一種x射線螢光分析系統的製作方法

2023-05-20 00:10:11

專利名稱：一種x射線螢光分析系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及X射線分析技術，特別涉及一種X射線螢光分析系統。
背景技術：
X射線螢光分析是現代分析技術的一種重要手段，它主要由X射線槍、探測系統以 及數據處理模塊構成，X射線槍發出原級高能量X射線對被測樣品輻射，樣品中每一種元素 的原子均處於激發態，根據玻爾理論，電子發生能級躍遷，最終釋放出X射線螢光，不同的 元素所放射出的X螢光具有特定的能量特性或波長特性，探測器接收X螢光，定量的分析出 樣品中每種元素的種類及含量。利用X射線螢光系統，可分析固態、液態和氣態等各種形態得物質，理論上可以測 量元素周期表中的每一種元素，並且具有無損、快速、環保、無汙染、低成本、操作簡單的優 點，因此廣泛應用於金屬冶煉、五金加工、採礦、考古、造紙、稀土、電子電器、商檢、石化、建 材、鋼鐵、水泥、化工、環保、醫藥、實驗室和科研院校等領域。

發明內容
本發明的目的是提供一種穩定性好、測量精度高的X射線螢光分析系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種X射線螢光分析系統，包括承 載待測樣品的基臺、發出原級X射線轟擊待測樣品的X射線槍以及接收X螢光的探測器，探 測器上依次連接有前置放大器、對被放大的模擬信號進行降噪、整形和數字轉換的DPU處 理器、對轉換的數位訊號進行二次處理的計算機，所述計算機通過分析系統模塊完成數據 計算處理並通過顯示器顯示結果，所述的DPU處理器包括順序連接的放大整形模塊、ADC轉 換模塊、數字脈衝整形模塊、譜線圖形成邏輯模塊、存儲器和uPC單片機接口邏輯電路，所 述的ADC轉換模塊和譜線圖形成邏輯模塊之間還連接有脈衝選擇邏輯處理模塊，譜線圖形 成邏輯模塊還連接有DAC轉換硬體調試電路。其中，計算機及分析系統模塊依次通過元素識別標定、光譜平滑處理、逃逸峰處 理、堆積處理、背景移除處理、康普頓波峰處理、去卷積非線性處理、譜線強度提取、譜線積 分與迭代處理、譜線高斯處理、標準去卷積處理和基本參數法處理完成全部的數位訊號運 算，從而給出譜線圖和最終數據結果。此外，還包括直流的總電源模塊，該總電源模塊輸出連接有多通道電源模塊和高 壓電源模塊，多通道電源模塊分別為探測器、前置放大器和DPU處理器提供工作電源，高壓 電源模塊為X射線槍提供工作需要的高壓。本發明的有益效果是在對樣品進行元素檢測分析時，將樣品放置在基臺上，DPU 處理器、計算機及分析系統模塊可完成全部的數字運算，通過顯示器直接顯示出元素的含 量，穩定性好，且測量精度高。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明DPU處理器的結構示意圖；圖3是本發明DPU的輸入信號波形；圖4是本發明分析系統模塊的結構框圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。參照圖1、圖2所示，一種X射線螢光分析系統，包括承載待測樣品的基臺2、發出 原級X射線轟擊待測樣品的X射線槍1以及接收X螢光的探測器3，探測器3上依次連接有 前置放大器4、對被放大的模擬信號進行降噪、整形和數字轉換的DPU處理器5、對轉換的數 字信號進行二次處理的計算機6，其中，所述的計算機6通過分析系統模塊11完成數據計 算處理並通過顯示器12顯示結果，所述的DPU處理器5包括順序連接的放大整形模塊51、 ADC轉換模塊52、數字脈衝整形模塊53、譜線圖形成邏輯模塊55、存儲器56和uPC單片機 接口邏輯電路57，所述的ADC轉換模塊52和譜線圖形成邏輯模塊55之間還連接有脈衝選 擇邏輯處理模塊M，譜線圖形成邏輯模塊55還連接有DAC轉換硬體調試電路58，此外，本 分析系統還包括直流的總電源模塊9，為整個系統提供電源，總電源模塊9輸出連接有多通 道電源模塊8和高壓電源模塊10，多通道電源模塊8分別為探測器3、前置放大器4和DPU 處理器5提供工作電源，高壓電源模塊10為X射線槍1提供工作需要的高壓，所述的計算 機6上連接有控制接口 7，該控制接口 7同時與總電源模塊9、多通道電源模塊8和高壓電 源模塊10連接，控制接口 7完成計算機6的控制信號的轉換工作。X射線槍1發出原級X射線，轟擊基臺2上的待測樣品，待測樣品的原子由於X射 線的輻射而產生核外電子的能級躍遷，進而產生次級輻射-X螢光，X螢光被探測器3接收， 通過前置放大器4進入DPU處理器5，前置放大器4的輸入信號波形如圖3所示，根據量子 物理的相關知識，X螢光是以光子的形式表現的，探測器3接收到每一個X螢光光子將產生 一個脈衝，接收的脈衝數量代表X螢光光子的數量，和對應此種X螢光的元素有一定的比例 關係，經過對比分析就可以定量的分析出樣品中元素的含量，DPU處理器5輸出的多道數字 信號通過USB或RS232進入計算機6進行二次處理。所述的探測器3和前置放大器4安裝 於密閉的金屬殼內，藉此提高信噪比和抗幹擾性。計算機6及分析系統模塊11依次通過元素識別標定、光譜平滑處理、逃逸峰處理、 堆積處理、背景移除處理、康普頓波峰處理、去卷積非線性處理、譜線強度提取、譜線積分與 迭代處理、譜線高斯處理、標準去卷積處理和基本參數法處理完成全部的數位訊號運算，從 而給出譜線圖和最終數據結果，最終在顯示器12上顯示。分析系統模塊11的結構如圖4所示，根據實際要求，從使用角度，分析系統模塊11 可分為三大部分參數設置部分、光譜採集部分以及數據處理部分。在參數設置模塊中，為了提高該系統的適應性，通信速率、通道數、採集模式、採集 閾值、採集時間以及增益、偏置等均設為可調，以適應多種光譜的採集要求。在測試開始之前，還必須對系統進行校準，分兩部分a)、譜線校準，即將系統中定義的譜線位置對準到標準位置。
b)、處理參數校準，校準方法的基本原理其遵守如下的數學模型。Yi = Xi/Ci其中Yi為儀器靈敏度，Xi為實測光譜強度，Ci為實際含量。用標樣測定儀器對各種元素的靈敏度，自動計算出各個測量係數。光譜採集處理是自動完成的，當點擊光譜採集按鈕後，系統開始採集光譜數據，並 記錄所得數據，當採樣達到預設的終止時間時，系統會自動停止並自動分析測量結果。上述如果系統設定為手動分析，也可施加人工幹預，若人工沒有幹預，則系統自動 完成全部工作。本發明在對樣品進行元素檢測分析時，將樣品放置在基臺2上，DPU處理器5、計算 機6及分析系統模塊11可完成全部的數字運算，通過顯示器12直接顯示出元素的含量，並 可列印數據報告。
權利要求
1.一種X射線螢光分析系統，包括承載待測樣品的基臺(2)、發出原級X射線轟擊待測 樣品的X射線槍⑴以及接收X螢光的探測器(3)，探測器(3)上依次連接有前置放大器(4)、對被放大的模擬信號進行降噪、整形和數字轉換的DPU處理器(5)、對轉換的數位訊號 進行二次處理的計算機(6)，所述計算機(6)通過分析系統模塊(11)完成數據計算處理並 通過顯示器(12)顯示結果，其特徵在於所述的DPU處理器(5)包括順序連接的放大整形 模塊(51)、ADC轉換模塊(52)、數字脈衝整形模塊(53)、譜線圖形成邏輯模塊(55)、存儲器 (56)和uPC單片機接口邏輯電路(57)，所述的ADC轉換模塊(52)和譜線圖形成邏輯模塊 (55)之間還連接有脈衝選擇邏輯處理模塊(54)，譜線圖形成邏輯模塊(55)還連接有DAC 轉換硬體調試電路(58)。
2.根據權利要求1所述的一種X射線螢光分析系統，其特徵在於，計算機(6)及分析 系統模塊(11)依次通過元素識別標定、光譜平滑處理、逃逸峰處理、堆積處理、背景移除處 理、康普頓波峰處理、去卷積非線性處理、譜線強度提取、譜線積分與迭代處理、譜線高斯處 理、標準去卷積處理和基本參數法處理完成全部的數位訊號運算，從而給出譜線圖和最終 數據結果。
3.根據權利要求1或2所述的一種X射線螢光分析系統，其特徵在於，還包括直流的總 電源模塊(9)，該總電源模塊(9)輸出連接有多通道電源模塊(8)和高壓電源模塊(10)，多 通道電源模塊(8)分別為探測器(3)、前置放大器(4)和DPU處理器(5)提供工作電源，高 壓電源模塊(10)為X射線槍(1)提供工作需要的高壓。
4.根據權利要求3所述的一種X射線螢光分析系統，其特徵在於，所述的計算機(6)上 連接有控制接口(7)，該控制接口(7)同時與總電源模塊(9)、多通道電源模塊(8)和高壓 電源模塊(10)連接。
5.根據權利要求4所述的一種X射線螢光分析系統，其特徵在於，所述的探測器(3)和 前置放大器(4)安裝於密閉的金屬殼內。
6.根據權利要求5所述的一種X射線螢光分析系統，其特徵在於，所述的DPU處理器(5)通過USB接口或RS232接口與計算機(6)連接。
全文摘要
本發明公開了一種X射線螢光分析系統，包括承載待測樣品的基臺、發出原級X射線轟擊待測樣品的X射線槍以及接收X螢光的探測器，探測器上依次連接有前置放大器、DPU處理器和計算機，所述的DPU處理器包括順序連接的放大整形模塊、ADC轉換模塊、數字脈衝整形模塊、譜線圖形成邏輯模塊、存儲器和uPC單片機接口邏輯電路，所述的ADC轉換模塊和譜線圖形成邏輯模塊之間還連接有脈衝選擇邏輯處理模塊，譜線圖形成邏輯模塊還連接有DAC轉換硬體調試電路；本發明在對樣品進行元素檢測分析時，將樣品放置在基臺上，DPU處理器、計算機及分析系統模塊可完成全部的數字運算，通過顯示器直接顯示出元素的含量，穩定性好，且測量精度高。
文檔編號G01N23/223GK102087230SQ20091024993
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月7日 優先權日2009年12月7日
發明者韓曉朋 申請人:楊培全, 梁志宏, 韓曉朋