一種上照式x螢光光譜儀及其控制方法
2023-04-27 10:02:26
一種上照式x螢光光譜儀及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種上照式X螢光光譜儀及其控制方法。該上照式X螢光光譜儀包括光管安裝單元、探測器單元、準直器、高壓組件單元、可移動樣品平臺、氦氣充氣單元、控制單元與通道校正單元；通道校正單元包括複合校正片，可移動樣品平臺在光管和準直器的下方水平設置。測試時，先通過通道校正單元校正，然後啟動高壓組件單元，激發光管產生X射線穿過準直器，以90°入射角度照射到樣品表面，產生的X螢光信號被探測器接收。本發明屬於上照式，可避免X射線激發樣品產生的散射螢光對光路的汙染，同時提高X射線的穿透能力，還可實現X射線備壓控制及光譜儀自動校正，且精度高、速度快、穩定性好、實時性強、計算量小、通用性強。
【專利說明】一種上照式X螢光光譜儀及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種X螢光光譜儀，特別是涉及一種上照式X射線螢光光譜儀，屬於X螢光光譜儀製造領域。
[0002]本發明還涉及一種X螢光光譜儀的控制方法，特別涉及一種可實現X射線備壓控制及光譜儀自動校正的控制方法。
【背景技術】
[0003]X螢光光譜儀是一種主要用於化學元素定性和定量分析的儀器，其分析元素範圍一般為(n)Na-(92)U，其優點是分析速度快，可以進行非破壞性分析、現場分析、在線分析及原位分析，因此應用領域非常廣泛。
X射線由於其具有巨大的能量，穿透力很強，所以傳統光學器件不能影響其光路方向，所以X射線光管產生的射線無法進行聚焦，由於散射原因導致照射至待測樣品的X射線能量很低，對於待測物品的能量激發不夠充分。目前市場上的X螢光光譜儀普遍採用45°角照射135°角接收檢測信號的方案，導致X射線的能量不能夠完全用於激發被測物品的電子能量，尤其是針對有鍍層或多層待測樣品，X射線穿透厚度及穿透強度由於入射角度的影響達不到使用要求。
[0004]目前X射線的激發主要由高壓組件單元激發X射線光管完成，對光管提供50Kv的加速電壓，當燈絲通入電流時燈絲髮熱並釋放高速電子，高速電子撞擊金屬靶材產生X射線及大量的熱量，如此，每次檢測開始時都會重複以上過程，由於每次檢測過程高壓都必須重新啟動並重新激發射線，使光管及高壓組件單元處於頻繁的啟停狀態中，對高壓組件單元及光管壽命都有巨大影響，所以高壓組件單元及X射線光管是螢光光譜儀最易損的器件。因此，市場上急需提供一種X射線備壓控制方法，保護高壓組件單元和X射線光管，延長其使用壽命。
[0005]另外，在校正時，現有的X射線螢光光譜儀都是採用外配校正片的方案定期由人工完成校正，校正片一般為高純度金屬標準品，一般一種校正片只能校準一類通道，所以設備都配有多個校正片，校正片體積小、價格昂貴，易丟失。各公司由於員工及制度等問題，經常無法準確判斷校正的時間，容易出現未能定期完成校正工作從而導致系統檢測結果出現偏差的問題。因此，市場上也急需一種光譜儀自動校正方法。
[0006]因此，需要提供一種靈活、精度高、速度快、穩定性好、實時性強、方法簡單、計算量小、通用性強、檢測厚度達到市場認可的上照式X螢光光譜儀，以及一種可實現X射線備壓控制及光譜儀自動校正的控制方法。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種靈活、精度高、速度快、穩定性好、實時性強、方法簡單、計算量小、通用性強、檢測厚度達到市場認可的上照式X螢光光譜儀。[0008]與此相應，本發明另一個要解決的技術問題是提供一種可實現X射線備壓控制及光譜儀自動校正的上照式X螢光光譜儀的控制方法。
[0009]就上照式X螢光光譜儀設備結構而言，本發明解決上述技術問題的技術方案為: 一種上照式X螢光光譜儀，與一安裝有測量軟體的電腦連接配合使用，其包括光管安
裝單元、探測器單元、準直器、高壓組件單元、可移動樣品平臺、開關電源，所述開關電源與高壓組件單元相連接，其特徵在於，所述上照式X螢光光譜儀還包括氦氣充氣單元、成像單元、控制單元與通道校正單元；
所述成像單元位於所述準直器的下方；
所述控制單元包括PID控制器、上位機單元、下位機單元、下位機控制板與上位機軟體；用來控制高壓組件單元的啟動和停止、攝像頭的開關、探測器的接收和關閉、開關指示燈的亮滅，同時負責監控儀器各個部件的使用狀態。
[0010]所述通道校正單元包括複合校正片，所述複合校正片位於探測器的前端，使探測器能夠同時接收到兩種校正片的信號，從而既可以校正高通道也可以校正低通道。
[0011]所述可移動樣品平臺在所述光管和準直器的下方水平設置。
[0012]其中，所述氦氣充氣單元包括氦氣管,採取用氦氣管對樣品檢測區內充氦氣的方式，排除空氣中其他元素對測量樣品的幹擾，提高測量輕元素的準確性。
[0013]作為本發明的優選方案之一，所述光管安裝單元包括光管與光管支架，所述光管由所述光管支架支撐，所述光管上方還設置有一光管散熱片，用於光管散熱，所述光管通過卡筋與光管散熱片固定連接。
[0014]作為本發明的優選方案之一，所述探測器單元包括探測器、用於支撐所述探測器的探測器安裝支架，所述探測器所在平面與所述光管和準直器所在平面相交成45°。
[0015]作為本發明的優選方案之一，所述準直器位於所述光管的正下方且與所述光管垂直放置，所述光管安裝單元和準直器的下方還水平設置有一中承板，用於支撐光管安裝單元、準直器及探測器單元。
[0016]其中，所述光管採用微焦點鈹窗X射線光管，所述探測器是高解析度的快速矽漂移探測器，所述準直器是帶有聚焦功能的晶體準直器，實現對X射線的大部分反射功能，提高測試樣品的X射線的能量強度。
[0017]作為本發明的優選方案之一，所述成像單元包括反射鏡片、攝像頭、雷射定位器，所述反射鏡片與水平面相交45°設置，位於所述準直器的正下方，並通過一鏡子支架固定，用於反射樣品的成像；所述攝像頭水平設置，通過一對相互配合使用的攝像頭固定塊固定，位於反射鏡片的一側部，沿水平方向拍攝反射鏡片中的圖像，通過通信傳輸在用戶使用軟體的視頻窗口中顯示；所述雷射定位器設置於一雷射安裝塊上，並位於所述光管支架的下方、所述準直器的一側部，用於確定樣品測試點的位置。
[0018]優選的，所述可移動樣品平臺包括一主支撐架、一上下移動平臺、一前後移動平臺與一底座，所述主支撐架上設置有一平臺限位塊，來決定上下移動的最高限度。
[0019]就上照式X螢光光譜儀的控制方法而言，本發明解決上述技術問題的技術方案為:
使用上述上照式X螢光光譜儀，進行如下操作步驟:
(I)將安裝有測量軟體的電腦與所述上照式X螢光光譜儀連接，預熱儀器，若預熱失敗，則返回重新連接儀器；
(2)預熱成功後，儀器自動採用通道校正單元校正，若校正失敗，則重新設置校正參數或檢查校正片位置，重新校正；
(3)校正成功後，進入系統測試，上位機單元向下位機單元發送啟動備壓控制指令，PID控制器提升高壓值，高壓值達到給定高壓後，高壓處於穩定狀態，備壓結束；
(4)高壓組件單元驅動光管發射X射線，產生的X射線垂直照射到樣品表面的待測點，激發樣品產生螢光，探測器接收產生的螢光信號，並發送給上位機單元，上位機軟體進行算法處理，得到測量結果；若探測器接收信號失敗，即發生通信中斷，上位機單元向下位機單元發送啟動備壓控制的指令，PID控制器降低高壓值，高壓處於穩定狀態，控制過程結束，等待故障確認後重新測試；
(5)測試完成後，上位機單元向下位機單元發送啟動備壓控制指令，PID控制器降低高壓值，高壓處於穩定狀態，控制過程結束。
[0020]進一步的，在步驟(2)中，假設峰位用P表示，峰漂移用AP表示，r為峰漂移粗調整係數，t為峰漂移細調整係數，通過兩種校正金屬所在通道的峰漂移現象，則可計算得到:
【權利要求】
1.一種上照式X螢光光譜儀，與一安裝有測量軟體的電腦連接配合使用，其包括光管安裝單元、探測器單元、準直器、高壓組件單元、可移動樣品平臺、開關電源，所述開關電源與高壓組件單元相連接，其特徵在於，所述上照式X螢光光譜儀還包括氦氣充氣單元、成像單元、控制單元與通道校正單元； 所述成像單元位於所述準直器的下方； 所述控制單元包括PID控制器、上位機單元、下位機單元、下位機控制板與上位機軟體； 所述通道校正單元包括複合校正片； 所述可移動樣品平臺在所述光管和準直器的下方水平設置。
2.根據權利要求1所述的一種上照式X螢光光譜儀，其特徵在於，所述光管安裝單元包括光管與光管支架，所述光管由所述光管支架支撐，所述光管上方還設置有一光管散熱片，所述光管通過卡筋與光管散熱片固定連接。
3.根據權利要求1所述的一種上照式X螢光光譜儀，其特徵在於，所述探測器單元包括探測器、用於支撐所述探測器的探測器安裝支架，所述探測器所在平面與所述光管和準直器所在平面相交成45°。
4.根據權利要求1所述的一種上照式X螢光光譜儀，其特徵在於，所述準直器位於所述光管的正下方且與所述光管垂直放置，所述光管安裝單元和準直器的下方還水平設置有一中承板。
5.根據權利要求1所述的一種上照式X螢光光譜儀，其特徵在於，所述成像單元包括反射鏡片、攝像頭、雷射定位器，所述反射鏡片與水平面相交45°設置，位於所述準直器的正下方，並通過一鏡子支架固定，所述攝像頭水平設置，通過一對相互配合使用的攝像頭固定塊固定，位於反射鏡片的一側部，所述雷射定位器設置於一雷射安裝塊上，並位於所述光管支架的下方、所述準直器的一側部。
6.根據權利要求1所述的一種上照式X螢光光譜儀，其特徵在於，所述可移動樣品平臺包括一主支撐架、一上下移動平臺、一前後移動平臺與一位於底部的底座，所述主支撐架上設置有一平臺限位塊。
7.—種上照式X突光光譜儀的控制方法,其特徵在於,使用權利要求1-6任一項所述的上照式X螢光光譜儀，進行如下操作步驟: (1)將安裝有測量軟體的電腦與所述上照式X螢光光譜儀連接，預熱儀器，若預熱失敗，則返回重新連接儀器； (2)預熱成功後，儀器自動採用通道校正單元校正，若校正失敗，則重新設置校正參數或檢查校正片位置，重新校正； (3)校正成功後，進入系統測試，上位機單元向下位機單元發送啟動備壓控制指令，PID控制器提升高壓值，高壓值達到給定高壓後，高壓處於穩定狀態，備壓結束； (4)高壓組件單元驅動光管發射X射線，產生的X射線垂直照射到樣品表面的待測點，激發樣品產生螢光，探測器接收產生的螢光信號，並發送給上位機單元，上位機軟體進行算法處理，得到測量結果；若探測器接收信號失敗，即發生通信中斷，上位機單元向下位機單元發送啟動備壓控制的指令，PID控制器降低高壓值，高壓處於穩定狀態，控制過程結束，等待故障確認後重新測試；(5)測試完成後，上位機單元向下位機單元發送啟動備壓控制指令，PID控制器降低高壓值，高壓處於穩定狀態，控制過程結束。
8.根據權利要求7所述的一種上照式X螢光光譜儀的控制方法，其特徵在於，在步驟(2)中，假設峰位用P表示，峰漂移用AP表示，r為峰漂移粗調整係數，t為峰漂移細調整係數，通過兩種校正金屬所在通道的峰漂移現象，則可計算得到:
9.根據權利要求7所述的一種上照式X螢光光譜儀的控制方法，其特徵在於，在步驟(3)與步驟(5)中，PID控制器的控制表達式為:
10.根據權利要求7所述的一種上照式X突光光譜儀的控制方法，其特徵在於，校正完成後，根據客戶的選擇判斷是否啟動氦氣充氣裝置，如需啟動氦氣充氣裝置，則充氦氣完成後，再進行步驟(3)。
【文檔編號】G01N23/223GK104020184SQ201410135825
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月4日 優先權日:2014年4月4日
【發明者】楊振, 楊劍 申請人:蘇州三值精密儀器有限公司