CN104267056A - 用于测试土壤重金属污染的x荧光测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪，包括：X光管激发源、Si-PIN探测器、脉冲信号放大器、多道脉冲幅度分析器。Si-PIN探测器收集特征X射线并转换为电压脉冲信号，通过脉冲信号放大器放大、整形和滤波后形成直流电平送到多道脉冲幅度分析器，将直流电平与电压脉冲信号进行比较，在直流电平的上升和从峰值下降的状态下分别输出不同的电位以产生一过峰信号作为多道脉冲幅度分析器的中断信号；模数转换电路连接比较器，将经过放大、整形以及滤波的电压脉冲信号进行模数转换，以模数转换后的电压脉冲信号为通道地址记录中断次数。

Description

用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪

技术领域

本发明涉及材料检测技术领域，特别涉及一种用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪。

 

背景技术

随着工业的迅速发展，各种工业废料、废液被排放入土壤与水体，使土壤与水体中的重金属和有机物含量越来越高，严重影响了人类的健康及其他生物的生存。

传统的化学方法检测土壤重金属污染需要在现场取样后，在实验室通过强酸将土壤样品消解，然后将消解液中的金属元素用原子吸收法进行分析。这种方法因工作周期长而不能满足现场快速分析测试的要求。

 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪。本发明通过以下技术方案实现：

一种用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪，包括：

X光管激发源，用以产生X光照射被测土壤，激发被测土壤中的重金属元素产生对应的特征X射线；

Si-PIN探测器，用以收集特征X射线，并转换为电压脉冲信号；

脉冲信号放大器，连接Si-PIN探测器，用以对电压脉冲信号进行放大、整形以及滤波；

多道脉冲幅度分析器，连接脉冲信号放大器，包括：峰值检测保持电路、比较器以及模数转换电路，峰值检测保持电路连接脉冲信号放大器，将经过放大、整形以及滤波的电压脉冲信号转换为峰值幅度相等的直流电平；比较器连接峰值检测保持电路，将直流电平与电压脉冲信号进行比较，在直流电平的上升和从峰值下降的状态下分别输出不同的电位以产生一过峰信号作为多道脉冲幅度分析器的中断信号；模数转换电路连接比较器，将经过放大、整形以及滤波的电压脉冲信号进行模数转换，以模数转换后的电压脉冲信号为通道地址记录中断次数。

较佳的，还包括：

显示/触摸屏，连接多道脉冲幅度分析器，用以控制及显示；

PC机，连接多道脉冲幅度分析器，用以根据经过放大、整形以及滤波的电压脉冲信号的峰面积计算对应重金属的浓度。

较佳的，在直流电平上升的状态下输出高电位，在直流电平从峰值下降的状态输出低电位。

可现场快速分析测试土壤中含有重金属的种类，或者各重金属的含量，具有分辨率高、分析速度快、检测元素范围广、前期处理简便、可以现场无损快速检测等优点，将极大提高土壤、水环境监测的效率。

 

附图说明

图1所示的是本发明的结构示意图；

图2所示的是本发明脉冲信号放大器的电路图；

图3所示的是本发明多道脉冲幅度分析器的电路图。

 

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

本实施例提供的一种用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪如图1所示，包括：X光管激发源1、Si-PIN探测器2、脉冲信号放大器3、多道脉冲幅度分析器4、LCD显示/触摸屏5、PC机6。工作原理是高压电源产生的高压加到X光管激发源1，产生X射线。该射线照射被检测的土壤，激发土壤中重金属元素产生特征X射线（又称为X荧光，高速电子撞击材料后，材料内层电子形成空位，外层电子向空位跃迁会辐射x射线。不同材料x射线波长不同，所以叫特征x射线）。Si-PIN探测器2收集特征X射线并转换为电压脉冲信号，通过脉冲信号放大器3放大、整形和滤波后，送到多道脉冲幅度分析器4进行模数转换并对这些数字信息进行处理。由于不同的重金属产生的特征X射线能量值不同，因此可根据探测的X射线能量值来判断土壤中所存在的重金属元素种类，然后根据重金属元素特征线的峰面积计算出重金属元素的浓度，从而得出被测土壤中重金属的种类和含量。

如图2所示，运算放大器采用低温度系数漂移器件，减小脉冲信号放大器的零点漂移。脉冲信号放大器电路主要包括极零相消、放大失调、有源积分滤波和电路增益调节等电路。C1、R1组成一级RC微分电路，用来消除探测器输出的信号脉冲叠加现象，并使信号宽度变窄，提高电路计数率。C1、R1、R0同时又是该电路的极零相消电路，以消除脉冲信号的下冲或上冲现象。运放U0与R2、R3构成增益为（1+R2/R3）的放大电路，电位器RX用来调节运放U0的失调电压。通过最佳滤波器的理论分析可知，对称无限宽尖顶脉冲具有最佳的信噪比，而高斯型波形即具有以上特征，所以，脉冲的成形一般为高斯型波形。脉冲放大器电路设计的RC积分电路采用有源积分滤波器，采用了2级并—串组成的RC有源积分电路，相当于4级普通RC积分电路。根据后续的多道分析仪要求，为了提高分辨率，选取C5=2C4=C7=2C6，使脉冲的成形时间为20μs，脉冲宽度为54μs。脉冲信号放大器增益的调节范围是0至10。由运放U3、可调增益电位器RY、二极管D1组成的成形电路，也实现了增益可调功能，以满足后续多道脉冲幅度分析电路的需求，其中D1的作用为防止运算放大器过载造成输出信号削顶。

如图3所示，多道脉冲幅度分析器以三星公司开发的ARM S3C2440A为控制核心，对来自脉冲信号放大器的信号进行模数转换，并依据模数转换的结果对信号进行分类（但本发明并不对多道脉冲幅度分析器所选核心做限制）。由于ARM S3C2440A的A/D转换为10位A/D转换器，因此，多道脉冲幅度分析器的道数最多为2¹⁰道，即1024道，可实现1024道谱数据的分析、保存、显示和处理，也可通过接口电路把数据传给上位机电脑，具有设计简洁、接口标准等特点。

脉冲信号放大器输出的脉冲信号从峰值保持电路（图1中的41）PKD01的+INA输入，峰值保持电路将脉冲转换峰值幅度相等的直流电平从OUT（3脚）端输出到-INC端，在PKD01的比较器上用该直流电平与脉冲信号进行比较产生过峰信号。直流电平处于上升状态时，比较器的输出端COUT为高电位，当直流电平达到峰值开始下降时，比较器的输出端COUT从高电位变为低电位，从而产生过峰信号，将这个过峰信号作为多道脉冲幅度分析器的中断信号，然后由多道脉冲幅度分析器启动内部的A/D（图1中的42）对电压脉冲信号进行转换。ARM的A/D转换速度非常快，仅为10μs。多道脉冲幅度分析器读取A/D结果后，以此为地址读取该道的数据，加1后送该道（一个中断信号加1）。完成了一个直流电平的峰值幅度分析，到测量时间结束时，存储器中即存储了一条以道址为峰值幅度的信息，存储器中的数据表示同一峰值的脉冲个数，其通过多道脉冲幅度分析器发送到LCD显示/触摸屏进行显示。如果以横坐标为信号道址，纵坐标为道址对应的记数率，可以得到一条核辐射谱线。测试完毕后，通过PC机即可计算被测土壤中的重金属种类、含量，使用显示/触摸屏控制测试仪工作和显示测量结果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪，其特征在于，包括：

X光管激发源，用以产生X光照射被测土壤，激发被测土壤中的重金属元素产生对应的特征X射线；

Si-PIN探测器，用以收集所述特征X射线，并转换为电压脉冲信号；

脉冲信号放大器，连接所述Si-PIN探测器，用以对所述电压脉冲信号进行放大、整形以及滤波；

多道脉冲幅度分析器，连接所述脉冲信号放大器，包括：峰值检测保持电路、比较器以及模数转换电路，所述峰值检测保持电路连接所述脉冲信号放大器，将经过放大、整形以及滤波的所述电压脉冲信号转换为峰值幅度相等的直流电平；所述比较器连接所述峰值检测保持电路，将所述直流电平与所述电压脉冲信号进行比较，在所述直流电平的上升和从峰值下降的状态下分别输出不同的电位以产生一过峰信号作为所述多道脉冲幅度分析器的中断信号；所述模数转换电路连接所述比较器，将经过放大、整形以及滤波的所述电压脉冲信号进行模数转换，以模数转换后的电压脉冲信号为通道地址记录中断次数。

2.根据权利要求1所述的用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪，其特征在于，还包括：

显示/触摸屏，连接所述多道脉冲幅度分析器，用以控制及显示；

PC机，连接所述多道脉冲幅度分析器，用以根据经过放大、整形以及滤波的所述电压脉冲信号的峰面积计算对应重金属的浓度。

3.根据权利要求1所述的用于测试土壤重金属污染的X荧光测试仪，其特征在于，在所述直流电平上升的状态下输出高电位，在所述直流电平从峰值下降的状态输出低电位。