CN201340400Y - 带有一体化散热装置的手持式x射线荧光光谱仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于检测微量元素的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，包括左壳、右壳、成型于右壳上的支架、安装在支架上的掌上电脑，右壳内设置有滤光片与准直器组合切换装置、探测系统、高压光管、电路板，电路板包括信号处理系统和多道脉冲幅度分析器系统，左壳上一体设置有左散热块，右壳上一体设置有右散热块，左散热块和右散热块上相对设置有两个第一凹槽，右散热块上相对设置有两个第二凹槽，高压光管位于两个第一凹槽之间并与槽底紧密贴合，探测系统位于两个第二凹槽之间并与槽底紧密贴合。本实用新型解决了现有技术的问题，提供了一种体积小、散热效果好的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪。

Description

带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于检测微量元素的X荧光光谱仪，特别涉及一种带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪。

背景技术

X荧光光谱仪是一种广泛使用的用于判断及测定待测物质所包含化学元素种类以及含量的仪器，现有技术下的X荧光光谱仪主要为台式或者立式，其体积比较庞大、不便于携带，因此只能在室内甚至实验室里使用，在运输方面非常麻烦，而且存在需要重新校正的问题，尤其是在碰到某些大型产品时，如冰箱、汽车外壳等，使用相当不便，除此之外，现有技术下的X荧光光谱仪还存在如下缺点：

1、探测器致冷方式：一般采用液氮制冷技术支持的探测器，导致仪器整体体积庞大，另外由于氮气会不停挥发，需要定时去补充，并且由于制冷原理上的原因，用液氮制冷的探测器往往不能保证探测器在恒温的状态下工作，测量结果也会不稳定。

2、激发源：采用X射线发生器，但是这种X射线发生器除了体积较大外，由于每次X光发射时才启动电源，电流较大，导致其寿命较短。

3、探测器：有的仍采用正比计数管探测器，由于分析原理上的原因，该探测器的分辨率比较差，导致在测量微量元素时的效果比较差。

4、不能切换滤光片：例如在电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令测试中，对应金属基体和塑料基体的样品，难以得到正确的测量结果；作全元素分析时，对更广的元素范围没有良好的灵敏度和准确度。

实用新型内容

为了克服上述X荧光光谱仪的缺点，本实用新型的目的是提供一种体积小、散热效果好的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪。

本实用新型所采用的技术方案是：一种带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，包括左壳、右壳、一体成型于所述的右壳上的支架、可拆卸地安装在所述的支架上的掌上电脑，所述的右壳内设置有滤光片与准直器组合切换装置、探测系统、高压光管、电路板，所述的准直器组合切换装置、探测系统、高压光管均与所述的电路板相电连接，所述的电路板包括信号处理系统和多道脉冲幅度分析器系统，所述的掌上电脑与所述的多道脉冲幅度分析器系统信号连。所述的左壳上设置有与所述的左壳一体连接的左散热块，所述的右壳上设置有与所述的右壳一体连接的右散热块，所述的左散热块与右散热块均为金属材质，所述的左散热块和右散热块上相对设置有两个与所述的高压光管的外壳相匹配的第一凹槽，所述的左散热块和右散热块上还相对设置有两个与所述的探测系统的外壳相匹配的第二凹槽，所述的高压光管位于所述的两个第一凹槽之间并与槽底紧密贴合，所述的探测系统位于所述的两个第二凹槽之间并与槽底紧密贴合，由于所述的高压光管与所述的探测系统的外壳上直接加装有金属散热器，不但使得仪器体积大大减小，并且具有良好的散热效果。

优选地，所述的探测系统包括半导体硅探测器，具体为将光电二极管和场效应管光刻在同一片硅片上，这样由于场效应管栅极和光电二极管之间几乎是直接相连，大大降低分布电容，因此该系统分布电容产生的噪声较小，且具有体积小、分辨率高的优点。

所述的滤光片与准直器组合切换装置为一体设置的、可切换组合方式的至少两组滤光片与至少两组准直器，可以对应金属或塑料等多种基体的样品的不同使用情况，滤光片切换装置可以自动切换组合，过滤不同的背景特征X光信息，以得到正确的测量结果，作全元素分析时，对更广的元素范围有良好的灵敏度和准确度。

优选地，所述的高压光管采用将X光管和高压发生器直接连接后一起绝缘封装的一体化封装结构，由于去掉了X光管和高压发生器之间的连接用高压线同时封装为一体，提高了绝缘强度和可靠性，也降低了封装成本，安装及维修均较方便，操作简便可靠；同时采用使所述的高压光管的灯丝一直处于预热状态的技术方案，可避免每次开机时的电流冲击，从而延长灯丝的寿命。

所述的掌上电脑与所述多道脉冲幅度分析器系统之间的信号传输方式为无线传输，因此在测试过程中，操作人员可手持掌上电脑进行观测和控制，并可在一定距离内随意移动，从而使得测试过程更灵活方便，更人性化。

优选地，所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括电池以及覆盖于所述的电池上的电池盖，所述的电池作为仪器的电源设置在所述的右壳内。

优选地，所述的右壳上还设置有一扳机开关，所述的扳机开关与所述的电池串联，操作人员压下所述的扳机开关以使仪器处于工作状态。

优选地，所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括激光定位发生器，所述的激光定位发生器一体设置在所述的滤光片与准直器组合切换装置上。

优选地，所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括检测口缓冲硅胶件支架，所述的检测口缓冲硅胶件支架位于所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪的前端，并与所述的左散热块与右散热块相固定连接。

优选地，所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括测试架，所述的测试架包括支撑部分、测试平台以及箱盖，所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪左散热块与右散热块的前端与所述的测试平台固定连接。

实用新型具有如下优点：1、由于采用了金属散热器的技术方案，大大降低了X光管和探测系统的工作温度，有利于延长X光管的使用寿命，并且使得测量结果准确可靠。2、由于采用了一体化封装的高压X光管，使得光谱仪的外型尺寸和质量都极为轻巧，便于使用者携带和运输，方便野外作业和测量大物件。3、由于采用了半导体硅探测器，使得测量结果精确可靠。4、由于采用了滤光片与准直器组合切换装置的技术方案，同样使得仪器体积极大地减小。本实用新型的其它一些优点将结合实施例来具体说明。

附图说明

附图1是本实用新型的拆分图；

附图2是本实用新型高压光管及探测系统与左散热块及右散热块的连接方式示意图；

附图3是本实用新型的实施例一的示意图；

附图4是本实用新型的实施例二的示意图。

其中：1、掌上电脑；2、左壳；3、左散热块；4、电路板；5、探测系统；6、检测口缓冲硅胶件支架；7、滤光片与准直器组合切换装置；8、高压光管；9、右散热块；10、扳机开关；11、电池盖；12、电池；13、右壳；14、支架；15、激光定位发生器；16、测试架；161、支撑部分；162、测试平台；163、箱盖；17、第一凹槽；18、第二凹槽。

具体实施方式

实施例一：

参见附图1到附图3，一种带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，包括左壳2、右壳13、一体成型于右壳13上的支架14、可拆卸地安装在支架14上的掌上电脑1，该左壳2与右壳13对接后形成易于操作人员持握的手枪状，右壳13内设置有滤光片与准直器组合切换装置7、探测系统5、高压光管8、电路板4，上述准直器组合切换装置7、探测系统5、高压光管8均与电路板4相电连接，滤光片与准直器组合切换装置7包括一体设置的、可切换组合方式的两组滤光片与两组准直器，探测系统5包括测量精度较高的半导体硅探测器，高压光管8采用将X光管和高压发生器直接连接后一起绝缘封装的一体化封装结构，电路板4包括信号处理系统和多道脉冲幅度分析器系统，掌上电脑1与多道脉冲幅度分析器系统之间的信号连接方式为无线蓝牙连接，左壳2上设置有与左壳2一体连接的左散热块3，右壳13上设置有与右壳13一体连接的右散热块9，左散热块3与右散热块9均为散热效果较好的金属铝材质，左散热块3和右散热块9上相对设置有两个与高压光管8的外壳相匹配的第一凹槽17，左散热块3和右散热块9上还相对设置有两个与探测系统5的外壳相匹配的第二凹槽18，高压光管8位于两个第一凹槽17之间并与槽底紧密贴合，探测系统5位于两个第二凹槽18之间并与槽底紧密贴合；在右壳13内设置有作为工作电源的电池12，电池12上覆盖有用于固定电池12的电池盖11，右壳13上还设置有一扳机开关10，扳机开关10与电池12串联，在滤光片与准直器组合切换装置7上还一体设置有激光定位发生器15，在光谱仪的前端还连接有一个检测口缓冲硅胶件支架6，该检测口缓冲硅胶件支架6同时与左散热块3与右散热块9相固定连接，从而可以有效地防止测量时由于与被测物体过于靠近而造成碰撞。

另外，上述的滤光片与准直器组合切换装置7可切换一体设置的2组滤光片与2组准直器的组合方式，分别构成4种不同的组合，在电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令测试中，该4种组合分别对应金属基体和塑料基体的样品的不同使用情况，用以过滤不同的背景特征X光信息，从而得到精确的测量结果，作全元素分析时，对更广的元素范围有良好的灵敏度和准确度。

下面对本实用新型的工作原理作进一步说明。

如附图3所示，操作人员手持手枪状的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，将其前端大致对准待测量的样品，通过激光定位发生器15可以实现样品目标的精确对准，之后操作人员压下扳机开关10从而接通整个荧光光谱仪的内部电路，高压光管8随之发射出X射线，该X射线作用在样品上后驱逐样品原子一个内层电子，使整个原子体系处于不稳定的激发态，然后原子自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态，当此驰豫过程为辐射跃迁时，较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差，因此X射线荧光的能量或波长是特征性的，与该样品所含元素有一一对应的关系。

X射线荧光随后入射到探测系统5后形成一定数量的电子空穴对，电子空穴对在电场作用下形成电脉冲，得到一系列幅度与光子能量成正比的脉冲，在经过电路板4上信号处理系统放大后送到多道脉冲幅度分析器，从而得到X光能谱图，该能谱图在经过与其蓝牙无线连接的掌上电脑1中的软件进行定性定量分析计算，之后在软件的用户界面上显示结果。

以下是本实用新型软件部分的计算原理：

一、仪器校正

调整仪器放大倍数，消除峰漂的影响，确保待测样品与标准样品条件一致。

二、工作曲线

根据样品的成分和基材不同，把工作曲线分为五大类：即测塑料中的Cr，测铝镁中的Cr，Cd，Pb，Hg，Br，测塑料中的Cd，Pb，Hg，Br，测金属中的Cr，Cd，Pb，Hg，Br，测焊锡中的Pb等，每一大类根据实际需要可任意添加多条曲线。

三、强度计算

这里采用峰背比的方法，峰面积用高斯拟合计算。即：

$I=\frac{I_p}{I_b};$ Ip为峰的面积，Ib为背景面积。

$I_p=\underset{L}{\overset{R}{\mathrm{\Σ}}}H*\mathrm{Exp}[-\frac{{(X-X_0)}^2}{\mathrm{\δ}}]$

R：峰的左边界

L：峰的右边界

H：峰的高度

X：峰道址

X₀：峰的中心道址

δ：与峰的宽度有关的参数

四、计算含量

含量按公式C＝a*I+b计算，系数a，b用最小二乘法给出。

$a=(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{C}_i-\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i)/(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i{C}_i-\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i)$

$b=(\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{C}_i-a\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{I}_i)$

Ci是标准样品i的浓度，Ii是标准样品i的强度。

五、报告结果

可以把测量的结果保存到所需要的文件夹，并由打印机打印出来。

实施例二：

如附图4所示，该带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括测试架16，测试架16包括支撑部分161、测试平台162以及箱盖163，本实施例与实施例一相类似，区别在于：通过去除检测口缓冲硅胶件支架6后将左散热块3与右散热块9的前端与所述的测试平台162固定连接，从而使得荧光光谱仪整体竖直向上地垂直固定连接在测试平台162上，可使本实用新型作为台式仪器用于室内的连续测试，实现一机双用。

在使用时，操作人员只需要将箱盖163打开，将样品放置在带有荧光光谱仪的检测口处，之后关闭箱盖163，将位于支架14上的掌上电脑1取下，通过软件操控的方式实现与实施例一相同的测量方法，由于在测量时箱盖163是关闭的，从而不但可以隔绝外部的干扰，同时对于在样品较小的情况下，避免了操作人员由于长时间手持荧光光谱仪保持静止动作易于疲劳的缺点。

通过上述的实施方式，不难看出本实用新型是一种体积小、散热效果好的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪。

以上实施方式只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1、一种带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，它包括：左壳(2)、右壳(13)、一体成型于所述的右壳(13)上的支架(14)、可拆卸地安装在所述的支架(14)上的掌上电脑(1)，所述的右壳(13)内设置有滤光片与准直器组合切换装置(7)、探测系统(5)、高压光管(8)、电路板(4)，所述的准直器组合切换装置(7)、探测系统(5)、高压光管(8)均与所述的电路板(4)相电连接，所述的电路板(4)包括信号处理系统和多道脉冲幅度分析器系统，所述的掌上电脑(1)与所述的多道脉冲幅度分析器系统信号连接，其特征在于：

所述的左壳(2)上设置有与所述的左壳(2)一体连接的左散热块(3)，所述的右壳(13)上设置有与所述的右壳(13)一体连接的右散热块(9)，所述的左散热块(3)与右散热块(9)均为金属材质，所述的左散热块(3)和右散热块(9)上相对设置有两个与所述的高压光管(8)的外壳相匹配的第一凹槽(17)，所述的左散热块(3)和右散热块(9)上还相对设置有两个与所述的探测系统(5)的外壳相匹配的第二凹槽(18)，所述的高压光管(8)位于所述的两个第一凹槽(17)之间并与槽底紧密贴合，所述的探测系统(5)位于所述的两个第二凹槽(18)之间并与槽底紧密贴合。

2、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的探测系统(5)包括半导体硅探测器。

3、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的滤光片与准直器组合切换装置(7)包括一体设置的、可切换组合方式的至少两组滤光片与至少两组准直器。

4、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的高压光管(8)采用将X光管和高压发生器直接连接后一起绝缘封装的一体化封装结构。

5、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述掌上电脑(1)与所述多道脉冲幅度分析器系统之间的信号传输方式为无线传输。

6、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括电池(12)以及覆盖于所述的电池(12)上的电池盖(11)，所述的电池(12)设置在所述的右壳(13)内。

7、根据权利要求6所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的右壳(13)上还设置有一扳机开关(10)，所述的扳机开关(10)与所述的电池(12)串联。

8、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括激光定位发生器(15)，所述的激光定位发生器(15)一体设置在所述的滤光片与准直器组合切换装置(7)上。

9、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括检测口缓冲硅胶件支架(6)，所述的检测口缓冲硅胶件支架(6)位于所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪的前端，并与所述的左散热块(3)与右散热块(9)相固定连接。

10、根据权利要求1所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪，其特征在于：所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪还包括测试架(16)，所述的测试架(16)包括支撑部分(161)、测试平台(162)以及箱盖(163)，所述的带有一体化散热装置的手持式X射线荧光光谱仪左散热块(3)与右散热块(9)前端与所述的测试平台(162)固定连接。

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