闭前盖22并将前盖22和舱体21通过卡扣25锁紧固定。
63.通过真空舱20外的cod探测器确定x射线束流的能量与注量大小，然后将x射线设备与射线入口202处的波纹管26连接，将射线出口203与标准探测器连接。
64.抽真空机构30对真空舱20进行抽真空，首先启动罗茨干泵32，舱体21达到100pa时分子泵34启动，通过舱体21顶部的监测设备28观测真空舱20内的真空度，真空舱20内的真空度达到10-6
帕时停止抽真空。
65.第一动力源4225驱动绞轴4221转动，绞轴4221的转动可以带动绞盘4222旋转，实现收放钢带4223，进而使钢带4223拉动升降杆4224上升或者下降，实现对托架上水平运动组件423的升降。第二动力源4233可以驱动丝杆4232旋转，丝杆4232的旋转驱动连接块直线运动，进而带动工作台44水平移动，实现将待标定探测器调整到x射线的光路径上。
66.然后，x射线设备产生的x射线从射线入口202入射到待标定探测器的探头上，并从射线出口203出射到标准探测器上，进行待标定探测器的测试。在测试过程中，导热板46将仪器设备产生的热量导出。
67.最后，试验完成后，通过破空阀27向真空舱20内放入气体，使真空罐内外气压平衡。
68.上述探测器真空标定装置，移动平台42可以驱动工作台44在垂直光路径的二维平面内运动，可以保证x射线束打到待标定探测器的探头上，满足探测器在真空舱20内的移动需求，保证探测器的标定结果准确。升降运动组件422采用绞盘4222和钢带4223实现，即使在超高真空环境中释放的气体也非常有限。水平移动由一台水平运动组件423实现的。该工作台44可在温度-196～+200℃，真空度10-6
pa的环境正常工作，重复精度为
±
0.05mm。
69.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
70.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

技术特征：
1.一种探测器真空标定装置，其特征在于，包括：支架；真空舱，安装于所述支架上，所述真空舱设有腔体和与所述腔体连通的射线入口和射线出口，所述射线入口和所述射线出口构成x射线的光路径；抽真空机构，与所述真空舱连接，用于对所述腔体进行抽真空；及平移台，设于所述真空舱内，所述平移台包括移动平台和设置于所述移动平台上用于承载待标定探测器的工作台，所述移动平台驱动所述工作台在垂直所述光路径的二维平面内运动，以使所述待标定探测器的探头位于所述射线入口和射线出口形成的光路径上。2.根据权利要求1所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述移动平台包括固定架、升降运动组件和水平运动组件，所述固定架安装于所述真空舱的内壁上，所述升降运动组件安装于所述固定架内，所述水平运动组件安装于所述升降运动组件上，所述工作台安装于所述水平运动组件上。3.根据权利要求2所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述升降运动组件包括绞轴、绞盘、钢带、升降杆及第一动力源，所述绞轴可转动地安装于所述固定架上，所述升降杆滑动穿设于所述固定架上，所述绞盘安装于所述绞轴上，所述钢带卷绕在所述绞盘上，且所述钢带与所述升降杆连接，所述第一动力源与所述绞轴连接以驱动所述绞轴转动。4.根据权利要求3所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述升降组件还包括导向轮，所述导向轮安装于所述固定架上，从所述绞盘穿出的钢带绕过所述导向轮与所述升降杆连接。5.根据权利要求3所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述升降组件还包括串联的蜗轮蜗杆减速器及行星减速器，所述第一动力源与所述蜗轮蜗杆减速器的输入端连接，所述行星减速器的输出端与所述绞轴连接。6.根据权利要求2所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述水平运动组件包括承载框、丝杆、连接块及第二动力源，所述承载框安装于所述升降杆上，所述丝杆可转动地设置于所述承载框上，所述连接块螺合在所述丝杆上，所述工作台安装于所述连接块上。7.根据权利要求1所述的探测器真空标定装置，其特征在于，还包括导热板，所述导热板安装于所述工作台上以承载所述待标定探测器，所述导热板内设有供冷却液流动的流道。8.根据权利要求1所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述真空舱包括舱体、前盖及后盖，所述腔体开设于所述舱体上，所述后盖与所述舱体的一端密封连接，所述前盖盖合在所述舱体的另一端，且所述前盖和所述舱体通过门轴铰接。9.根据权利要求8所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述门轴包括安装块、固定块、连接杆、调节块及锁定件，所述安装块安装于所述舱体上，所述固定块安装于所述前盖上，所述固定块上设有调节槽，所述调节块活动安装于所述调节槽内，所述连接杆连接所述安装块和所述调节块，所述锁定件安装于所述固定块上用于固定所述调节块在所述调节槽内的位置。10.根据权利要求1所述的探测器真空标定装置，其特征在于，所述真空舱上安装有用于分级探测所述真空舱内真空度的监测设备。

技术总结
本发明涉及一种探测器真空标定装置，包括支架、真空舱、抽真空机构及平移台。真空舱安装于支架上，真空舱设有腔体和与腔体连通的射线入口和射线出口，射线入口和射线出口构成X射线的光路径。抽真空机构与真空舱连接，用于对腔体进行抽真空。平移台设于真空舱内，平移台包括移动平台和设置于移动平台上用于承载待标定探测器的工作台，移动平台驱动工作台在垂直光路径的二维平面内运动，以使待标定探测器的探头位于射线入口和射线出口形成的光路径上。上述探测器真空标定装置，移动平台可以驱动工作台在垂直光路径的二维平面内运动，可以保证X射线束打到待标定探测器的探头上，保证探测器的标定结果准确。探测器的标定结果准确。探测器的标定结果准确。


技术研发人员：郭思明 余涛 郄晓雨 郭锴悦
受保护的技术使用者：中国计量科学研究院
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/4