CN104571185B - 能量色散x射线荧光光谱仪的温控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置，包括：发热模块；导热结构，所述导热结构连接发热模块和制冷器；制冷器，所述制冷器对所述导热结构和发热模块制冷；散热器，所述散热器与所述制冷器相连；温度传感器，所述温度传感器包括环境温度传感器和发热模块温度传感器；控制模块，所述控制模块连接所述发热模块、环境温度传感器、发热模块温度传感器、散热器和制冷器。本发明还提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控方法。本发明具有结构简单、精确温控、适用性强、性能稳定等优点。
Description
技术领域
本发明涉及X射线荧光分析领域，特别涉及一种根据环境温度动态控制能量色散X射线荧光光谱仪温度的装置及方法。
背景技术
能量色散X射线荧光光谱仪是一种通过激发源激发待测物质的特征X射线，并用检测器检测该特征X射线的能量与相应强度，进行元素的定性、定量分析的仪器。常用的激发源包括X射线管、放射性核素、同步辐射光源以及质子激发源，其中X射线管因其自身的安全性、可调性等优势被广泛使用。
X射线管功率一般在几瓦到上百瓦不等，功率不高，每次激发不会产生过高热量，故而，能量色散X射线荧光光谱仪大多采用自然散热，少量采用风冷散热，但存在以下缺陷：
1、不能满足长时间激发的需求
近来，能量色散X射线荧光光谱仪越来越多被应用于对痕量元素的检测，待测物质的元素浓度极低，需要延长激发时间从而提高灵敏度。X射线管功率虽小，但长时间激发且仅采用自然散热或风冷散热，使得热量不能及时散出，仪器存在较大风险，且X射线管性能变差。
2、不能满足探测器的散热需求
能量色散X射线荧光光谱仪中一般采用半导体探测器，内部装有TEC进行制冷，以提高探测器的分辨率。但TEC制冷过程中也会产生热量，导致探测器外壳及附近环境温度升高，而TEC制冷能力有限，在外部温度上升到一定温度后，内部TEC将无法继续维持设定的制冷温度，导致探测器性能变差，不稳定。
发明内容
为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、精确温控、适用性强、性能稳定的能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置，包括：发热模块，所述温控装置进一步包括：
导热结构，所述导热结构连接发热模块和制冷器；
制冷器，所述制冷器对所述导热结构和发热模块制冷；
散热器，所述散热器与所述制冷器相连；
温度传感器，所述温度传感器监测环境温度和所述发热模块的温度；
控制模块，所述控制模块连接所述发热模块、温度传感器、散热器和制冷器。
进一步，所述温控装置进一步包括：环境湿度传感器。
进一步，所述发热模块为X射线管或/和探测器。
进一步，所述导热结构由导热材料制成，所述导热材料可以是导热硅脂、导热垫片、导热胶、导热凝胶或导热相变材料。
进一步，所述散热器可以是风冷散热器或水冷散热器。
作为优选，所述散热器是散热片或散热棒。
进一步，所述制冷器可以是TEC制冷器、涡旋制冷器或压缩机制冷器。
作为优选，所述制冷器可以是TEC制冷器。
本发明还提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控方法，包括以下步骤：
(A1)温度传感器监测环境温度和所述发热模块的温度，将温度信息反馈至控制模块；
(A2)所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将发热模块温度控制在环境温度与发热模块最高温度上限之间。
作为优选，所述步骤(A2)中，控制所述发热模块温度与环境温度保持一致。
进一步，所述温控方法采用前述任一所述的温控装置对温度进行控制。
作为优选，所述温控方法进一步包括以下步骤：
(B1)环境湿度传感器监测环境湿度，所述控制模块接收环境湿度信息；
(B2)环境湿度较高时，所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将发热模块温度控制在环境温度与发热模块最高温度上限之间；环境湿度较低时，所述控制模块控制发热模块温度在露点温度和环境温度之间。
进一步，所述步骤(B2)中，环境湿度较高时，控制模块控制所述发热模块温度在温度M与最高温度上限之间。
作为优选，所述温度M至少超过环境温度5℃。
作为优选，所述环境温度为每次X射线管激发之前，控制模块控制环境温度传感器反馈的激发前10秒内的环境温度。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、结构简单、精确温控、适用性强：
本发明提供的温控装置结构简单，对X射线管或/和探测器进行精确控温，使得能量色散X射线荧光光谱仪不仅适用于一般元素分析，同样适用于需要长时间激发、检测的痕量元素的分析。
2、性能稳定，分析结果准确：
通过精确的温控设计，使得X射线荧光光谱仪在工作过程中性能稳定。一方面，增加X射线管的单次激发时间，获得更平滑的光谱；另一方面保证探测器内维持在设定的制冷温度，保证探测器的良好分辨率，改进探测器的稳定性，从而确保分析结果的准确性、可靠性。
附图说明
图1是实施例2对应的X射线荧光光谱仪的温控装置的结构示意图；
图2是实施例3对应的X射线荧光光谱仪的温控装置的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置，包括：发热模块，所述温控装置进一步包括：
导热结构，所述导热结构连接发热模块和制冷器；
制冷器，所述制冷器对所述导热结构和发热模块制冷；
散热器，所述散热器与所述制冷器相连；
温度传感器，所述温度传感器监测环境温度和所述发热模块的温度；
控制模块，所述控制模块连接所述发热模块、温度传感器、散热器和制冷器。
进一步，所述温控装置进一步包括：环境湿度传感器。
进一步，所述发热模块为X射线管或/和探测器。
进一步，所述导热结构由导热材料制成，所述导热材料可以是导热硅脂、导热垫片、导热胶、导热凝胶或导热相变材料。
进一步，所述散热器可以是风冷散热器或水冷散热器。
优选地，所述散热器是散热片或散热棒。
优选地，述制冷器可以是TEC制冷器、涡旋制冷器或压缩机制冷器。
本实施例还提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控方法，包括以下步骤：
(A1)温度传感器监测环境温度和所述发热模块的温度，将温度信息反馈至控制模块；
(A2)所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将发热模块温度控制在环境温度与发热模块最高温度上限之间。
作为优选，所述步骤(A2)中，控制所述发热模块温度与环境温度保持一致。
进一步，所述温控方法采用前述任一所述的温控装置对温度进行控制。
作为优选，所述温控方法进一步包括以下步骤：
(B1)环境湿度传感器监测环境湿度，所述控制模块接收环境湿度信息；
(B2)环境湿度较高时，所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将发热模块温度控制在环境温度与发热模块最高温度上限之间；环境湿度较低时，所述控制模块控制发热模块温度在露点温度和环境温度之间。
进一步，在所述步骤(B2)中，环境湿度≥70％RH时，所述控制模块控制所述发热模块温度在温度M与发热模块温度上限之间。
进一步，所述温度M至少超过环境温度5℃。
作为优选，环境湿度在40％RH与70％RH之间时，所述控制模块控制所述发热模块温度与环境温度保持一致。
作为优选，所述环境温度为每次X射线管激发之前，控制模块控制环境温度传感器反馈的激发前10秒内的环境温度。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1、结构简单、精确温控、适用性强：
本发明提供的温控装置结构简单，对X射线管或/和探测器进行精确控温，使得能量色散X射线荧光光谱仪不仅适用于一般元素分析，同样适用于需要长时间激发、检测的痕量元素的分析。
2、性能稳定，分析结果准确：
通过精确的温控设计，使得X射线荧光光谱仪在工作过程中性能稳定。一方面，增加X射线管的单次激发时间，获得更平滑的光谱；另一方面保证探测器内维持在设定的制冷温度，保证探测器的良好分辨率，改进探测器的稳定性，从而确保分析结果的准确性、可靠性。
实施例2
请参阅图1，本实施例提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置，包括：X射线管1、X射线管温度传感器21、环境温度传感器22、环境湿度传感器23、导热结构3、TEC制冷器4、散热片51、进风口风扇52、出风口风扇53和控制模块6。
所述X射线管温度传感器21检测X射线管1的表面温度，并反馈给所述控制模块6；
所述TEC制冷器4对导热结构3、X射线管1进行制冷；
所述导热结构3由导热凝胶制成，具有很好的导热性，能够将X射线管1散出的热量快速传导到所述TEC制冷器4制冷，也能将TEC制冷器4的冷源快速传导给X射线管1，降低其表面温度；
所述散热片51与所述TEC制冷器4相连，TEC制冷器4在制冷过程中产生的热量导入到散热片51上，环境空气经由进风口风扇52、出风口风扇53，带走散热片51上的空气，以达到降温的目的；
所述控制模块6接收所述X射线管温度传感器21、环境温度传感器22反馈的温度信息，控制TEC制冷器4制冷，进风口风扇52、出风口风扇53工作，以维持X射线管1的表面温度与环境温度一致。
本实施例还提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控方法，包含以下步骤：
(A1)环境温度传感器监测到当前环境温度为15℃，X射线管温度传感器监测到当前X射线管1表面温度为15.6℃，两者温度信息反馈到控制模块；
(A2)所述控制模块控制TEC制冷器对X射线管制冷，控制模块接收X射线管温度传感器反馈的X射线管表面温度与环境温度传感器反馈的环境温度之差的绝对值在0.2℃以内，即控制模块接收到X射线管温度传感器反馈的X射线管的表面温度为14.8℃～15.2℃之间时，停止TEC冷却器制冷；
(A3)控制模块接收到X射线管的表面温度高于环境温度0.2℃以上时，再次控制TEC制冷器对X射线管制冷，以维持X射线管表面的温度与环境温度之差在±0.2℃之内。
作为优选，所述环境温度为每次X射线管激发之前，控制模块控制环境温度传感器反馈的激发前10秒内的环境温度。
进一步，所述温控方法采用前述能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置对温度进行控制。
作为优选，所述能量色散X射线荧光光谱仪的温控方法进一步包括以下步骤：
(B1)环境湿度传感器监测环境湿度，所述控制模块接收环境湿度信息；
(B2)环境湿度较高时，所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将X射线管温度控制在环境温度15℃与X射线管工作温度上限之间；环境湿度较低时，所述控制模块控制X射线管温度在露点温度和环境温度15℃之间。
进一步，在所述步骤(B2)中，环境湿度≥70％RH时，所述控制模块控制所述X射线管温度在温度M与X射线管工作温度上限之间。
进一步，所述温度M≥20℃。
作为优选，所述温度M为20℃。
作为优选，环境湿度≥70％RH时，所述控制模块控制所述X射线管温度保持在20℃。
进一步，环境湿度在40％RH与70％RH之间时，所述控制模块控制所述X射线管温度在环境温度15℃与X射线管工作温度上限之间。
作为优选，40％RH＜环境湿度＜70％RH时，所述控制模块控制所述X射线管温度保持在15℃±0.2℃。
进一步，环境湿度≤40％RH时，所述控制模块控制X射线管温度在露点温度和环境温度15℃之间。
作为优选，环境湿度≤40％RH时，所述控制模块将发热模块温度控制在5℃，此时未达到露点温度，且温度低，X射线管灵敏度高。
作为优选，所述环境温度为每次X射线管激发之前，控制模块控制环境温度传感器反馈的激发之前10秒内的环境温度。
进一步，所述温控方法采用前述能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置对温度进行控制。
实施例3
请参阅图2，本实施例提供一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控装置，与实施例2不同的是，本实施例的发热模块包括X射线管和半导体探测器，控制模块同时对X射线管11和探测器12进行控温。
上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。本发明的关键是：对能量色散X射线荧光光谱仪的X射线管和探测器进行精确温控，提高仪器的稳定性和适用性。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明作出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种能量色散X射线荧光光谱仪的温控方法，包括以下步骤：
(A1)环境温度传感器监测环境温度，发热模块传感器监测发热模块温度，控制模块接收反馈的温度信息；
(A2)所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将发热模块温度控制在环境温度与发热模块最高温度上限之间；
所述温控方法进一步包括以下步骤：
(B1)环境湿度传感器监测环境湿度，所述控制模块接收环境湿度信息；
(B2)环境湿度≥70％RH时，所述控制模块协调散热器和制冷器共同工作，将发热模块温度控制在温度M与发热模块温度上限之间，所述温度M至少超过环境温度5℃；
环境湿度在40％RH与70％RH之间时，所述控制模块控制所述发热模块温度与环境温度保持一致；
环境湿度≤40％RH时，所述控制模块控制所述发热模块温度在露点温度和环境温度之间。
2.根据权利要求1所述的温控方法，其特征在于：所述环境温度为每次X射线管激发之前，控制模块控制环境温度传感器反馈的激发前10秒内的环境温度。
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