• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1989005450A1
    申请号:PCT/EP1988/001091
    申请日:1988-12-01
    公开日:1989-06-15
    发明作者:Thomas Wroblewski；Jörg IHRINGER
    申请人:Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy；
    IPC主号:G01L1-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zur berührungsfreien Messung mechanischer Spannungen an schnell bewegten Objekten mit kristalliner Struktur
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    [0003] Spannungen in Festkörpern können bestimmt werden, indem man die durch sie hervorgerufenen Änderungen im Kristallgefüge untersucht. Hierzu werden Röntgenreflexe als Funktion der Probenstellung und der auf die Probe wirkenden Spannungen vermessen. Man nennt dies Polyfigurenanalyse. Bisher konnten mit diesen Verfahren nur ruhende Proben untersucht werden, da eine Verschiebung der Probe zu einer Verschiebung des Reflexes führt. Dies führt dazu, daß der von der Probe oder dem zu untersuchenden Objekt "reflektierte" Röntgen- oder Korpuskularstrahl nicht mehr in den unter festem Ortswinkel angeordneten Detektor fällt.
    [0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit denen die mechanischen Spannungen in sich schnell bewegenden Objekten berührungsfrei ermittelt werden können.
    [0005] Zur Losung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merk- male des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Ober¬ begriff. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den ünteransprüchen.
    [0006] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    [0007] Figur 1 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und
    [0008] Figur 2 eine Aufzeichnung zweier mit der Vorrichtung nach Figur 1 ermittelter winkelabhängiger Strahlungs¬ intensitäten.
    [0009] Gemäß Figur 1 wird eine zu untersuchende Probe oder ein Objekt S im Mittelpunkt eines Goniometer-Kreisbogens ange¬ ordnet, auf dem ein Gehäuse H um den Ort des Objekts S schwenkbar ist. In dem Gehäuse H sind ein Kollimator SC, ein Analysator-Kristall A und ein Detektor D angeordnet, die weiter unten näher beschrieben werden.
    [0010] Von einer nicht dargestellten Strahlenquelle, die beispiels¬ weise Röntgen-, Elektronen- oder Neutronenstrahlen aussendet, wird ein Strahl durch ein Spaltsystem SS über einen Doppelkristall-Monochromator DCM als monochromatische Strah- lung auf das Objekt S gerichtet. Der Doppelkristall-Mono- chromator DCM dient dabei einmal zur Erzeugung einer monochromatischen Strahlung und zum anderen zur Erzeugung eines parallelversetzten Strahls, um das Objekt S etwa in Verlängerung des auf dem Spaltsystem SS austretenden Strahls anordnen zu können. Eine Ionisationskammer IC ist räumlich zwischen dem Doppelkristall-Monochromator DCM und dem Objekt
    [0011] 5 angeordnet, durch die der Strahl läuft und die zur Messung der Strahlintensität dient.
    [0012] Der von der Probe S "reflektierte" Strahl tritt in das Gehäuse H ein und durchsetzt in einer Ausführung einen Soller-Kollimator SC, der parallel zur Beugungsebene angeord¬ nete Folien aufweist, die sich in Strahlrichtung erstrecken. Der Soller-Kollimator SC dient dazu, die Divergenz der an der Probe gestreuten Strahlung senkrecht zur Beugungsebene zu begrenzen.
    [0013] Der Analysator-Kristall A ist entweder ein Einkristall- plättchen, eine Mosaikkristallplatte oder ein synthetischer Mehrschichtkristall "Multilayer" , die in dem Gehäuse H spannungsfrei an einem schwenkbaren Träger angebracht ist. Dies ermöglicht eine Ausrichtung des Analysator-Kristalls sowohl in Richtung auf die Öffnung 0 des Gehäuses H, als auch in Richtung auf die Eintrittsachse des Detektors D. Der Detektor D ist im Gehäuse H ebenfalls zweckmäßigerweise derart ausrichtbar, so daß zwischen dem Analysator-Kristall A und dem Detektor D eine feste inkelbeziehung herstellbar ist, die dem Glanzwinkel ι9> des verwendeten Analysator-Kristalls A für die am Monochromator eingestellte Wellenlänge ent- spricht. Als Analysator-Kristall kommt beispielsweise ein Silicium- oder Germanium-Mosaikkristall mit der Orientierung 111 und den Abmessungen 30 x 60 mm mit einer Dicke von etwa
    [0014] 6 mm in Frage. Als Detektor D verwendet man beispielsweise übliche Szinti- lationszähler, es lassen sich jedoch auch beliebige für die verwendete Strahlung empfindliche Detektoren wie eine Ioni¬ sationskammer, ein Halbleiterdetektor oder ein Proportional- zählrohr einsetzen.
    [0015] Arbeitsweise
    [0016] Zuerst wird ein für die Untersuchung eines sich bewegenden Objekts S in Größe, Art und Form geeigneter Analysator- Kristall A ausgewählt und in dem Gehäuse H montiert. Der Bragg'sche Glanzwinkel "U* ist für derartige Kristalle bekannt, so daß der Analysator unter dem Glanzwinkel -ß* in bezug auf den Detektor D justierbar ist. Die Justierung erfolgt dabei durch Drehen des Analysatortragers um eine Achse, die senkrecht auf die Ebene des Goniometer-Kreis¬ bogens und damit senkrecht auf die Zeichenebene steht. Anschließend wird das zu untersuchende Objekt an der Stelle S angeordnet. Hierauf kann das Spaltsystem SS geöffnet .und das Objekt S mit monochromatischer Strahlung bestrahlt werden. Nun wird das Gehäuse H entlang dem nicht darge¬ stellten Goniometer-Kreisbogen geschwenkt, wobei die in den Detektor fallende Strahlungsintensität als Funktion des Winkels 2Θ aufgezeichnet wird. Wenn Spannungen an dem zu untersuchenden Objekt S auftreten, dann verändert sich die Gitterstruktur und damit die Gitterkonstante des zu unter¬ suchenden Objekts, was zu einer Veränderung des Netzebenen- abstandes in dem zu untersuchenden Objekt führt. Dies verändert aber auch den "Reflexionswinkel" , was man durch Änderung der Intensität des "reflektierten" Strahls erkennt.
    [0017] Nimmt man, durch Schwenken des Gehäuses H auf dem Gonio¬ meter-Kreisbogen, ein Beugungsdiagramm (Intensität als Funktion des Winkels) des ruhenden Objekts und ein Beugungs- diagramm des bewegten Objekts auf, so kann man aus der Dif ferenz der beiden Beugungsdiagramme die unter dem Einf luß von Spannungen erfolgende Veränderung der Gitterkonstanten α er¬ mitteln , denn es gilt die Beziehung :
    [0018]
    [0019] Darin ist "d" der Netzebeneabstand, "θ " der Beugungswinkel und "λ '1 die Wellenlänge des monochromatischen Strahls.
    [0020] Ferner besteht zwischen dem Netzebenenabstand d und der Gitterkonstanten a die Beziehung:
    [0021]
    [0022] worin h, k und 1 die Miller1 sehen Indices sind.
    [0023] Figur 2 zeigt die Kurven für die Vermessung des Rotors einer Turbopumpe, der aus Aluminium bestand. Dabei wurde der Aluminium-Reflex für die Indices 333 und 511 vermessen. Die Untersuchung erfolgte mit einem Röntgenstrahl der Energie von 8,63 keV mit einer Wellenlänge von 0,1437 nm. Der Röntgenstrahl traf auf die Wurzeln der Turbinenschaufeln. Bei laufender Turbine wurde gegenüber der ruhenden Turbine eine deutliche Verschiebung des Reflexes zu höheren Winkeln gemessen. Dies entspricht einer Verkleinerung der Gitter¬ konstanten aufgrund von Querkontraktionen senkrecht zu der durch die Fliehkraft gegebenen Zugrichtung. Die dargestell- ten Kurven stellen eine Mittelung über alle Schaufeln dar, es wird jedoch darauf hingewiesen, daß auch stroboskopische Messungen möglich sind, so daß man mit hochgenauer Ortsauf- lösung messen kann. Die Genauigkeit des Verfahrens kann noch wesentlich dadurch erhöht werden, daß man zu kleineren Beugungswinkeln geht. Dabei wurden bereits Halbwertsbreiten von 0,01 Grad gemessen.
    [0024] Ebenso kann die Genauigkeit des Verfahrens durch Verwendung anderer Monochromatoren und Analysatorkristalle bzw. Reflexe erhöht werden (z.B. Germanium 511-Orientierung) .
    [0025] Schließlich ist es in einer weiteren Ausführung auch möglich, anstelle des Analysator-Kristalls A einen Soller- Kollimator SC1 mit zur Strahlrichtung parallelen Folien, die jedoch senkrecht auf die Schwenkebene des Detektors D (und damit senkrecht auf die Zeichenebene) stehen, vor dem Detektor anzuordnen und gemeinsam mit dem Detektor D unter Beibehaltung der Ausrichtung zueinander auf dem Goniometer- Kreisbogen zu schwenken. Der Winkel zwischen der Mittellinie von Soller-Kollimator SC und Detektor D beträgt in diesem Fall 0°.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zur berührungsfreien Messung mechanischer Spannungen an schnell bewegten Objekten mit kristal¬ liner Struktur, bei dem ein monochromatischer Röntgen- oder Korpuskularstrahl auf ein zu untersuchendes Objekt (S) geleitet und von dessen Netzebenen in Richtung auf einen Detektor (D) abgelenkt wird, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Strahl von einem Analy¬ sator-Kristall (A) in den Detektor (D) gelenkt wird daß der Analysator-Kristall (A) und der Detektor (D) in einer festen Winkelbeziehung zueinander gehal¬ ten werden; und daß der Analysator-Kristall (A) zusam¬ men mit dem Detektor (D) um das zu untersuchende Objekt (S) auf einem Goniometer-Kreisbogen geschwenkt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Analysator-Kristalls (A) ein Soller- Kollimator (SC) zusammen mit dem Detektor (D) auf dem Goniometer-Kreisbogen geschwenkt wird, und daß man im Soller-Kollimator (SC) Folien einsetzt, die parallel zum Strahl und senkrecht zur Schwenkebene angeordnet sind.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Analysator-Kristall (A) bezüglich der Einfallsachse des Detektors (D) unter dem Bragg' sehen Glanzwinkel {~f>) ausrichtet und justiert.
    4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analysator-Kristall (A) oder ein Soller-Kolli¬ mator (SC) und ein Detektor (D) in fester Winkelbezie¬ hung zueinander einstellbar und gemeinsam um den Ort des zu untersuchenden Objekts (S) auf einem Gonio¬ meter-Kreisbogen schwenkbar sind.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Kollimator (SC) im Strahlengang vom Objekt (S) zum Analysator-Kristall (A) angeordnet ist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Kollimator (SC) ebenfalls ein Soller- Kollimator ist, dessen Folien parallel zur Schwenk¬ ebene angeordnet sind.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    RU2253861C2|2005-06-10|Устройство и способ для обнаружения неразрешенных предметов
    JP3944330B2|2007-07-11|Ｘ線回折装置及びｘ線ロッキングカーブの測定方法
    Bowen et al.1998|High resolution X-ray diffractometry and topography
    US5724401A|1998-03-03|Large angle solid state position sensitive x-ray detector system
    DE602004001795T2|2007-08-16|Röntgendiffraktometer für Messungen bei streifendem Einfall, das zwischen Messungen in der Ebene und ausserhalb der Ebene hin und her geschaltet werden kann
    US5923720A|1999-07-13|Angle dispersive x-ray spectrometer
    EP1095259B1|2008-02-13|Spektroskopisches ellipsometer
    TWI414752B|2013-11-11|用於分析樣本之裝置及方法
    EP0808468B1|2002-11-06|Einrichtung zur roentgenstrahlenuntersuchung
    Bennett et al.1960|Precision measurement of absolute specular reflectance with minimized systematic errors
    US6041098A|2000-03-21|X-ray reflectometer
    US7352845B2|2008-04-01|Energy dispersion type X-ray diffraction/spectral device
    US6442233B1|2002-08-27|Coherent x-ray scatter inspection system with sidescatter and energy-resolved detection
    US6697454B1|2004-02-24|X-ray analytical techniques applied to combinatorial library screening
    US7076024B2|2006-07-11|X-ray apparatus with dual monochromators
    Iida et al.1993|Synchrotron X-ray muprobe and its application to human hair analysis
    Dudin et al.2010|Angle-resolved photoemission spectroscopy and imaging with a submicrometre probe at the SPECTROMICROSCOPY-3.2 L beamline of Elettra
    EP0197157B1|1991-07-10|Verfahren zur bestimmung der dicke und der zusammensetzung eines legierungsfilms
    US20040156474A1|2004-08-12|X-ray reflectometry with small-angle scattering measurement
    US3980568A|1976-09-14|Radiation detection system
    TWI536014B|2016-06-01|用於分析來自傾斜層的ｘ射線繞射之方法及設備
    US7130376B2|2006-10-31|X-ray reflectometry of thin film layers with enhanced accuracy
    US7680243B2|2010-03-16|X-ray measurement of properties of nano-particles
    EP0117293B1|1989-03-08|Verfahren zur Spannungsmessung durch Röntgenstrahlendiffraktometrie
    US8548123B2|2013-10-01|Method and apparatus for using an area X-ray detector as a point detector in an X-ray diffractometer
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3740614C1|1988-12-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1989-06-15| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1989-06-15| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CH FR GB |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]