[發明專利]一種微波輻射效應的SR-CT無損檢測裝置

有效

• 申請號: 201410097312.9
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103837554A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 許峰;胡小方;李永存
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孟卜娟;盧紀

技術領域

本發明涉及一種微波輻射極端條件下材料內部微觀特征及其演化的微納尺度同步輻射CT（“同步輻射CT”簡稱“SR-CT”）無損檢測裝置，應用于生物醫學材料、航空材料、納米材料等先進材料在微波輻射效應作用下其微觀特征及其演化過程的三維、無損、原位在線觀測和分析，是材料科學、物理化學、生物以及無損檢測技術等多學科交叉領域中的實驗檢測平臺。

背景技術

微波由于其似光性、穿透性和非電離性等特點，被廣泛應用于雷達通信、醫學、生物學、工業生產、科學研究以及日常生活等諸多方面。其中，微波在生物醫學、工業生產等方面的應用是利用了微波輻射效應能夠改變材料內部的微觀特征，這些微觀特征是決定材料使用性能的本質原因。因此，要深入了解微波輻射效應并掌握該技術在各領域中的應用，必須對微波輻射效應作用下材料內部微觀特征及其演化過程進行微納尺度下的三維、無損、原位在線觀測和分析。然而，由于受微波的高溫和強輻射等極端條件的制約，采用傳統實驗觀測技術（如掃描電鏡、透射電鏡等）來對材料內部微觀特征及其演化進行三維、無損、原位在線觀測存在較大的技術難題，尤其是微波輻射對這些儀器和人體造成的破壞和損害更是增加了檢測的技術難度。

SR-CT技術是一種先進的非接觸式材料無損檢測技術，具有無損檢測、實時跟蹤和三維觀測等諸多優越特性，且其分辨率可達到納米量級。設計一套材料微波輻射效應的SR-CT無損檢測實驗平臺，能夠實現材料在微波輻射作用下對其微觀特征及其演化過程進行三維、實時、無損的動態觀測和分析，這不僅能夠為生物醫學材料、航空材料、納米材料等先進材料的微波輻射效應研究提供有力的實驗技術支持，而且也將為其他行業中與微波輻射效應相關的材料內部微觀特征探測與表征提供一個良好的檢測平臺。然而，設計一套該檢測裝置需要克服諸多技術難題，目前在國際上尚未見到與該檢測裝置相關的報道。

為實現在高溫及微波輻射效應作用下對材料內部微納尺度結構特征及其演化過程的SR-CT在線觀測和微觀機理分析，本發明提供一種微波輻射效應的SR-CT無損檢測裝置。

該裝置將在國家大型同步輻射實驗平臺上進行工作。根據微波技術、同步輻射CT原理（詳見“具體實施方式”部分）以及同步輻射實驗平臺的工作環境，本裝置需要解決的問題包括：1）裝置結構及其尺寸與同步輻射實驗環境的匹配；2）如何在滿足同步輻射X光源能夠穿過材料的前提下，實現小尺寸材料（微納米SR-CT技術要求其直徑在2mm以內）的有效加熱、保溫、測溫、氣氛保護和防止微波泄漏；3）如何實現材料在微納米同步輻射CT實驗過程中的精確定位和連續高精度旋轉。下面將對這些問題作簡要介紹，并提出相應的技術方案。

發明內容

針對上述技術難題，本發明提出了一種微波輻射效應的SR-CT無損檢測裝置，包括五部分：X光源及光路、微波輻射系統、保溫及測溫系統、多維精密位移電控旋轉系統和圖像采集及重建系統。本發明的改進主要在于微波輻射系統及多維精密位移電控旋轉系統兩個方面。

第一部分：X光源及光路

如圖4所示，X射線由X光源產生，并按照固定的光路傳播。

第二部分：微波輻射系統（圖3）

微波輻射系統的主要包括以下部件：微波源及微波源保護控制系統、波導、微波輻射腔體。各部件之間通過法蘭連接，具體組裝方式見圖3。

微波源及微波源保護控制系統（圖3標號1部分）是微波發生裝置，產生微波的頻率是2450±50MHz，功率在0～3kW范圍內連續可調。

波導（圖3標號2部分）是傳輸微波的裝置，本發明中使用的波導均為標準BJ22型，波導長度根據微波源到微波輻射腔體的實際距離設計。

微波輻射腔體（圖3標號3至標號15部分）是對材料進行微波輻射的裝置，主要由六面金屬壁（標號7）包圍形成矩形空腔，同時頂面預留微波饋入端口，一個側面上設計爐門（標號12），與爐門相鄰的兩個側面上各有一個通光孔（標號11），與爐門相對的側面上有一個測溫孔（標號8），底面上有一個剛玉柱通孔（標號13）；此外還有調節微波輻射腔體高度的升降底座（標號10）。

第三部分：保溫及測溫系統

保溫及測溫系統包括以下部件：雙層保溫結構、紅外測溫系統。雙層保溫結構是減少微波輻射腔體中熱量散失的裝置，包括緊貼微波輻射腔金屬壁的外層保溫結構（4、6）和倒扣于微波輻射腔體底部轉軸孔上的內層保溫結構（如圖1所示）；紅外測溫系統（9）是測量樣品溫度的裝置，位于測溫孔（8）外側；

第四部分：多維精密位移電控旋轉系統（如圖2所示）