第一篇：恒電位儀工作原理

山東恒電位儀

恒電位儀工作原理

陰極保護技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于埋地金屬管道和處于腐蝕介質(zhì)中的設(shè)施，以防止或延緩金屬管道及設(shè)施的腐蝕，延長其使用壽命。陰極保護就是對被保護的金屬管道及其它需保護的設(shè)施實施外加直流電，進行陰極極化。恒電位儀作為陰極保護系統(tǒng)的主要儀器，用以提供直流電源，設(shè)定通電點電位。

PS-1 恒電位儀作為較新型恒電位儀與其它機型相比，具有較多優(yōu)點：線路大量使用集成電路，電路簡單明了，維修方便，機箱一體化，數(shù)字顯示，布局較合理。

恒電位儀電路主要由主回路、穩(wěn)壓電源、移相觸發(fā)、比較器四部分組成，后三部分為三塊集成電路控制板。

恒電位儀工作原理是將參比信號經(jīng)阻抗變換后與控制電位加到比較放大器，經(jīng)比較放大后，輸出與誤差成正比的信號。在儀器處于“自動”工作狀態(tài)下，該信號加到移相觸發(fā)器移相觸發(fā)器根據(jù)該信號電壓的大小，自動調(diào)整觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生時間，改變極化回路中可控硅的導(dǎo)通，從而改變輸出電流、電壓的大小，以至達到參比電位等于給定電位，這個過程是在不斷進行的。

陰極保護系統(tǒng)包括輔助陽極設(shè)施、陰極設(shè)施及恒電位儀，這三部分既相互獨立，又是一個有機體。

東營奧科

第二篇：安檢儀工作原理

火車站進口安檢儀工作原理

坐車過程中，相信無論是乘坐汽車或是火車回家的都有這樣的經(jīng)歷：每次進站時，都被要求放包通過安檢儀檢查。雖然很多人都經(jīng)歷過，但很少有人對安檢儀的工作原理了解得非常清楚。靈敏的“鼻子”是如何嗅到危險物品的？人或者物品經(jīng)過安檢儀時會不會受輻射？安檢原理是X射線檢查。

在進站口的每個入口處，都有一臺神秘的家伙，這便是X光安檢儀器，所有乘車旅客都被要求將大包小包放下，并通過安檢儀進行檢查。

火車站使用的安檢儀器跟機場、汽車站的安檢儀器相似，乘客進站后將行李箱、行李包或者一些大件的編織袋等行李放到安檢儀上，通過傳送帶傳送，接受X光檢查，沒有問題，乘客再將行李帶走。一旦出現(xiàn)疑似危險物品的時候，負責(zé)安檢的人員則會要求乘客將行李打開進行檢查，一般乘客在十幾秒內(nèi)就可以完成安檢。

說起安檢儀工作的原理，安檢儀是借助于輸送帶將被檢查行李送入X射線檢查通道而完成檢查的電子設(shè)備。行李進入X射線檢查通道，將阻擋包裹檢測傳感器，檢測信號被送往系統(tǒng)控制部分，產(chǎn)生X射線觸發(fā)信號，觸發(fā)X射線的射線源發(fā)射X射線束。X射線束穿過輸送帶上的被檢物品，X射線被被檢物品吸收，最后轟擊安裝在通道內(nèi)的半導(dǎo)體探測器。探測器把X射線轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘枺@些很弱的信號被放大，并送到信號處理機箱做進一步處理，這些信號處理后就通過顯示屏顯示出來?！盁o論包有幾層，X射線都能穿透，一層層地將包內(nèi)的物品顯示出來。”

依靠不同顏色辨認危險物品

X光安檢儀并非擺設(shè)，而是實實在在地擔(dān)起了鐵路安全守護的工作。一些旅客因?qū)ξｋU物品不清楚，攜帶過來上車的人不少。所以經(jīng)常能在東面安檢儀附近的桌子下面一個筐子里，裝滿了花花綠綠的瓶瓶罐罐?？鹱永锛扔邪l(fā)膠、空氣清新劑，也有指甲油等，有時甚至有刀具。

這些都是通過安檢儀檢查出來的。

在這些檢測出來的危險品中，化學(xué)危險品占80%，很多人認為只有一些管制刀具是禁止攜帶上車的危險品，殊不知化學(xué)危險品的殺傷力更大。“這些瓶裝的發(fā)膠、空氣清新劑等都是些壓縮氣體和液化氣體，受熱后，當(dāng)瓶內(nèi)壓力升高至大于容器耐壓限度時，就會導(dǎo)致爆炸?！?/p>

那安檢儀是怎樣將這些危險物品檢查出來的呢？

經(jīng)過X光檢測后，行李內(nèi)的物品會在顯示器中顯示出大致的形狀，并顯示成黃色、綠色、黑色等。一般黃色的物品是有機物，比如塑料、食品等，是安全的，而綠色、黑色的物品需要注意，如果綠色或黑色物體比較多，或呈匕首、刀子形狀，則會要求乘客打開行李檢查。易燃、易爆、毒害性、腐蝕性、放射性、傳染病病原體、槍支、彈藥、管制刀具等物品嚴(yán)禁進站上車，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)將沒收。菜刀、餐刀、水果刀、工藝品刀、剪刀、鋼(鐵)銼、斧子、錘子等利器和鈍器也不得隨身攜帶，應(yīng)一律放入行李中托運。

絕不會對人體有任何的損傷

雖然安檢儀能夠?qū)⑽ｋU物品檢測出來，使市民的旅途更加安全，但很多人也有一個疑問：這個能透視乘客隨身物品的大機器，是否就像醫(yī)院里的X光機？ 醫(yī)院的放射科都會有防輻射的警告標(biāo)志，那么鐵路安檢儀是否也會放射對人身體有害的射線？ 地鐵、車站、機場的安檢設(shè)備及安檢門絕對不會對人體有任何損傷，因為X光射線只在機器內(nèi)部產(chǎn)生，而且是垂直照射，絕對不會透過機器的外壁照射到機器外圍，除非在開啟機器時有人鉆入機器內(nèi)。而且安檢儀的進出口都有防輻射的鉛簾擋著，射線也不會放射出來，所以乘客經(jīng)過安檢儀時不會受到任何輻射，在機器旁工作的安檢人員也不會受到輻射。

安檢機只有經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的人才才能安裝和使用安檢機。在任何時候都必須嚴(yán)格遵守輻射安全規(guī)則，避免輻射傷害。只有經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的人員才能安裝和使用安檢機。只有技術(shù)人員在維修時才能拆除蓋板或者防護部件。不要在戶外使用X射線安全檢查設(shè)備。安檢機必須在規(guī)定的工作電壓下工作。設(shè)備使用之前必須檢查使用的電壓。安檢機必須有良好的接地。安裝現(xiàn)場使用的設(shè)備插座必須有接地端子。如有電壓波動超過規(guī)定的地區(qū)，建議使用交流穩(wěn)壓器。不要把任何不屬于X射線安全檢查設(shè)備的電子部件接到X射線安全檢查設(shè)備的電源分配器上。任何不恰當(dāng)?shù)男薷目赡軙p壞X射線安全檢查設(shè)備。禁止用戶對設(shè)備進行不恰當(dāng)?shù)母膭?。安檢機只能用于檢查物品，嚴(yán)禁用于檢查人體或動物。超過6個月沒有使用的設(shè)備請不要開機，必須由專業(yè)人員對射線發(fā)生器進行重新啟動。禁止坐或站在傳送帶上。不要接觸輸送帶的邊緣和滾筒。當(dāng)設(shè)備運行時，身體的任何部分都不要進入檢查通道。確保行李在檢測通道內(nèi)或出口端沒有被堆疊，如果行李阻塞了檢查通道，在清理之前應(yīng)首先關(guān)機。設(shè)備不能在有損壞的鉛門簾的情況下運行。防止各種液體流入設(shè)備，如發(fā)生這種情況，請立即關(guān)機。

安檢機廣泛適用于機場、火車站、汽車站、政府機關(guān)大樓、大使館、會議中心、會展中心、酒店、商場、大型活動、郵局、學(xué)校、物流行業(yè)、工業(yè)檢測等場所。同時安檢機旁配有金屬安檢門，安探金屬安檢門門體上下帶有防水腳套，具有防水、防火、防腐等特點。六個相互重疊的金屬探測區(qū)域，采用當(dāng)前數(shù)字脈沖技術(shù)，交互式發(fā)射和接收，準(zhǔn)確判定金屬物品的位置。

主機箱面板自帶LED燈光顯示模塊，可直觀看到人們攜帶藏匿違禁物品相應(yīng)的位置。

全自動線圈纏繞及主機的貼片生產(chǎn)能更精確的達到探測效果，具有連續(xù)工作特點。

靈敏程序可以任意調(diào)節(jié)，為滿足客戶所探測不同的違禁物品，可根據(jù)實際使用情況預(yù)先設(shè)定金屬物品的可能部位及體積、重量、大小進行適當(dāng)?shù)撵`敏度調(diào)節(jié)，排除皮帶扣、鑰匙、首飾、硬幣等物品的誤報，最高靈敏度可探測到一枚回形針大小的金屬。

復(fù)合式電路設(shè)計，信號頻率可自由調(diào)節(jié)，采用先進散射型紅外掃描，迅速捕捉感應(yīng)信號，且并網(wǎng)安裝多臺探測門共同工作互不干擾。

安探金屬安檢門具有強大的DSP信號處理數(shù)字過濾系統(tǒng)，采用當(dāng)今世界最先進的磁電兼容技術(shù)形成極佳的抗電磁干擾能力和較強的耐觸摸和碰撞能力。

內(nèi)置自我診斷程序，開機自檢，出錯自動提示并能夠自動測量和顯示周圍環(huán)境的干擾情況。自動統(tǒng)計通過人數(shù)與報警次數(shù)，精確率100%。

密碼保護，只允許專管人員操作，防止非授權(quán)人改變參數(shù)，無需維護、無需定期校準(zhǔn)。預(yù)留RS-485通訊接口可與多臺計算機聯(lián)網(wǎng)，監(jiān)控、統(tǒng)計使用情況，并可根據(jù)用戶要求配置遙控裝置。

符合國際安全標(biāo)準(zhǔn)，對人體內(nèi)的心臟起博器、孕婦、磁性軟盤、錄像帶、磁帶、膠卷記錄資料等無負作用。

第三篇：X射線衍射儀工作原理

一 X射線衍射儀工作原理 X射線是利用衍射原理，精確測定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)及應(yīng)力。對物質(zhì)進行物相分析、定性分析、定量分析。廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教學(xué)、材料生產(chǎn)等領(lǐng)域。

特征X射線是一種波長很短(約為20～0.06nm)的電磁波，能穿透一定厚度的物質(zhì)，并能使熒光物質(zhì)發(fā)光、照相乳膠感光、氣體電離。在用電子束轟擊金屬“靶”產(chǎn)生的X射線中，包含與靶中各種元素對應(yīng)的具有特定波長的X射線，稱為特征（或標(biāo)識）X射線?？紤]到X射線的波長和晶體內(nèi)部原子間的距離相近，1912年德國物理學(xué)家勞厄(M.von Laue)提出一個重要的科學(xué)預(yù)見：晶體可以作為X射線的空間衍射光，即當(dāng)一束X射線通過晶體時將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結(jié)構(gòu)。這一預(yù)見隨即為實驗所驗證。1913年英國物理學(xué)家布拉格父子(W.H.Bragg, W..L Bragg)在勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，不僅成功地測定了NaCl、KCl等的晶體結(jié)構(gòu)，并提出了作為晶體衍射基礎(chǔ)的著名公式──布拉格定律：

2dsin??n?，式中λ為X射線的波長，n為任何正整數(shù)。當(dāng)X射線以掠角θ（入射角的余角，又稱為布拉格角）入射到某一點陣晶格間距為d的晶面面上時，在符合上式的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強的衍射線。

二，X射線衍射的應(yīng)用

1、當(dāng)X射線波長λ已知時(選用固定波長的特征X射線)，采用細粉末或細粒多晶體的線狀樣品,可從一堆任意取向的晶體中，從每一θ角符合布拉格條件的反射面得到反射。測出θ后，利用布拉格公式即可確定點陣平面間距d、晶胞大小和晶胞類型;

2、利用X射線結(jié)構(gòu)分析中的粉末法或德拜-謝樂(Debye—Scherrer)法的理論基礎(chǔ)，測定衍射線的強度,就可進一步確定晶胞內(nèi)原子的排布。

3、而在測定單晶取向的勞厄法中所用單晶樣品保持固定不變動（即θ不變）,以輻射線束的波長λ作為變量來保證晶體中一切晶面都滿足布拉格條件,故選用連續(xù)X射線束。再把結(jié)構(gòu)已知晶體（稱為分析晶體）用來作測定，則在獲得其衍射線方向θ后,便可計算X射線的波長λ，從而判定產(chǎn)生特征X射線的元素。這便是X射線譜術(shù),可用于分析金屬和合金的成分

4、X射線衍射在金屬學(xué)中的應(yīng)用： X射線衍射現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后，很快被用于研究金屬和合金的晶體結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為研究晶體物質(zhì)和某些非晶態(tài)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的有效方法。

（1）物相分析 是X射線衍射在金屬中用得最多的方面，又分為定性分析和定量分析。定性分析是把對待測材料測得的點陣平面間距及衍射強度與標(biāo)準(zhǔn)物相的衍射數(shù)據(jù)進行比較，以確定材料中存在的物相；定量分析則根據(jù)衍射花樣的強度，確定待測材料中各相的比例含量。

（2）精密測定點陣參數(shù) 常用于相圖的固態(tài)溶解度曲線的繪制。溶解度的變化往往引起點陣常數(shù)的變化；當(dāng)達到溶解限后，溶質(zhì)的繼續(xù)增加引起新相的析出，不再引起點陣常數(shù)的變化。這個轉(zhuǎn)折點即為溶解限。另外點陣常數(shù)的精密測定可獲得單位晶胞原子數(shù)，從而可確定固溶體類型；還可以計算出密度、膨脹系數(shù)等有用的物理常數(shù)。

（3）取向分析 包括測定單晶取向和多晶的結(jié)構(gòu)（如擇優(yōu)取向）。測定硅鋼片的取向就是一例。另外，為研究金屬的范性形變過程，如孿生、滑移、滑移面的轉(zhuǎn)動等，也與取向的測定有關(guān)。

（4）晶粒（嵌鑲塊）大小和微觀應(yīng)力的測定 由衍射花樣的形狀和強度可計算晶粒和微應(yīng)力的大小。在形變和熱處理過程中這兩者有明顯變化，它直接影響材料的性能。

（5）宏觀應(yīng)力的測定 宏觀殘留應(yīng)力的方向和大小，直接影響機器零件的使用壽命。利用測定點陣平面在不同方向上的間距的改變，可計算出殘留應(yīng)力的大小和方向。

（6）對晶體結(jié)構(gòu)不完整性的研究 包括對層錯、位錯、原子靜態(tài)或動態(tài)地偏離平衡位置，短程有序，原子偏聚等方面的研究（見晶體缺陷）。

（7）合金相變 包括脫溶、有序無序轉(zhuǎn)變、母相新相的晶體學(xué)關(guān)系，等等。

（8）結(jié)構(gòu)分析 對新發(fā)現(xiàn)的合金相進行測定，確定點陣類型、點陣參數(shù)、對稱性、原子位置等晶體學(xué)數(shù)據(jù)。

（9）液態(tài)金屬和非晶態(tài)金屬 研究非晶態(tài)金屬和液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)，如測定近程序參量、配位數(shù)等。

（10）特殊狀態(tài)下的分析 在高溫、低溫和瞬時的動態(tài)分析。

第四篇：X射線衍射儀結(jié)構(gòu)與工作原理

X射線衍射儀結(jié)構(gòu)與工作原理

1、測角儀的工作原理

測角儀在工作時，X射線從射線管發(fā)出，經(jīng)一系列狹縫后，照射在樣品上產(chǎn)生衍射。計數(shù)器圍繞測角儀的軸在測角儀圓上運動，記錄衍射線，其旋轉(zhuǎn)的角度即2θ，可以從刻度盤上讀出。與此同時，樣品臺也圍繞測角儀的軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為計數(shù)器轉(zhuǎn)速的1/2。為什么？

為了能增大衍射強度，衍射儀法中采用的是平板式樣品，以便使試樣被X射線照射的面積較大。這里的關(guān)鍵是一方面試樣要滿足布拉格方程的反射條件。另一方面還要滿足衍射線的聚焦條件，即使整個試樣上產(chǎn)生的X衍射線均能被計數(shù)器所接收。

在理想的在理想情況下，X射線源、計數(shù)器和試樣在一個聚焦圓上。且試樣是彎曲的，曲率與聚焦圓相同。對于粉末多晶體試樣，在任何方位上總會有一些（hkl）晶面滿足布拉格方程產(chǎn)生反射，而且反射是向四面八方的，但是，那些平行于試樣表面的晶面滿足布拉格方程時，產(chǎn)生衍射，且滿足入射角=反射角的條件。由平面幾何可知，位于同一圓弧上的圓周角相等，所以，位于試樣不同部位M，O，N處平行于試樣表面的（hkl）晶面，可以把各自的反射線會聚到F點（由于S是線光源，所以廠點得到的也是線光源）。這樣便達到了聚焦的目的。在測角儀的實際工作中，通常X射線源是固定不動的。計數(shù)器并不沿聚焦圓移動，而是沿測角儀圓移動逐個地對衍射線進行測量。因此聚焦圓的半徑一直隨著2θ角的變化而變化。在這種情況下，為了滿足聚焦條件，即相對試樣的表面，滿足入射角=反射角的條件，必須使試樣與計數(shù)器轉(zhuǎn)動的角速度保持1:2的速度比。不過，在實際工作中，這種聚焦不是十分精確的。因為，實際工作中所采用的樣品不是弧形的而是平面的，并讓其與聚焦圓相切，因此實際上只有一個點在聚焦圓上。這樣，衍射線并非嚴(yán)格地聚集在F點上，而是有一定的發(fā)散。但這對于一般目的而言，尤其是2θ角不大的情況下（2θ角越小，聚焦圓的曲率半徑越大，越接近于平面），是可以滿足要求的。

2、X射線探測器

衍射儀的X射線探測器為計數(shù)管。它是根據(jù)X射線光子的計數(shù)來探測衍射線是存在與否以及它們的強度。它與檢測記錄裝置一起代替了照相法中底片的作用。其主要作用是將X射線信號變成電信號。探測器的有不同的種類。有使用氣體的正比計數(shù)器和蓋革計數(shù)器和固體的閃爍計數(shù)器和硅探測器。目前最常用的是閃爍計數(shù)器，在要求定量關(guān)系較為準(zhǔn)確的場合下一般使用正比計數(shù)器。蓋革計數(shù)器現(xiàn)在已經(jīng)很少用了。

1）正比計數(shù)器和蓋革計數(shù)器

計數(shù)管有玻璃的外殼，內(nèi)充填惰性氣體（如氬、氪、氙等）。陰極為一金屬圓筒，陽極為共軸的金屬絲。為窗口，由云母或鐵等低吸收系數(shù)材料制成。陰、陽極之間保持一個電位差，對正比計數(shù)管，這個電位差為600至900伏。

X射線光子能使氣體電離，所產(chǎn)生的電子在電場作用下向陽極加速運動，這些高速的電子足以再使氣體電離，而新產(chǎn)生的電子又可引起更多氣體電離，于是出現(xiàn)電離過程的連鎖反應(yīng)。在極短時間內(nèi)，所產(chǎn)生的大量電子便會涌向陽板金屬絲，從而出現(xiàn)一個可以探測到的脈沖電流。這樣，一個X射線光子的照射就有可能產(chǎn)生大量離子，這就是氣體的放大作用。計數(shù)管在單位時間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)稱為計數(shù)率，它的大小與單位時間內(nèi)進入計數(shù)管的X射線光子數(shù)成正比，亦即與X射線的強度成正比。

正比計數(shù)器所繪出的脈沖大?。}沖的高度）和它所吸收的X射線光子能量成正比。因此，只要在正比計數(shù)器的輸出電路上加上一個脈高分析器（脈沖幅度分析器），對所接收的脈沖按其高度進行甑別，就可獲得只由某一波長X射線產(chǎn)生的脈沖。然后對其進行計數(shù)。從而排除其它波長的幅射（如白色X射線、樣品的熒光幅射）的影響。正由于這一點，正比計數(shù)器測定衍射強度就比較可靠。

正比計數(shù)器反應(yīng)極快，它對兩個連續(xù)到來的脈沖的分辨時間只需10-6秒。光子計數(shù)效率很高，在理想的情況下沒有計數(shù)損失。正比計數(shù)器性能穩(wěn)定，能量分辨率高，背底脈沖極低。

正比計數(shù)器的缺點在于對溫度比較敏感，計數(shù)管需要高度穩(wěn)定的電壓，又由于雪崩放電所引起電壓的瞬時脫落只有幾毫優(yōu)，故需要強大的放大設(shè)備。

蓋革計數(shù)器與正比計數(shù)器的結(jié)構(gòu)與原理相似。但它的氣體放大倍數(shù)很大，輸出脈沖的大小與入射X射線的能量無關(guān)。對脈沖的分辨率較低，因此具有計數(shù)的損失。2）閃爍計數(shù)管

閃爍計數(shù)管是利用X射線激發(fā)某此晶體的熒光效應(yīng)來探測X射線的。它由首先將接收到的X射線光子轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夤庾樱俎D(zhuǎn)變?yōu)殡娮?，然后形成電脈沖而進行計數(shù)的。

它主要由閃爍體和光電倍增管兩部分組成。閃爍體是一種在受到X射線光子轟擊時能夠發(fā)出可見光熒光的晶體，最常用的是用鉈活化的碘化鈉Nal（TI）單晶體。光電倍增管的作用則是將可見光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娒}沖。閃爍晶體位于光電倍增器的面上，其外側(cè)用鈹箔密封，以擋住外來的可見光，但可讓X射線較順利通過。當(dāng)閃爍晶體吸收了X射線光子后，即發(fā)出閃光（可見的熒光光子），后者投射到光電信增器的光敏陰極上，使之迸出光電子。然后在電場的驅(qū)使下，這些電子被加速并轟擊光電信增器的第一個倍增極（它相對于陰極具有高出約100V的正電位），并由于次級發(fā)射而產(chǎn)生附加電子。在光電信增器中通常有10或11個倍增級，每一個倍增極的正電位均較其前～個高出約100V。于是電子依次經(jīng)過各個倍增極，、最后在陽板上便可收結(jié)到數(shù)量極其巨大的電子，從而產(chǎn)生一個電脈沖，其數(shù)量級可達幾伏。產(chǎn)生的脈沖的數(shù)量與入射的X射線光子的數(shù)目有關(guān)，亦即與X射線的強度有關(guān)。因此它可以用來測量X射線的強度。同時，脈沖的大小與X射線的能量有關(guān)，因此，它也可象正比計數(shù)器那樣，用一個脈高分析器，對所接收的脈沖按其高度進行甑別。

閃爍計數(shù)器的反應(yīng)很快，其分辨時間達10-8秒。因而在計數(shù)率達到10-5次/秒以下時，不會有計數(shù)的損失。閃爍計數(shù)器的缺點是背底脈沖高。這是因為即使在沒有X射線光電子進入計數(shù)管時，仍會產(chǎn)生“無照電流”的脈沖。其來源為光敏陰極因熱離子發(fā)射而產(chǎn)生的電子。此外，閃爍計數(shù)器的價格較貴。晶體易于受潮解而失效。除了氣體探測器和閃爍探測器外，近年來一些高性能衍射儀采用固體探測器和陣列探測器。固體探測器，也稱為半導(dǎo)體探測器，采用半導(dǎo)體原理與技術(shù)，研制的鋰漂移硅Si（Li）或鋰漂移鍺Ge（Li）固體探測器，固體探測器能量分辨率好，X光子產(chǎn)生的電子數(shù)多。固體探測器是單點探測器，也就是說，在某一時候，它只能測定一個方向上的衍射強度。如果要測不止一個方向上的衍射強度，就要作掃描，即要一個點一個點地測，掃描法是比較費時間?，F(xiàn)已發(fā)展出一些一維的（線型）和二維（面型）陣列探測器來滿足此類快速、同時多點測量的實驗要求。所謂陣列探測器就是將許多小尺寸（如50μm）的固體探測器規(guī)律排列在一條直線上或一個平面上，構(gòu)成線型或平面型陣列式探測器。陣列探測器一般用硅二極管制作。這種一維的（線型）或二維的（面型）陣列探測器，既能同時分別記錄到達不同位置上的X射線的能量和數(shù)量，又能按位置輸出到達的X射線強度的探測器。陣列探測器不但能量分辨率好，靈敏度高，且大大提高探測器的掃描速度，特別適用于X射線衍射原位分析。

3、X射線檢測記錄裝置

這一裝置的作用是把從計數(shù)管輸送來的脈沖信號進行適當(dāng)?shù)奶幚?，并將結(jié)果加以顯示或記錄。它由一系列集成電路或晶體管電路組成。其典型的裝置如圖所示。

由計數(shù)管所產(chǎn)生的低壓脈沖，首先在前置放大器中經(jīng)過放大，然后傳送到線性放大器和脈沖整形器中放大、整形，轉(zhuǎn)變成其脈高與所吸收 X射線光子的能量成正比的矩形脈沖。輸出的矩形脈沖波再通過脈高甄別器和脈高分析器，把脈高不符合于指定要求的脈沖甄別開，只讓其脈高與所選用的單色X射級光子的能量相對應(yīng)的脈沖信號通過。所通過的那些脈高均一的矩形脈沖波可以同時分別輸往脈沖平均電路和計數(shù)電路。

脈沖平均電路的作用是使在時間間隔上無規(guī)則地輸入的脈沖減為穩(wěn)定的脈沖平均電流，后者的起伏大小與平均脈沖速率成正比，亦即與接收到的 X射線的強度成正比。脈沖平均電路具有一個可調(diào)的電容來調(diào)節(jié)時間常數(shù)RC的大小。RC大，脈沖電流的平波效應(yīng)就強，電流隨時間變化的細小差別相應(yīng)減小。RC小，則可以提高對這些細節(jié)的分辨能力。由脈沖平均電路輸出的平均電流，然后饋送給計數(shù)率儀和長圖自動記錄儀。從計數(shù)率儀的微安計上可以直接讀得脈沖平均電流的大小。長圖自動記錄儀把電流的起伏轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢徊畹淖兓?，并帶動記錄筆畫出相應(yīng)的曲線，而記錄紙的走紙速度則與計數(shù)管繞測角計軸線轉(zhuǎn)動的速度（掃描速度）成正比關(guān)系。所以長圖自動記錄僅能夠以強度分布曲線的形式自動記錄下X射線衍射強度隨衍射角2θ的變化，提供直觀而又可以永久保存的衍射圖譜。

計數(shù)電路由定標(biāo)器和定時器組成。定標(biāo)器的作用是對輸入的脈沖進行計數(shù)。定標(biāo)器與定時器相配合，可以定時計數(shù)（在規(guī)定的時間內(nèi)進行累計計數(shù)），也可以定標(biāo)計時（計算達到預(yù)定計數(shù)數(shù)目時所需的時間。定標(biāo)一定時電路的輸出可有幾種不同的方式來顯示或記錄。一是由數(shù)碼管直接顯示出數(shù)字，它允許顯示一定位數(shù)以內(nèi)的任何累計計數(shù)，二是由數(shù)字打印器把結(jié)果打印出來。目前的衍射儀都用計算機將這些信號進行自動處理。如福州大學(xué)材料學(xué)院的日本島津XD-5A型X射線粉末衍射儀經(jīng)過改造，可由計算機控制和設(shè)定參數(shù)，以及圖譜記錄、處理。下圖是計算機記錄的圖譜，橫坐標(biāo)為衍射峰位置2θ角，縱坐標(biāo)為衍射峰強度的光子數(shù)量，以cps表示。

第五篇：X射線衍射儀工作原理操作及其應(yīng)用

X射線衍射儀工作原理操作及其應(yīng)用

（一）工作原理

X射線是利用衍射原理，精確測定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，織構(gòu)及應(yīng)力。對物質(zhì)進行物相分析、定性分析、定量分析。廣泛應(yīng)用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教學(xué)、材料生產(chǎn)等領(lǐng)域。

特征X射線是一種波長很短(約為20～0.06nm)的電磁波，能穿透一定厚度的物質(zhì)，并能使熒光物質(zhì)發(fā)光、照相乳膠感光、氣體電離。在用電子束轟擊金屬“靶”產(chǎn)生的X射線中，包含與靶中各種元素對應(yīng)的具有特定波長的X射線，稱為特征（或標(biāo)識）X射線?？紤]到X射線的波長和晶體內(nèi)部原子間的距離相近，1912年德國物理學(xué)家勞厄提出一個重要的科學(xué)預(yù)見：晶體可以作為X射線的空間衍射光，即當(dāng)一束X射線通過晶體時將發(fā)生衍射，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上加強，在其他方向上減弱。分析在照相底片上得到的衍射花樣，便可確定晶體結(jié)構(gòu)。這一預(yù)見隨即為實驗所驗證。1913年英國物理學(xué)家布拉格父子在勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，不僅成功地測定了NaCl、KCl等的晶體結(jié)構(gòu)，并提出了作為晶體衍射基礎(chǔ)的著名公式──布拉格定律：

式中λ為X射線的波長，n為任何正整數(shù)。當(dāng)X射線以掠角θ（入射角的余角，又稱為布拉格角）入射到某一點陣晶格間距為d的晶面面上時，在符合上式的條件下，將在反射方向上得到因疊加而加強的衍射線。

（二）操作步驟

2.1開機前的準(zhǔn)備

打開循環(huán)水，檢查水溫是否在20攝氏度左右，上下波動范圍不超過3度；室內(nèi)溫度在20攝氏度左右，上下波動范圍不超過3度；濕度小于80%；樣品放置在樣品臺正中間； 2.2開機檢查

記錄檢查情況，填寫《儀器設(shè)備使用記錄》；預(yù)熱30分鐘，加載高壓；啟動電腦，打開commander軟件，點擊init drives按鈕進行初始化，然后點擊Move drives按鈕驅(qū)動各個軸轉(zhuǎn)動到設(shè)定的角度處；在commander軟件中將設(shè)備功率設(shè)定到額定功率，銅靶40KV，40mA；鈷靶35KV，40mA；設(shè)定2thet角的范圍（通常范圍在20°到80°）。掃描方式設(shè)定為continuous;掃描速度設(shè)定為2°/min。填寫《儀器設(shè)備使用記錄》。2.3 開始檢測

點擊start按鈕開始衍射。測試完畢后將數(shù)據(jù)保存到目標(biāo)文件夾，文件名與檢測樣品名一致。檢測數(shù)據(jù)及時記入《物相定性分析項目檢測原始記錄》； 2.4 關(guān)機前的檢查

測試完畢后，將已測樣品放入已測區(qū)或廢樣區(qū)，以免和未測樣品混淆。點擊設(shè)備上high voltage按鈕，來卸載高壓；設(shè)備冷卻30分鐘，使光管冷卻到室溫。否則容易使光管氧化，縮短其使用壽命；關(guān)閉軟件，關(guān)閉電腦。點擊stop按鈕關(guān)閉衍射儀；關(guān)閉循環(huán)水冷機。填寫《儀器設(shè)備使用記錄》。2.5儀器設(shè)備狀態(tài)恢復(fù)

將已檢測樣品放入已測區(qū)，以免和未測樣品混淆；將檢測完畢的樣品臺在試驗臺上擺放整齊；地面保持干凈。

（三）應(yīng)用

3.1 物相分析

晶體的Ｘ射線衍射圖像實質(zhì)上是晶體微觀結(jié)構(gòu)的一種精細復(fù)雜的變換，每種晶體的結(jié)構(gòu)與其Ｘ射線衍射圖之間都有著一一對應(yīng)的關(guān)系，其特征X射線衍射圖譜不會因為它種物質(zhì)混聚在一起而產(chǎn)生變化，這就是Ｘ射線衍射物相分析方法的依據(jù)。制備各種標(biāo)準(zhǔn)單相物質(zhì)的衍射花樣并使之規(guī)范化，將待分析物質(zhì)的衍射花樣與之對照，從而確定物質(zhì)的組成相，就成為物相定性分析的基本方法。鑒定出各個相后，根據(jù)各相花樣的強度正比于改組分存在的量（需要做吸收校正者除外），就可對各種組分進行定量分析。目前常用衍射儀法得到衍射圖譜，用“粉末衍射標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合會（JCPDS）”負責(zé)編輯出版的“粉末衍射卡片（PDF卡片）”進行物相分析。

目前，物相分析存在的問題主要有：⑴ 待測物圖樣中的最強線條可能并非某單一相的最強線，而是兩個或兩個以上相的某些次強或三強線疊加的結(jié)果。這時若以該線作為某相的最強線將找不到任何對應(yīng)的卡片。⑵ 在眾多卡片中找出滿足條件的卡片，十分復(fù)雜而繁鎖。雖然可以利用計算機輔助檢索，但仍難以令人滿意。⑶ 定量分析過程中，配制試樣、繪制定標(biāo)曲線或者Ｋ值測定及計算，都是復(fù)雜而艱巨的工作。為此，有人提出了可能的解決辦法，認為 從相反的角度出發(fā)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（PDF卡片）利用計算機對定性分析的初步結(jié)果進行多相擬合顯示，繪出衍射角與衍射強度的模擬衍射曲線。通過調(diào)整每一物相所占的比例，與衍射儀掃描所得的衍射圖譜相比較，就可以更準(zhǔn)確地得到定性和定量分析的結(jié)果，從而免去了一些定性分析和整個定量分析的實驗和計算過程。3.2 點陣常數(shù)的精確測定

點陣常數(shù)是晶體物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，測定點陣常數(shù)在研究固態(tài)相變、確定固溶體類型、測定固溶體溶解度曲線、測定熱膨脹系數(shù)等方面都得到了應(yīng)用。點陣常數(shù)的測定是通過X射線衍射線的位置（θ）的測定而獲得的，通過測定衍射花樣中每一條衍射線的位置均可得出一個點陣常數(shù)值。

點陣常數(shù)測定中的精確度涉及兩個獨立的問題，即波長的精度和布拉格角的測量精度。波長的問題主要是X射線譜學(xué)家的責(zé)任，衍射工作者的任務(wù)是要在波長分布與衍射線分布之間建立一一對應(yīng)的關(guān)系。知道每根反射線的密勒指數(shù)后就可以根據(jù)不同的晶系用相應(yīng)的公式計算點陣常數(shù)。晶面間距測量的精度隨θ 角的增加而增加，θ越大得到的點陣常數(shù)值越精確，因而點陣常數(shù)測定時應(yīng)選用高角度衍射線。誤差一般采用圖解外推法和最小二乘法來消除，點陣常數(shù)測定的精確度極限處在1×10-5附近。3.3 晶粒尺寸和點陣畸變的測定

若多晶材料的晶粒無畸變、足夠大，理論上其粉末衍射花樣的譜線應(yīng)特別鋒利，但在實際實驗中，這種譜線無法看到。這是因為儀器因素和物理因素等的綜合影響，使純衍射譜線增寬了。純譜線的形狀和寬度由試樣的平均晶粒尺寸、尺寸分布以及晶體點陣中的主要缺陷決定，故對線形作適當(dāng)分析，原則上可以得到上述影響因素的性質(zhì)和尺度等方面的信息。

在晶粒尺寸和點陣畸變測定過程中，需要做的工作有兩個：⑴ 從實驗線形中得出純衍射線形，最普遍的方法是傅里葉變換法和重復(fù)連續(xù)卷積法。⑵ 從衍射花樣適當(dāng)?shù)淖V線中得出晶粒尺寸和缺陷的信息。這個步驟主要是找出各種使譜線變寬的因素，并且分離這些因素對寬度的影響，從而計算出所需要的結(jié)果。主要方法有傅里葉法、線形方差法和積分寬度法。3.4單晶取向和多晶織構(gòu)測定

單晶取向的測定就是找出晶體樣品中晶體學(xué)取向與樣品外坐標(biāo)系的位向關(guān)系。雖然可以用光學(xué)方法等物理方法確定單晶取向，但X衍射法不僅可以精確地單晶定向，同時還能得到晶體內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的信息。一般用勞埃法單晶定向，其根據(jù)是底片上勞埃斑點轉(zhuǎn)換的極射赤面投影與樣品外坐標(biāo)軸的極射赤面投影之間的位置關(guān)系。透射勞埃法只適用于厚度小且吸收系數(shù)小的樣品；背射勞埃法就無需特別制備樣品，樣品厚度大小等也不受限制，因而多用此方法。

多晶材料中晶粒取向沿一定方位偏聚的現(xiàn)象稱為織構(gòu)，常見的織構(gòu)有絲織構(gòu)和板織構(gòu)兩種類型。為反映織構(gòu)的概貌和確定織構(gòu)指數(shù)，有三種方法描述織構(gòu)：極圖、反極圖和三維取向函數(shù)，這三種方法適用于不同的情況。對于絲織構(gòu)，要知道其極圖形式，只要求出求其絲軸指數(shù)即可，照相法和衍射儀法是可用的方法。板織構(gòu)的極點分布比較復(fù)雜，需要兩個指數(shù)來表示，且多用衍射儀進行測定。3.5展望

隨著X射線衍射技術(shù)越來越先進，X射線衍射法的用途也越來越廣泛，除了在無機晶體材料中的應(yīng)用，已經(jīng)在有機材料、鋼鐵冶金、以及納米材料的研究領(lǐng)域中發(fā)揮出巨大作用，并且還應(yīng)用于瞬間動態(tài)過程的測量。計算機的普遍使用讓各種測量儀器的功能變得強大，測試過程變得簡單快捷，雙晶衍射、多重衍射也越來越完善。但是，隨之而來的軟件也缺陷越來越明顯，在各種分析過程中，軟件分析檢索的準(zhǔn)確度都不盡人意。

縱觀整個X射線衍射領(lǐng)域，可以看出儀器設(shè)備的精密化和多用途化是一個發(fā)展趨勢，然而各種設(shè)備運行的軟件明顯落后于設(shè)備的發(fā)展，所以今后迫切的需要是軟件系統(tǒng)的更新和完善。