CN103308540A

CN103308540A - 一种x射线光谱仪

Info

Publication number: CN103308540A
Application number: CN2013101901104A
Authority: CN
Inventors: 杨东华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明提出了一种X射线光谱仪，包括X射线产生系统：包括用于激发样品中X射线的X射线管、用于提供X射线管电源的高压电源以及用于冷却X射线管的冷却装置；分光装置系统：包括用于承载样品和抽真空的真空系统测量室以及与真空系统测量室外部连接的分光器；信号采集处理系统：用于接收分光器发出的X射线将其转化为电信号，将电信号放大，并将放大的电信号的数据进行采集和处理；监控系统：用于实时智能的监控真空系统和X射线产生系统；PC机控制系统：用于将信号采集处理系统得到的数据进行数据运算处理。本发明提出的一种X射线光谱仪，监控系统通过GPS与仪器直接进行联系，作到对仪器进行定期检查与维护，实时的诊断整机系统状况。

Description

一种X射线光谱仪

技术领域

本发明涉及光谱仪领域，尤其涉及一种X射线光谱仪。

背景技术

从1948年，Fridman和Birks应用盖格计数管首先研制出波长色散X射线荧光光谱仪以来，在电子技术、电子计算机和材料科学的迅猛发展的推动下，X射线荧光光谱仪、X射线荧光分析技术和数据处理及仪器制造等方面取得了长足的进步。从上世纪九十年代起，世界各主要仪器制造商相继推出了由计算机控制的高智能化、自动化、专业化和小型化的波长色散X射线荧光光谱仪。目前X射线光谱仪其没有实时监控系统，在某个检测部分出问题时，只能停机检查各个部件来进行排除和维护仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种X射线光谱仪，本发明监控系统通过GPS与仪器直接进行联系，作到对仪器进行定期检查与维护，实时的诊断整机系统状况。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种X射线光谱仪，包括：

X射线产生系统：包括用于激发样品中X射线的X射线管、用于提供所述X射线管电源的高压电源以及用于冷却所述X射线管的冷却装置；

分光装置系统：包括用于承载样品和抽真空的真空系统测量室以及与所述真空系统测量室外部连接的分光器，所述真空系统测量室包括用于承载样品的载物台和将所述样品发射出的X射线分类的分光室，所述分光器用于将从所述分光室中发射出的X射线再次分光；

信号采集处理系统：用于接收所述分光器发出的X射线将其转化为电信号，将所述电信号放大，并将所述放大的电信号的数据进行采集和处理，包括用于探测所述分光器的计数管、用于将所述电信号放大的前置放大器；

监控系统：用于实时智能的监控所述真空系统和所述X射线产生系统；

PC机控制系统：用于将所述信号采集处理系统得到的数据进行数据运算处理。

优选地，所述X射线管为上照射式或下照射式。

优选地，所述高压电源与所述X射线管通过高压电缆线连接。

优选地，还包括与所述真空系统测量室连接的进出样系统和样品自旋系统。

优选地，所述计数管为封闭计数管、流气正比计数管或闪烁计数管中的一种。

优选地，所述信号采集处理系统处理完的数据通过USB接口传送到PC机控制系统。

优选地，所述数据采集处理系统包括二十路数据采集通道、高速A/D采样模块和数据处理运算CPU。

优选地，还包括反馈系统，所述反馈系统包括显示装置和报警系统。

优选地，还包括设备装置，其包括键盘、鼠标和打印机。

本发明产生的有益效果是：监控系统通过GPS与仪器直接进行联系，作到对仪器进行定期检查与维护，实时的诊断整机系统状况，这样可使用户在维修工程师的指导下进行故障排除，如需维修工程师到现场维修可直接带去需要更换的零件，这样可减少维修费用和缩短故障停机时间，同时这种直接与谱仪相连而不通过控制仪器的计算机，可避免不经用户同意而使用用户软件或计数机网络。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种X射线光谱仪的原理示意图；

图2为本发明一种X射线光谱仪的结构示意图；

图中：1、PC机控制系统；2、USB线；3、通讯线；4、真空系统；5、高压电源；6、监控系统；7、冷却装置；8、油路；9、信号采集处理系统；10、P10气体；11、X射线管；12、分光器；13、计数管；14、分光室；15、流气压力与流量精密控制系统；16、气路；17、样品自旋系统；18、进出样系统；19、真空系统测量室；20、恒温室系统；21、高压电缆线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1-图2所示的优选实施例，一种X射线光谱仪，包括X射线产生系统、分光装置系统、信号采集处理系统、监控系统、PC机控制系统、反馈系统和设备装置。如图1所示，其工作原理是X射线产生系统产生X射线照射到样品上，激发出样品中各待测元素的特征X射线荧光，进入分光装置系统，分光装置系统对待测元素特征X射线荧光按布拉格公式进行分光，分光后的待测元素特征X射线荧光进入信号数据处理系统，先由信号探测器将特征X射线荧光转化为电信号，前置放大后经数据处理系统9进行处理，然后由PC机控制系统1进行数据运算处理，得到样品的结果分析。

X射线产生系统包括用于发射X射线照射至样品的X射线管11、用于提供X射线管11电源的高压电源5以及用于冷却X射线管11的冷却装置7，X射线管11根据应用的要求不同可做成上照射式和下照射式两种方式，高压电源5与X射线管11通过高压电缆线21连接，冷却装置7通过油路8连接到X射线管11，内注耐高压油密封循环，采用制冷压缩机进行制冷冷却X射线管11，达到恒定的控制X射线管冷却温度。

分光装置系统包括用于承载样品和抽真空的真空系统测量室19以及与真空系统测量室19外部连接的分光器12，真空系统测量室19包括用于承载样品的载物台和将样品发射出的X射线分类的分光室14，分光器12用于将从分光室14中发射出的X射线再次分光。分光装置系统可任意配置分析二十个元素，每种配置元素对应一个分光器。分析元素的范围从钠到铀共八十七个元素，其可以在这八十七个元素当中配置任意二十个元素进行测量，大大扩宽了该种仪器的应用范围；半定量分析系统在半定量分析的时效性得到极大的提高，从原子序数十一号元素钠到九十二号元素铀，用三十秒就可完成半定量分析。

本发明提出的X射线光谱仪测定的元素种类比同类仪器多出一倍的测量元素，极大的扩展的该种仪器的应用范围，同类仪器主要应用于水泥、玻璃、陶瓷一些测量元素少的领域，在钢铁、有色金属、地质等需测量更多元素的领域就不能胜任了。

分光器12可以根据应用不同的晶体可分为不同结构方式，如应用弯晶晶体则分光器由前入射狭缝、分光晶体、后出射狭缝、晶体角度调节机构组成；如应用平晶晶体则分光器由前入射准直器、分光晶体、后出射准直器、晶体角度调节机构组成。

X射线光谱仪还包括与真空系统测量室连接的进出样系统18和样品自旋系统17。进出样系统18控制样品的自动进样和出样，样品自旋系统17定位样品和控制样品匀速旋转。

监控系统6实时监控真空系统4、恒温室系统20、X射线管冷却系统（冷却时间）、进出样系统18、样品自旋系统17、X射线产生系统等，实时智能的监控这些系统并通过通讯线3与PC机控制系统1一起协调工作。

监控系统6实时监控真空系统4的真空度及抽真空的时间，如果真空度和抽真空时间不在设定的范围内工作，将提示相应故障点出在那里，具体真空度和抽真空时间的设定范围，依据实际情况来确定，在此不做赘述。

监控系统6实时监控X射线产生系统的管流、管压及它们上升时间，如果X射线产生系统的管流、管压不能升到设定的管流或管压值，以及管流、管压的上升时间不在设定范围，将提示相应故障点出在那里；具体X射线产生系统的管流、管压以及管流、管压的上升时间的设定范围，依据实际情况来确定，在此不做赘述。

监控系统6实时监控的相关工作参数还包括恒温室温度、X射线产生系统的X射线管冷却温度、流气正比计数管的流气压力、流量等相关工作参数，如果这些参数没有在设定的工作范围，实时智能监控系统将提示相应故障点出在那里。具体相关工作参数依据实际情况来确定，在此不做赘述。

监控系统6中的上述工作参数如果不在设定范围，监控系统6就会停止监控工作，同时报警及提示相关故障点出在什么地方，只有等到相关工作系统修复好以后才能正常工作。

监控系统6通过GPS与仪器直接进行联系，作到对仪器进行定期检查与维护，实时的诊断整机系统状况，这样可使用户在维修工程师的指导下进行故障排除，如需维修工程师到现场维修可直接带去需要更换的零件，这样可减少维修费用和缩短故障停机时间，同时这种直接与谱仪相连而不通过控制仪器的计算机，可避免不经用户同意而使用用户软件或计数机网络。

信号采集处理系统9用于接收分光器12发出的X射线将其转化为电信号，将电信号放大，并将放大的电信号的数据进行采集和处理，包括用于探测分光器的计数管、用于将电信号放大的前置放大器以及数据处理系统；计数管13根据需分析元素的不同而采用不同的计数管，其包括封闭计数管、流气正比计数管和闪烁计数管，流气正比计数管由气路16连接流气压力与流量精密控制系统15、P10气体10、一次减压阀、二次减压阀一起应用，在本发明中P10气体的原料气为甲烷与氩气，即氩甲烷。

前置放大器与计数管13高压电路直接连接在计数管上，实现了计数管—高压电源—放大电路的一体化，该探测器组件与数据处理系统直接连接，使信号采集处理系统大为简化，从而显著提高了探测电路的抗干扰能力；同时大幅度减少了连接电缆和插接件数量，提高了仪器的可靠性。

数据处理系统用于将放大的电信号的数据进行采集和处理；数据处理系统将处理完的数据通过USB线2连接至USB接口直接传送到PC机控制系统1。数据处理系统包括二十路数据采集通道、高速A/D采样模块和数据处理运算CPU。

PC机控制系统1用于将信号采集处理系统得到的数据进行数据运算处理和结果分析。PC机控制系统1包括定性与半定量分析系统、定量分析系统、谱仪漂移校正系统、远程遥测与诊断系统、DCS分布式系统、专家系统。PC机控制系统得到各元素的谱峰数据，及各元素谱峰的动态显示、工作参数的实时显示、故障的自动诊断与报警以及样品分析数据的显示等，使仪器的工作状态、分析数据一目了然；同时可对仪器的各项性能指标进行监测和考核。

PC机控制系统1与监控系统6以参数化的方式实时监控整机工作，其指实时的监控X射线管的管压、管流，所用晶体和准直器名称、真空度、冷却系统温度、冷却系统和流气正比计数器气流量与压力等；通过数据采集与处理系统完成谱数据的处理，同样以参数化的方式监控数据采集与处理系统，其指实时的监控所分析元素计数管高压电源值、前置放大倍数、脉冲谱图，同时显示所测元素谱图、计数率、分辨率等各种参数。

PC机控制系统1与反馈系统和设备装置连接，反馈系统包括显示装置和报警系统，设备装置包括键盘、鼠标和打印机，PC机控制系统实时的监控X射线管的管压、管流，所用晶体和准直器名称、真空度、冷却系统温度、冷却系统和流气正比计数器气流量与压力等，这些数据参数通过显示装置显示出来，当数据参数为达到设定范围时，反馈系统中的报警系统会报警以及提示工作人员哪个相关部件出现问题，工作人员通过键盘和鼠标来实现对仪器的操控，同时通过打印机可将相关检测数据打印出来以阅读及处理。

本发明提出的X射线光谱仪其有益效果体现在以下几点：

1、监控系统通过GPS与仪器直接进行联系，作到对仪器进行定期检查与维护，实时的诊断整机系统状况，这样可使用户在维修工程师的指导下进行故障排除，如需维修工程师到现场维修可直接带去需要更换的零件，这样可减少维修费用和缩短故障停机时间；

2、测定的元素种类比同类仪器多出一倍的测量元素，极大的扩展的该种仪器的应用范围，同类仪器主要应用于水泥、玻璃、陶瓷一些测量元素少的领域，在钢铁、有色金属、地质等需测量更多元素的领域就不能胜任了；本发明定性与半定量分析系统在半定量分析的时效性得到极大的提高，从原子序数十一号元素钠到九十二号元素铀，用三十秒就可完成半定量分析；

3、同时这种直接与谱仪相连而不通过控制仪器的计算机，可避免不经用户同意而使用用户软件或计数机网络。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种X射线光谱仪，其特征在于，包括：

信号采集处理系统：用于接收所述分光器发出的X射线将其转化为电信号，将所述电信号放大，并将所述放大的电信号的数据进行采集和处理，包括用于探测所述分光器的计数管、用于将所述电信号放大的前置放大器以及数据处理系统；

2.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，所述X射线管为上照射式或下照射式。

3.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，所述高压电源与所述X射线管通过高压电缆线连接。

4.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，还包括与所述真空系统测量室连接的进出样系统和样品自旋系统。

5.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，所述计数管为封闭计数管、流气正比计数管或闪烁计数管中的一种。

6.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，所述数据采集处理系统处理完的数据通过USB接口传送到PC机控制系统。

7.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，所述数据采集处理系统包括二十路数据采集通道、高速A/D采样模块和数据处理运算CPU。

8.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，还包括反馈系统，所述反馈系统包括显示装置和报警系统。

9.如权利要求1所述的X射线光谱仪，其特征在于，还包括设备装置，其包括键盘、鼠标和打印机。