一种冷中子三轴谱仪的样品散射平面的调整装置及方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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g g =币其中，为入射中子束矢量，为出射中子束矢量， 走为散射波矢。通过改变和的大小以及.I^l的方向，可以测得及g形成的平面内的 不同大小及方向的散射波矢劳，所有可测得的Φ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g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。
[0003] 国内首台冷中子三轴谱仪搭建在中国工程研宄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2 Θ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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 所述第一转动机构、第二转动机构和第三转动机构采用蜗杆蜗轮机构。
[0007] 所述升降机构采用细牙滑动丝杠机构。
[0008] -种冷中子三轴谱仪的样品散射平面的调整装置的调整方法，包括以下步骤：1) 安装调整装置：将调整装置安装在Θ旋转台上，探测器安装在2 Θ旋转台上，调整装置和 探测器均绕样品台的z向中心轴线旋转；2)调整装置初始化：通过上位机调整Θ旋转台转 动使得上部倾斜台的回转轴线CC'与入射中子束^的夹角S1= 0,下部倾斜台的回转轴线 DD'垂直于入射中子束通过上位机调整2 Θ旋转台转动使得探测器与入射中子束1^丨的 夹角S2= 0,定义Θ旋转台、2 Θ旋转台和旋转台逆时针旋转为正；3)安装样品：3. 1)将样 品置于实验温度下，并通过样品架固定到旋转台顶部，固定时，依据样品标记使得样品中心 的某一个参考晶向FT与下部倾斜台的回转轴线DD'重合，由于固定样品过程中存在误差， 固定后参考晶向??在水平面内与下部倾斜台的回转轴线DD'之间存在偏差角度δ ;3. 2) 上位机控制第二步进电机转动，进而带动升降台面上升或下降，使得样品的中心与入射中 子束^的中心处于同一水平面；4)调整晶向4. 1)上位机控制2 Θ旋转台旋转使探测 器旋转至与入射中子束?的夹角S2 =室温下的参考晶向g的散射角&〇=〇处；上位机控 制Θ旋转台带动圆形支撑板旋转，当上部倾斜台的回转轴线CC'与入射中子束的夹角 31在A(F：)/2 ± 20°的范围内变动时，上位机对探测器记录的中子强度进行高斯拟合得出 峰强处的夹角S1= S ^，计算偏差角度5 = 50_52〇〇/2,上位机通过控制第一步进电机转 动带动旋转台面、样品架及样品旋转S，使得参考晶向在水平面内的投影与下部倾斜台 的回转轴线DD'重合，上位机控制Θ旋转台带动圆形支撑板旋转使得夹角S 1 = S2(F：)/2; 4. 2)实验温度下的样品晶向g啲散射角与室温下得出的S2(F：)有不同，上位机控制Θ旋 转台和2 Θ旋转台分别带动圆形支撑板旋转使得上部倾斜台的回转轴线CC'与入射中子 束寫啲夹角31在5·2(7；)/2 ± 1°;和带动探测器旋转使得探测器与入射中子束:^的夹角S2 在S2(F；) ±2°范围内以同方向且步长变化率按Λ S1: Λ S2= 1:2改变；上位机对探测器记 录的中子强度进行高斯拟