CN106537188B - X射线检测信号处理器和采用它的x射线分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明的X射线检测信号处理器(10)等包括：比较器(17)，该比较器(17)在来自具有CR电路(13a)的连续复位型的前置放大器(13)的信号的电平没有超过规定的上限值的场合，发出高电平的信号，在超过规定的上限值的场合，发出低电平的信号；控制部(18)，该控制部(18)以规定时间而使来自该比较器(17)的信号从低电平变高电平的过程延迟，将其输出给时钟振荡器(15)，通过将低电平的信号输出给时钟振荡器(15)，停止振荡，由此，停止高速AD转换器(14)的高速AD转换，维持输出值。

Description

X射线检测信号处理器和采用它的X射线分析装置

相关申请

本发明要求申请日为2014年7月23日、申请号为JP特愿2014—149421号申请的优先权，通过参照其整体，作为构成本申请的一部分的内容而引用。

技术领域

本发明涉及X射线检测信号处理器和采用它的X射线分析装置，在该X射线检测信号处理器中，输入来自X射线检测器的信号，输出与射入上述X射线检测器中的X射线的能量相对应的波高的信号。

背景技术

在过去，比如在荧光X射线分析中，具有下述的X射线检测信号处理器，其中，通过前置放大器而对来自X射线检测器的信号(X射线检测器的输出信号。在下面，对于各部分的输出信号，也同样地表述)进行放大，通过高速AD转换器进行高速AD转换，通过信号处理部的滤波函数而对其进行平滑处理，由此，输出与射入X射线检测器中的X射线的能量(波长)相对应的波高的信号(波高值)，但是，根据前置放大器的类型，分成在下面描述的两种现有技术(参照专利文献1的第0005、0006段)。在任意的现有技术中，为了进行正确的信号处理，必须要求满足以下两个条件：来自前置放大器的信号的电平在不饱和的范围内，即，在对于分析来说有效的范围内；以及在高速AD转换器的输入范围内。

在作为第1现有技术的X射线检测信号处理器20中，像图4所示的那样，采用具有由电容器和复位开关构成的电路23a的脉冲复位型的前置放大器23。在该前置放大器23中，像图4的右上部的输出波形所示的那样，对来自X射线检测器的信号进行逐个放大，由电容器充电而积累，如果已积累的电平超过规定的上限值，则复位信号从比较器27发送给前置放大器23的复位开关，电容器放电，使前置放大器23复位。在这里，比较器27中的规定的上限值按照满足上述2个条件的方式设定。

在作为第2现有技术的X射线检测信号处理器30中，像图5所示的那样，采用连续复位型(也称为拖尾脉冲型、RC对型等)的前置放大器13，该连续复位型的前置放大器13具有由电容器和电阻器构成的CR电路13a。在该前置放大器13中，像图5的左上部的输出波形所示的那样，关于对来自X射线检测器的各信号进行放大，急剧地上升，由电容器被充电的方面，与脉冲复位型的前置放大器23(图4)相同，而与脉冲复位型的前置放大器23的不同之处在于关于各信号，对应于CR电路13a的时间常数，电容器放电，经过充电的电平衰减。由于该特征，除了适当设定CR电路13a的时间常数以外，没有在为了满足上述2个条件而采用设定了阈值的比较器等的方面花费工夫。一般，关于来自前置放大器13的信号的电平是否在高速AD转换器14的输入范围内，在高速AD转换器14本身中设置了判断功能，在超过输入范围的场合，可不停止高速AD转换，获得过范围的信号而进行应对。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特表2011—511927号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在第1现有技术中，由于将来自X射线检测器的各信号放大，向电容器充电而不衰减地积累，故如果按照满足上述2个条件的方式设定比较器27中的规定的上限值，则针对来自X射线检测器的各信号，在来自前置放大器23的输出时所允许的电平，为比如前置放大器23的输出为没有饱和的有效的范围的1/100的程度，或者，为高速AD转换器14的输入范围的1/100的程度，为100mV，其结果是，具有SN比不好、另外无法应对高计数率等的问题。

另一方面，在第2现有技术中，由于针对来自X射线检测器的各信号，与经过放大，由电容器充电后的CR电路13a的时间常数相对应，电平发生衰减，故与第1现有技术相比较，将电容器的值较小地设定，由此，可针对各信号，使来自前置放大器23的输出电平以比如100mV的程度而增加，SN比良好，还可应对高计数率。另外，像前述那样，在来自前置放大器13的信号的电平超过了高速AD转换器14的输入范围的场合，可通过高速AD转换器14本身来进行应对。

但是，具有下述这样的问题。图6以沿纵向并列的方式表示第2现有技术中的来自前置放大器13的信号Po和来自高速AD转换器14的信号Ado。在沿纵向并列的图6的各部分中，纵轴表示各信号的电平，横轴表示时间，在图6的左侧，表示来自前置放大器13的信号Po的电平处于没有饱和的有效的范围内的状态，在图6的右侧，表示X射线向X射线检测器的入射频度高而产生了重叠的场合、强大的能量的宇宙射线射入X射线检测器的场合的，来自前置放大器13的信号Po的电平处于超过了没有饱和的有效的范围的状态。

在第2现有技术中，高速AD转换器14不间断地原样地对来自前置放大器13的信号Po进行高速AD转换，信号处理部16根据来自高速AD转换器14的信号ADo的急剧的上升，识别信号的到达，针对识别出到达的信号，通过滤波函数对其进行平滑处理，求出波高值，将其输出给多重波高分析器。比如，像图6的左侧所示的那样，在前置放大器13的信号Po的电平处于没有饱和的有效的范围内的状态下，使来自前置放大器13的信号Po的急剧的上升N原样地进行高速AD转换，形成来自高速AD转换器14的信号ADo的急剧的上升Nd。根据该急剧的上升Nd，信号处理部16识别来自高速AD转换器14的信号ADo的到达，针对识别出到达的信号ADo，通过滤波函数对其进行平滑处理，求出波高值，将其输出给多重波高分析器。多重波高分析器将该波高值作为正常而有效的值而处理。该动作没有问题。

另一方面，像图6的右侧所示的那样，在前置放大器13的信号Po的电平超过了没有饱和的有效的范围的状态下，来自前置放大器13的信号Po的急剧的上升A，以及在此后的衰减过程中，作为前置放大器13的特性上的噪音(称为“短时脉冲波干扰”、“锯齿”)而产生的急剧的下降B和急剧的上升C原样地进行高速AD转换，形成来自高速AD转换器14的信号ADo的急剧的上升Ad，急剧的下降Bd和急剧的上升Cd。根据2个急剧的上升Ad、Cd，信号处理部16针对来自AD转换器14的信号ADo，识别出2个到达，针对识别出到达的2个信号(ADo的前半和后半)，分别通过滤波函数对其进行平滑处理，求出波高值，将其输出给多重波高分析器。在多重波高分析器中，针对该2个波高值中的在先的急剧的上升Ad的波高值，可根据值的大小，作为异常而无效的值而处理，但是，关于急剧的上升Cd的波高值，不能作为异常、无效的值来处理，与针对上述急剧的上升Nd的波高值相同，作为正常而有效的值而处理。其结果是，在多重波高分析器中，能量分辨率恶化。

本发明是针对这样的情况而提出的，本发明的目的在于提供一种X射线检测信号处理器和采用它的X射线分析装置，在该X射线检测信号处理器中，SN比良好，还可应对高计数率，另外即使向X射线检测器中的X射线的入射频度增高，有宇宙射线射入X射线检测器中的情况，，仍可进行能量分辨率高的分析。

用于解决课题的技术方案

为了实现上述目的，本发明的第1方案的X射线检测信号处理器涉及下述的X射线检测信号处理器，在该X射线检测信号处理器中，输入来自X射线检测器的信号，该X射线检测信号处理器输出与射入上述X射线检测器中的X射线的能量相对应的波高的信号，该X射线检测信号处理器包括：前置放大器，该前置放大器对来自上述X射线检测器的信号进行放大，对应于CR电路的时间常数，使该信号衰减；时钟振荡器；高速AD转换器，该高速AD转换器根据该时钟振荡器的振荡而动作，对来自上述前置放大器的信号进行高速AD转换；信号处理部，该信号处理部根据来自该高速AD转换器的信号的上升，识别信号的到达，通过滤波函数而对识别出到达了的信号进行平滑处理。另外，还包括比较器，该比较器在来自上述前置放大器的信号的电平没有超过规定的上限值的场合，发出高电平的信号，在来自上述前置放大器的信号的电平超过上述规定的上限值的场合，发出低电平的信号；控制部，该控制部以规定时间而使来自该比较器的信号从低电平变高电平的过程延迟，将其输出给上述时钟振荡器，将低电平的信号输出给上述时钟振荡器，停止振荡，由此，停止上述高速AD转换器的高速AD转换，维持输出值。

在第1方案的X射线检测信号处理器中，采用具有CR电路的连续复位型的前置放大器，如果来自前置放大器的信号的电平超过规定的上限值，则控制部停止高速AD转换器的高速AD转换，维持输出，并且然后，即使在来自前置放大器的信号的电平衰减到规定的上限值以下的情况下，仍以规定时间而使高速AD转换的再次开始延迟，由此，SN比良好，还可应对高计数比，另外，即使在向X射线检测器的X射线的入射频度变高、宇宙射线射入X射线检测器中的情况下，仍可通过波高分析器，仅仅输出针对有效、无效而可正确地处理的波高值，由此，可进行能量分辨率高的分析。

在本发明的第2方案的X射线分析装置中，采用第1方案的X射线检测信号处理器。同样通过第2方案的X射线分析装置，获得与第1方案的X射线检测信号处理器相同的作用效果。

权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少2个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的2个以上的任意的组合也包含在本发明中。

附图说明

根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图用于单纯的图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由后附的权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。

图1为表示本发明的一个实施方式的X射线检测信号处理器的概况图；

图2为采用该X射线检测信号处理器的荧光X射线分析装置的概况图；

图3为表示沿纵向使来自该X射线检测信号处理器中的各部分的信号并列而表示的图；

图4为表示作为第1现有技术的X射线检测信号处理器的概况图；

图5为表示作为第2现有技术的X射线检测信号处理器的概况图；

图6为表示沿纵向使来自该X射线检测信号处理器中的各部分的信号并列而表示的图。

具体实施方式

下面参照附图，具体地对本发明的一个实施方式的X射线检测信号处理器进行说明。该X射线检测信号处理器为像图1所示的那样，输入来自X射线检测器的信号，输出与射入X射线检测器中的X射线的能量相对应的波高的信号的装置10，其包括：前置放大器13，该前置放大器13对来自X射线检测器的信号进行放大，对应于CR电路13a的时间常数而使该放大的信号衰减；时钟振荡器15；高速AD转换器14，该高速AD转换器14基于上述时钟振荡器15的振荡而动作，对来自前置放大器13的信号进行高速AD转换；信号处理部16，该信号处理部16根据来自该高速AD转换器14的信号的上升识别信号的到达，针对识别了到达的信号，根据上升的高度，换言之，通过滤波函数进行平滑处理，求出波高值，将该信号输出给多重波高分析器。另外，在本实施方式中，给出适用于多重波高分析器的场合的例子，但是，本发明的X射线检测信号处理器不限于多重波高分析器，还可适用于单信道的波高分析器。

像这样，在本实施方式的X射线检测信号处理器10中，由于与前述的第2现有技术相同，采用具有CR电路13a的连续复位型的前置放大器13，故可针对来自X射线检测器的各信号，使来自前置放大器13的输出电平增加到比如100mV的程度，SN比良好，还可应对高计数率。另外，像前述那样，在来自前置放大器13的信号的电平超过AD转换器14的输入范围的场合，可通过高速AD转换器14本身而应对。

另外，本实施方式的X射线检测信号处理器10还包括：比较器17，该比较器17在来自前置放大器13的信号的电平没有超过规定的上限值的场合，发出高电平的信号，在来自前置放大器13的信号的电平超过上述规定的上限值的场合，发出低电平的信号；控制部18，该控制部18通过将来自该比较器17的信号从低电平到高电平的过程延迟规定时间，将该信号输出给时钟振荡器15，将低电平的信号输出给时钟振荡器15，停止振荡，由此，停止高速AD转换器14的高速AD转换，维持输出值。

对具有该比较器17和控制部18的本实施方式的X射线检测信号处理器10的动作进行说明。图3以在纵向并列的方式表示本实施方式的X射线检测信号处理器10中的，来自前置放大器13的信号Po、来自比较器17的信号CMo、来自控制部18的信号CKe、来自高速AD转换器14的信号ADo。在沿纵向并列的图3的各部分中，纵轴表示各信号的电平，横轴表示时间，在左侧表示来自前置放大器13的信号Po的电平处于没有饱和的有效的范围内的状态，在右侧表示向X射线检测器的X射线的入射频度增高，产生重叠的场合，强大的能量的宇宙射线射入X射线检测器中的场合的，来自前置放大器13的信号Po的电平处于超过没有饱和的有效的范围的状态。另外，Hl表示在比较器17中设定的，针对来自前置放大器13的信号Po的规定的上限值，对于来自比较器17的信号CMo和来自控制部18的信号CKe，H表示高电平，L表示低电平。

像在图3的左侧所示的那样，在来自前置放大器13的信号Po的电平处于没有饱和的有效的范围内的状态下，即，如果在比较器17中设定的规定的上限值Hl以下，则来自比较器17的信号CMo和来自控制部18的信号CKe均为高电平，来自前置放大器13的信号Po的急剧的上升N原样地进行高速AD转换，造成来自高速AD转换器14的信号ADo的急剧的上升Nd。根据该急剧的上升Nd，信号处理部16识别来自高速AD转换器14的信号ADo的到达，针对识别了到达的信号ADo，通过滤波函数，对其进行平滑处理，求出波高值，将其输出给多重波高分析器。多重波高分析器将该波高值作为正常而有效的值而处理。该动作与前述的第2现有技术中的没有问题的动作相同。

另一方面，像在图3的右侧所示的那样，如果来自前置放大器13的信号Po的电平超过没有饱和的有效的范围，即，如果超过在比较器17中设定的规定的上限值Hl，则来自比较器17的信号CMo和来自控制部18的信号CKe均为低电平。另外，如果来自控制部18的信号CKe输出给时钟振荡器15，由于时钟振荡器15停止使高速AD转换器14动作的振荡，故高速AD转换器14停止高速AD转换，维持停止前的输出值，即，来自前置放大器13的信号Po的电平达到在比较器17中设定的规定的上限值Hl时的输出值。其结果是，来自前置放大器13的信号Po的急剧的上升A进行AD转换，直至达到上限值Hl，形成来自高速AD转换器14的信号ADo的急剧的上升AHld。

在急剧的上升A后的衰减的过程中，在来自前置放大器13的信号Po的电平将要返回到没有饱和的有效的范围内时，即，在将要在比较器17中设定的规定的上限值Hl以下时，形成前置放大器13的特性上的噪音(称为“短时脉冲波干扰”、“锯齿”等)，产生急剧的下降B和急剧的上升C。在该急剧的下降B和急剧的上升C中，来自前置放大器13的信号Po的电平下降，直至在比较器17中设定的上限值Hl以下，然后上升，直至再次超过该上限值Hl，由此，来自比较器17的信号CMo从低电平到高电平，马上又返回到低电平。但是，由于控制部18在规定时间内延迟将来自该比较器17的信号CMo从低电平到高电平的过程，将该信号输出给时钟振荡器15，故来自控制部18的信号CKe处于低电平的状态。于是，高速AD转换器14连续维持急剧的上升AHld终端的输出值。另外，在控制部18中设定的，延迟来自比较器17的信号CMo从低电平到高电平的过程的规定时间，可通过实验而求出，比如，为0.03msec。

在急剧的上升C后的衰减的过程中，如果来自前置放大器13的信号Po的电平返回到没有饱和的有效的范围，即，下降到在比较器17中设定的规定的上限值Hl，则来自比较器17的信号CMo从低电平到高电平，以上述的规定时间而延迟，来自控制部18的信号CKe也从低电平变高电平。接着，如果来自控制部18的信号CKe为高电平，则由于高速AD转换器14再次开始来自前置放大器13的信号Po的高速AD转换，故来自高速AD转换器14的信号ADo也与来自前置放大器13的信号Po相同，进行衰减。

于是，在来自高速AD转换器14的信号ADo中，仅仅在最初呈现急剧的上升AHld，根据它，信号处理部16识别来自高速AD转换器14的信号ADo的到达，针对识别到达的信号ADo，通过滤波函数而对其平滑处理，求出波高值，将其输出给多重波高分析器。在多重波高分析器中，该波高值可根据值的大小，作为异常而无效的值而处理，与前述的急剧的上升Nd的波高值相同，不作为正常而有效的值而处理，由此，没有能量分辨率恶化的危险。

像以上那样，在本实施方式的X射线检测信号处理器10中，采用具有CR电路13a的连续复位型的前置放大器13，如果来自前置放大器13的信号Po的电平超过规定的上限值Hl，则控制部18停止高速AD转换器14的高速AD转换，维持输出，并且即使在此后，来自前置放大器13的信号Po的电平衰减到规定的上限值Hl以下的情况下，仍以规定的时间而使高速AD转换的再次开始延迟，由此，SN比良好，还可应对高计数率，此外，即使在向X射线检测器的X射线的入射频度变高、宇宙射线向X射线检测器而射入的情况下，仍可通过波高分析器，仅仅输出针对有效、无效，可正确地处理的波高值，由此，可进行能量分辨率高的分析。

本实施方式的X射线检测信号处理器10用于比如图2的荧光X射线分析装置。该荧光X射线分析装置为向装载于试验台8上的试样3，照射来自X射线管等的X射线源1的1次X射线2，通过检测机构9而检测所产生的荧光X射线4的荧光X射线分析装置，其包括：前述的X射线检测信号处理器10；多重波高分析器11，该多重波高分析器11针对来自X射线检测信号处理器10的波高的信号(波高值)，分别就多个连续的波高范围的每个而求出计数率，由此，获得作为相对波高的计数率的分布的能量频谱(波高分布曲线)；定量机构12，该定量机构12针对通过多重波高分析器11而获得的能量频谱，计算试样3的成分的含有率等。X射线检测信号处理器10、多重波高分析器11和定量机构12中的至少一部分具体来说，通过计算机和与其连接的输入输出装置而构成。

检测机构9由分光元件5与X射线检测器7构成，该分光元件5对由试样3而产生的2次X射线4进行分光，该X射线检测器7以与上述经过分光的2次X射线4的强度相对应的数量，产生具有针对经过分光的2次X射线4的每个而与其能量(波长)相对应的波高的信号(脉冲)。另外，在采用分光元件5的检测机构9中，包括：所检测的2次X射线4的波长固定的固定型；可对所检测的2次X射线4的波长进行扫描的扫描型，但是，根据需要，也可具有任意者。另外，还可不采用分光元件5，而将能量分辨率高的X射线检测器作为检测机构。在该荧光X射线分析装置中，由于采用前述的X射线检测信号处理器10，故获得与前述的场合相同的作用效果。该荧光X射线分析装置也为本发明的一个实施方式，包含于本发明中。另外，采用本发明的X射线检测信号处理器的，荧光X射线分析装置以外的X射线分析装置(比如，X射线衍射装置)也包含于本发明中。

如上所述，参照附图，对优选的实施例进行了说明，但是，如果是本领域的技术人员，观看本说明书，会在自明的范围内，容易想到各种的变更和修正。于是，对于这样的变更和修正，解释为根据权利要求而确定的本发明的范围内的内容。

标号的说明：

标号7表示X射线检测器；

标号10表示X射线检测信号处理器；

标号13表示前置放大器；

标号13a表示CR电路；

标号14表示高速AD转换器；

标号15表示时钟振荡器；

标号16表示信号处理部；

标号17表示比较器；

标号18表示控制部。

Claims (2)

1.一种X射线检测信号处理器，在该X射线检测信号处理器中，输入来自X射线检测器的信号，该X射线检测信号处理器输出与射入上述X射线检测器中的X射线的能量相对应的波高的信号，该X射线检测信号处理器包括：

前置放大器，该前置放大器对来自上述X射线检测器的信号进行放大，对应于CR电路的时间常数，使该信号衰减；

时钟振荡器；

高速AD转换器，该高速AD转换器根据该时钟振荡器的振荡而动作，对来自上述前置放大器的信号进行高速AD转换；

信号处理部，该信号处理部根据来自该高速AD转换器的信号的上升，识别信号的到达，通过滤波函数而对识别出到达了的信号进行平滑处理，求出波高值，输出给多重波高分析器或单信道的波高分析器；

比较器，该比较器在来自上述前置放大器的信号的电平没有超过规定的上限值的场合，发出高电平的信号，在来自上述前置放大器的信号的电平超过规定的上限值的场合，发出低电平的信号；

控制部，该控制部使来自该比较器的信号从低电平变高电平的过程延迟规定时间，将其输出给上述时钟振荡器，将低电平的信号输出给上述时钟振荡器，停止振荡，由此，停止上述高速AD转换器的高速AD转换，维持输出值。

2.一种X射线分析装置，该X射线分析装置采用权利要求1所述的X射线检测信号处理器。