CN1291720A - 便携式管激发x射线荧光仪的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式管激发X射线荧光仪的制造方法,管激发X射线荧光仪主要采用可控X射线管为激发源,和采用X射线探测器,主放大器,高、中、低压供电电源,多道脉冲幅度分析器(MCA),微机、应用软件及其外围设备组成。本发明的优点在于采用可控X射线激发源,符合环保要求;全谱测量,自动检测;能量分辨率优于200eV;分析元素范围可从S(Z=16)至U(Z=92);一些元素的分析检出限可达几—十几ppm;用笔记本电脑和相应软件,能在野外快速出数据。

Description

便携式管激发X射线荧光仪的制造方法

本发明涉及一种放射性地球物理学的测量技术，特别是一种便携式管激发X射线荧光仪。

X射线荧光仪由于是一种能够实现现场或原位物质成分快速、无损分析的重要仪器设备，所以应用极为广泛。如：普查找矿、矿产勘探、采矿选冶、环境保护、材料分析、镀层测定、黄金检测、建筑材料、石油化工、生物医学、考古分析……等等领域都要用上。X射线荧光仪最早的产品由于体积庞大，只能在试验室应用。现在各国都在竞相研制更加现代化的便携式X射线荧光仪，我国便携式X射线荧光仪，早期产品采用放射性核素源做放射源，一是不便进行高灵敏度的测量，二是对工作场所会产生一定程度的核污染。

本发明的目的在于向公众提供一种能够进行多元素全谱测量，实时显示、快速计算无任何污染的便携式管激发X射线荧光仪。

以下是本发明的技术方案和措施。

便携式管激发X射线荧光仪主要由可控X射线激发源，X射线探测器，主放大器，高、中、低压供电电源，多道脉冲幅度分析器(MCA)，微机及其外围设备。将高压电源产生的高压加到X光管上，产生X射线，该射线照射样品，激发目标元素产生特征X射线，探测器收集射线并转换为电压信号，放大后送到MCA进行模数转换及幅度分析，最后由计算机对其数字信息进行处理，即可得出被测样品元素种类及其含量。请参考图1。

可控X射线激发源是利用小型低功率X射线管及高压电源组成。X射线探测器可根据需要由Si-PIN电致冷X射线探测器、或Si(Li)半导体探测器(如图6所示)、或CZT探测构成。主放大器是由放大电路、基线恢复电路、有源积分电路所组成。高、中、低压供电电源的输入电压为12伏，输出电压0-30kV可调，输出电流0-0．3mA可调。

本发明主放大器由放大器、基线恢复器和有源积分器三个主要电路组成。放大器由七级反馈放大电路组成，第1、2级是增益级，第3、5级是有源积分器，第4级是实现输入极性变换电路，第6级是输出放大级。请参考图7。

在主放大器电路的设计中，特别着重了高计数率下保持最佳能量分辨率的研究。第一，采用门控基线恢复电路，校正高计数率下的基线漂移现象。这种技术大大改善了放大器的高计数率性能。第二，采用极／零补偿微分积分技术，对前置放大器的信号进行整形，改善信号的波形，提高信噪比，得到最佳的放大效果，输出单极性的脉冲信号。而且为避免高计数率下电容对分辨率的影响，除了CR微分网络外，全部采用直接耦合。第三，采用堆积拒绝器。该堆积拒绝ADC线性门信号一起构成对放大器输出信号脉冲的检测，保证ADC变换的是信号的峰值，而且该峰值不受堆积电压的干扰，从而进一步改善了高计数率下的能量分辨率。

图2是多道脉冲幅度分析器(MCA)的组成和连接框图，由跟随器、采样保持器、ADC芯片和控制接口电路四部分组成。图8是多道脉冲幅度分析器(MCA)的实施例电路图。

本发明探测器的高压电源，采用了专门的中压电源供给，原理框图如9所示：

稳定的偏置电压是探测器能够正常工作的基础。从+24伏的低压电源到最终的高压输出，其间，通过了一系列的电路，如直流转换、变压器升压、多级倍压电路、稳压滤波和延时输出等电路完成。

在主放大器中，第一级放大A1和第二级放大A2的具体电路是一样的，图7所示。放大器输出端采用两级三极管，射极输出方式。其优点是输出阻抗小，提高了信号的驱动能力，而且这种连接方式，可以维持峰值，缩短信号的下降沿时间，改善信号的波形。放大器输出的信号送到后级进行处理，基线恢复器对这个输出端进行监视。当基线漂移时，该信号经过比较器、跨导型放大器控制基线恢复电路。该基线恢复电路对放大器反向端的电容提供充电或放电电流，即对放大器提供一个共模电压信号，通过放大器的共模，消除基线漂移的影响。有源积分器和放大器的差别在于从放大器输出端反馈到反向输入端的电容比放大器的反馈电容大，有源积分器的作用在于改善信号的波形。

本发明的优点在于：

1、采用可控X射线激发源，符合环保要求；

2、全谱测量，自动检测，分析器道数不小于1000道；

3、采用Si-PIN电致冷X射线探测器，或Si(Li)半导体探测器，或CZT探测时能量分辨率优于200eV；

4、整主机功耗小于25W

5、整机重量小于15Kg

6、探头可以多样化替换使用；

7、分析元素范围可从S(Z=16)至U(Z=92)

8、对于常规岩石土壤样品，测量时间5～10分钟，一些元素的分析检出限可达几～十几ppm；

9、用笔记本电脑和相应的软件，能够在野外现场或原位快速给出结果。

10、整机经过实际运输的震动试验后完全可以正常使用。

以下结合附图说明和实施例对本发明作进一步介绍。

图1是本发明工作原理和流程图。

图2是本发明多道脉冲幅度分析器(MCA)工作原理图。

图3是本发明前置电路所采用的降噪放大电路如图。

图4是本发明X射线激发源可控高压实施例电路图。

图5是本发明X射线激发源可控电流实施例电路图。

图6是本发明X射线探测器高压实施例电路图。

图7是本发明主放大器实施例电路图。

图8是本发明多道脉冲幅度分析器(MCA)实施例电路图。

本发明研制成功以后，在特定范围内进行一系列例例行试验，经检测结果，完全达到设计和使用要求。

Claims (9)

1、一种运用可控X射线为激发源的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：便携式管激发X射线荧光仪主要由可控X射线管激发源，X射线探测器，主放大器，高、中、低压供电电源，多道脉冲幅度分析器(MCA)，应用软件，微机及其外围设备组成。

2、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：可控X射线激发源是利用小型低功率X射线管及高压电源组成；将高压加到X光管上，产生X射线，使X射线照射样品，激发目标元素产生特征X射线，探测器收集射线并转换为电压信号，放大后送到MCA进行模数转换及幅度分析，最后由计算机对其数字信息进行处理，得出被测样品元素种类及其含量。

3、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：X射线探测器根据需要由Si-PIN电致冷X射线探测器、或Si(Li)半导体探测器、或CZT探测器组成。

4、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：所述的高、中、低压供电电源的高压输出为0至30kV可调，电流0至0．3mA可调供可控X射线激发源，中压电源15V至-800V供X射线探测器，低压供电电源给各个电路做工作电源使用。

5、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：供可控X射线激发源的高压电源，采用了直流转换、变压器升压、多级倍压电路、稳压滤波和延时输出等电路达到0至30kV可调，电流0至0．3mA可调；供探测器的中压电源，采用直流15V通过直交流变换、变压器升压、多级倍压、稳压滤波、延时输出、最后输出-800V电压。

6、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：为了有良好的线性，主放大器由放大器、基线恢复器和有源积分器三个主要电路组成；放大器由七级反馈放大电路组成，第1、2级是增益级，第3、5级是有源积分器，第4级是实现输入极性变换电路，第6级是输出放大级。

7、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：在主放大器电路中，保持最佳能量分辨率采用的措施是一，采用门控基线恢复电路，校正高计数率下的基线漂移现象；二，采用极／零补偿微分积分技术，对前置放大器的信号进行整形，输出单极性的脉冲信号；三，采用堆积拒绝器，拒绝ADC线性门信号，一起构成对放大器输出信号脉冲的检测，保证ADC变换的是信号的峰值，其峰值不受堆积电压的干扰。

8、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：多道脉冲幅度分析器(MCA)由跟随器、采样保持器、ADC芯片和控制接口电路四部分组成，其基本框图如图2。

9、根据权利要求1所述的便携式管激发X射线荧光仪的制造方法，其特征在于：半导体探测器的前置电路的作用是将探测到的X荧光转化为电信号，其信号极其微弱，先进行无失真线性放大后，再传输到后续电路进行处理；降低前置电路放大环节的电子噪声所采用的降噪放大电路如图3所示。

Images