低原子序数元素能量色散X荧光仪的研制

摘要

X射线荧光光谱仪的不断完善和发展所带动的X射线荧光分析技术已被广泛用于冶金、地质、矿物、石油、化工、医疗、刑侦、考古等诸多部门和领域。本人从构成低原子序数元素能量色散X荧光仪的几个关键问题如探测器、分析电路、稳定高压电源、标准样品数据库、谱数据处理、系统软件设计以及整机的研制等入手，以国土资源部“十五”地质调查项目为依托、充分吸收已有X荧光分析技术的精华、积极引进IT技术、微电子技术以及数字信号处理技术，并针对已有X荧光分析技术存在的不足之处进行深入研究。完成了低原子序数元素能量色散X荧光仪的研制。 在X荧光分析仪器中，X射线探测器的稳定性、能量分辨率、X射线发生器的稳定性以及“源-样-探”的几何位置关系是影响能量色散X荧光分析仪性能关键。本文论述的研制方案中，采用了电致冷Si-PIN半导体探测器，X光管作为X射线源，避免了同位素激发源可能对环境造成的污染；设计了真空测量系统，能显著提高分析仪器对低原子序数元素的探测效率；研制了采用ARM7微处理器作为核心控制芯片和以太网作为通信手段的多道脉冲幅度分析器，具有功耗低、信噪比高、稳定性好、通讯速度快等特点；设计了多道谱处理软件，能有效识别特征峰，可以进行标定测量，分析测量，长稳测试等工作，并采用了模式识别技术实现对样品进行自动分类测试，同时设计了Linux平台的数据处理软件适用于安全性可靠性更高的场合。 由于低原子序数元素能量色散X荧光仪采用的电致冷半导体探测器能在工业现场或野外条件下工作，能达到室内(Si)Li半导体探测器的水平，并采用了微型X光管，以及成熟的谱处理技术，因此仪器在体积、重量、分析精度均能满足现场或实验室条件的分析测试要求。随着矿产开发、油气勘探的不断发展，以及世界环保要求的不断提高，该仪器将会在矿产勘探、油气勘探、选矿、冶炼、工业产品有害物质检测等领域发挥重要作用，带来巨大的社会效益和经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 引 言

1.1选题依据及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究的内容

1.4研究特色和创新

第2章 基本原理及整体设计方案

2.1 X荧光分析的基本原理

2.2 X射线荧光探测系统方案选择

2.3探测装置的几何布局

2.4仪器的整体框架

第3章 探测器的选择及探头设计

3.1探测器的选择

3.2放大器的设计

第4章 多道分析器的设计

4.1多道脉冲幅度分析器的工作原理

4.2多道脉冲幅度分析器的设计方案

4.3 A/D转换

4.4多道分析器的软件设计

4.5通讯协议

第5章 控制台的设计

5.1控制台系统结构

5.2真空泵系统的控制

5.3高压电源的控制与检测

5.4样品托盘的控制与位置检测

5.5键盘控制电路接口

5.6 LCM接口电路

5.7 RS232通讯接口电路

5.8信号检测部分电路设计

5.9控制系统的软件设计

第6章 多道谱数据处理

6.1自动寻峰

6.2能量刻度及特征X射线谱峰识别

6.3谱线光滑

6.4峰面积的计算

6.5确定工作曲线

6.6模式识别的应用

第7章 Windows环境下的分析软件设计

7.1测量系统软件设计

7.2测试模块设计

7.3分析样品模块的设计

7.4标定测量模块的设计

7.5长稳测量模块设计

7.6监控测量模块设计

7.7参数设置模块设计

7.8数据管理模块的设计

第8章 Linux环境下的分析软件设计

8.1 GUN/Linux概述

8.2 GUN/Linux的特点

8.3基于LINUX系统的CIT-3000SMX荧光分析仪软件的设计

8.4数据处理

第9章 系统性能的测试与应用研究

9.1低原子序数元素实测谱线

9.2稳定性测试

9.3数据通讯测试

9.4能量分辨率测试

9.5实际应用举例

结论

致谢

参考文献