一種冷中子三軸譜儀的樣品散射平面的調整裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及中子散射技術領域，特別是關于一種冷中子三軸譜儀（cold neutron triple axis spectrometer)的樣品散射平面的調整裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 中子散射技術是通過不同類型的中子散射譜儀來充分實現的。中子散射遵循倒格 矢空間的Ewald球，滿足g g =幣其中，為入射中子束矢量，為出射中子束矢量， 走為散射波矢。通過改變和的大小以及.I^l的方向，可以測得及g形成的平面內的 不同大小及方向的散射波矢勞，所有可測得的Φ組成的平面稱為散射平面。對于冷中子三軸 譜儀，和都是水平面內的矢量，所以g也一定位于水平面內，這就是說只能測到水平面 內的散射波矢，因此樣品需放置于樣品臺并且使得我們感興趣的散射平面處于入射中子束 和出射中子束形成的水平面內，從而進行相關物理量的測量。樣品的散射平面通常由兩個 倒格矢確定，這兩個倒格矢一般為所測樣品的晶向。
[0003] 國內首臺冷中子三軸譜儀搭建在中國工程研宄院的反應堆的冷中子束線上，和國 際上現有的冷中子三軸譜儀的樣品臺一樣，提供兩個繞z軸回轉的Θ旋轉臺和2 Θ旋轉 臺，在樣品臺上再安裝兩個傾斜臺，就樣品散射平面的調整來說缺乏精確性、高效性，導致 樣品首次放置于樣品臺上的兩個傾斜臺后，需要到樣品臺附近憑借經驗進行多次地手動調 整或重新固定樣品，逐漸地把樣品的散射平面調整到可接受的誤差范圍內，這樣既浪費了 大量的中子束流時間，又使得實驗人員多次暴露在殘余的輻射環(huán)境中。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠精確、高效地確定樣品的散射平面 的冷中子三軸譜儀的樣品散射平面的調整裝置及方法。
[0005] 為實現上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種冷中子三軸譜儀的樣品散射平 面的調整裝置，其特征在于：它包括一旋轉臺、一升降臺、一上部傾斜臺、一下部傾斜臺、四 圓柱銷、一圓形支撐板和一上位機；所述旋轉臺包括旋轉臺面固定座、旋轉臺面、第一轉動 機構、第一步進電機和第一編碼器；所述旋轉臺面固定座的頂部通過所述第一轉動機構固 定連接所述旋轉臺面，所述旋轉臺面的頂部中心設置有一用于固定樣品架的安裝孔；所述 第一轉動機構的輸入端連接所述第一步進電機的輸出端，所述第一步進電機轉動帶動所述 第一轉動機構轉動，進而帶動所述旋轉臺面及安裝在其上的樣品架做旋轉運動；所述第一 編碼器固定安裝在所述第一步進電機尾部的轉軸上用于測量所述第一步進電機的轉動角 度，并將測量的轉動角度通過電纜線發(fā)送給所述上位機；另外，所述旋轉臺面固定座的底部 中心還設置有一連接用銷孔；所述升降臺包括升降臺面固定座、升降臺面、升降機構、第二 步進電機和第二編碼器；所述升降臺面固定座的頂部通過所述升降機構連接所述升降臺 面，所述升降機構的輸入端連接所述第二步進電機的輸出端，所述第二步進電機轉動帶動 所述升降機構上下運動；所述第二編碼器固定安裝在所述第二步進電機尾部的轉軸上用于 測量所述第二步進電機的轉動角度，并將測量的轉動角度通過電纜線發(fā)送給所述上位機； 另外，所述升降臺面的頂部中心還設置有一用于與所述旋轉臺面固定座的底部中心連接用 銷孔進行銷接的銷孔；使用時，通過所述圓柱銷將所述旋轉臺面固定座固定在所述升降臺 面上；所述升降臺面固定座的底部中心設置有一連接用銷孔；所述上部傾斜臺包括上部傾 斜弧形臺面固定座、上部傾斜弧形臺面、第二轉動機構、第三步進電機和第三編碼器；所述 上部傾斜弧形臺面固定座的頂部設置有橫向弧形軌道，所述上部傾斜弧形臺面底部設置有 與所述橫向弧形軌道相匹配的弧形突起結構，所述上部傾斜弧形臺面通過所述第二轉動機 構安裝在所述上部傾斜弧形臺面固定座的頂部，所述第二轉動機構的輸入端連接所述第三 步進電機的輸出端，所述第三步進電機轉動帶動所述第二轉動機構轉動，使所述上部傾斜 弧形臺面沿所述上部傾斜弧形臺面固定座的所述橫向弧形軌道進行轉動，所述第三編碼器 固定安裝在所述第三步進電機尾部的轉軸上用于測量所述第三步進電機的轉動角度，并將 測量的轉動角度通過電纜線發(fā)送給所述上位機；另外，所述上部傾斜弧形臺面的頂部設置 有一用于與所述升降臺面固定座底部中心連接用銷孔進行銷接的銷孔；使用時，通過所述 圓柱銷將所述升降臺面固定座固定在所述上部傾斜弧形臺面上；所述上部傾斜弧形臺面固 定座的底部中心設置有一連接用銷孔；所述下部傾斜臺包括下部傾斜弧形臺面固定座、下 部傾斜弧形臺面、第三轉動機構、第四步進電機和第四編碼器；所述下部傾斜弧形臺面固定 座的頂部設置有縱向弧形軌道，所述下部傾斜弧形臺面底部設置有與所述縱向弧形軌道相 匹配的弧形突起結構，所述下部傾斜弧形臺面通過所述第三轉動機構安裝在所述下部傾斜 弧形臺面固定座的頂部，所述第三轉動機構的輸入端連接所述第四步進電機的輸出端，所 述第四步進電機轉動帶動所述第三轉動機構轉動，使所述下部傾斜弧形臺面沿所述下部傾 斜弧形臺面固定座的所述縱向弧形軌道進行轉動，所述第四編碼器固定安裝在所述第四步 進電機尾部的轉軸上用于測量所述第四步進電機的轉動角度，并將測量的轉動角度通過電 纜線發(fā)送給所述上位機，另外，所述下部傾斜臺的回轉中心與所述下部傾斜弧形臺面之間 的垂直距離等于所述上部傾斜臺的高度與所述上部傾斜弧形臺面到所述上部傾斜臺的回 轉軸線的垂直距離之和，所述下部傾斜弧形臺面的頂部中心設置有一用于與所述上部傾斜 弧形臺面固定座的底部中心連接用銷孔進行銷接的銷孔；使用時，通過所述圓柱銷將所述 上部傾斜弧形臺面固定座固定在所述下部傾斜弧形臺面上；所述下部傾斜弧形臺面固定座 的底部中心設置有一連接用銷孔；所述圓形支撐板的頂部設置有一用于與所述下部傾斜弧 形臺面固定座底部中心連接用銷孔進行銷接的銷孔；使用時，通過所述圓柱銷將所述下部 傾斜弧形臺面固定座固定在所述圓形支撐板上；所述圓形支撐板的底部設置有用于實現與 冷中子三軸譜儀的樣品臺的中心定位和固定的定位圓柱銷孔和螺紋孔；所述上位機根據接 收到的所述第一步進電機的轉動角度計算所述旋轉臺面的實際轉動角度，根據接收到的所 述第二步進電機的轉動角度計算所述升降臺面的實際上升或下降量，根據所述第三步進電 機的轉動角度計算所述上部傾斜弧形臺面的實際橫向轉動角度，根據接收到的所述第四步 進電機的轉動角度計算所述下部傾斜弧形臺面的實際縱向轉動角度，判斷所述旋轉臺面、 升降臺面、上部傾斜弧形臺面、下部傾斜弧形臺面是否運動到位，如果運動不到位，則控制 所述第一步進電機、第二步進電機、第三步進電機、第四步進電機繼續(xù)轉動；如果運動到位， 則控制所述第一步進電機、第二步進電機、第三步進電機、第四步進電機停止轉動。
[0006] 所述第一轉動機構、第二轉動機構和第三轉動機構采用蝸桿蝸輪機構。
[0007] 所述升降機構采用細牙滑動絲杠機構。
[0008] -種冷中子三軸譜儀的樣品散射平面的調整裝置的調整方法，包括以下步驟：1) 安裝調整裝置：將調整裝置安裝在Θ旋轉臺上，探測器安裝在2 Θ旋轉臺上，調整裝置和 探測器均繞樣品臺的z向中心軸線旋轉；2)調整裝置初始化：通過上位機調整Θ旋轉臺轉 動使得上部傾斜臺的回轉軸線CC'與入射中子束^的夾角S1= 0,下部傾斜臺的回轉軸線 DD'垂直于入射中子束通過上位機調整2 Θ旋轉臺轉動使得探測器與入射中子束1^丨的 夾角S2= 0,定義Θ旋轉臺、2 Θ旋轉臺和旋轉臺逆時針旋轉為正；3)安裝樣品：3. 1)將樣 品置于實驗溫度下，并通過樣品架固定到旋轉臺頂部，固定時，依據樣品標記使得樣品中心 的某一個參考晶向FT與下部傾斜臺的回轉軸線DD'重合，由于固定樣品過程中存在誤差， 固定后參考晶向??在水平面內與下部傾斜臺的回轉軸線DD'之間存在偏差角度δ ;3. 2) 上位機控制第二步進電機轉動，進而帶動升降臺面上升或下降，使得樣品的中心與入射中 子束^的中心處于同一水平面；4)調整晶向4. 1)上位機控制2 Θ旋轉臺旋轉使探測 器旋轉至與入射中子束?的夾角S2 =室溫下的參考晶向g的散射角&〇=〇處；上位機控 制Θ旋轉臺帶動圓形支撐板旋轉，當上部傾斜臺的回轉軸線CC'與入射中子束的夾角 31在A(F：)/2 ± 20°的范圍內變動時，上位機對探測器記錄的中子強度進行高斯擬合得出 峰強處的夾角S1= S ^，計算偏差角度5 = 50_52〇〇/2,上位機通過控制第一步進電機轉 動帶動旋轉臺面、樣品架及樣品旋轉S，使得參考晶向在水平面內的投影與下部傾斜臺 的回轉軸線DD'重合，上位機控制Θ旋轉臺帶動圓形支撐板旋轉使得夾角S 1 = S2(F：)/2; 4. 2)實驗溫度下的樣品晶向g啲散射角與室溫下得出的S2(F：)有不同，上位機控制Θ旋 轉臺和2 Θ旋轉臺分別帶動圓形支撐板旋轉使得上部傾斜臺的回轉軸線CC'與入射中子 束寫啲夾角31在5·2(7；)/2 ± 1°;和帶動探測器旋轉使得探測器與入射中子束:^的夾角S2 在S2(F；) ±2°范圍內以同方向且步長變化率按Λ S1: Λ S2= 1:2改變；上位機對探測器記 錄的中子強度進行高斯擬