CN203824940U - 一种手持式x射线荧光分析仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种手持式X射线荧光分析仪，包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、滤光片准直器控制系统、摄像头、GPS定位模块、ARM嵌入式系统，激发光源装置中设置有X射线发生器和高压发生器，信号探测装置中设置有探测器，X射线发生器前设置有滤光片准直器控制系统，信号探测装置与信号处理装置连接，信号探测装置位于X射线发生器激发射线的最佳反射角的位置上，信号处理装置上连接有ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统上配备卫星GPS定位模块，ARM嵌入式系统上连接有数码控制器。本实用新型对金属合金、ROHS有害元素、地矿样品、环境样品、金属镀层厚度等进行现场快速测定，无需进行专门制样，可以直接测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种分析仪器，具体涉及一种功能强大、使用方便、精度高、通用性强、有全球卫星GPS定位的手持式X射线荧光分析仪。
背景技术
目前，所使用的手持式X荧光分析仪，它包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、滤光片、准直器驱动、单片机及PDA；其中，激发光源装置和信号处理装置分别连接单片机，该激发光源安装在靠近测样装置的位置，信号探测装置连接信号处理装置，滤光片、准直器驱动是用于对初级X射线进行过滤及控制，对样品元素进行选择性激发。该手持式X荧光分析仪由于采用普通单片机进行处理，速度较慢，功能简单，不能采用复杂算法，无全球卫星GPS定位，使仪器的使用范围狭窄，分析时间较差，精度也受一定影响。为此，需要一种功能强大，处理速度快，分析时间短，应用领域广的一种新型手持式X射线荧光分析仪。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的主要目的在于提供一种功能强大、使用方便、精度高、通用性强、有全球卫星GPS定位的手持式X射线荧光分析仪。
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种手持式X射线荧光分析仪，所述手持式X射线荧光分析仪包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、滤光片准直器控制系统、摄像头、卫星GPS定位模块、ARM嵌入式系统，所述激发光源装置中设置有X射线发生器和高压发生器，所述信号探测装置中设置有与所述信号处理装置连接的探测器，所述X射线发生器前设置有滤光片准直器控制系统，所述滤光片准直器控制系统包括滤光片和准直器，所述信号探测装置与所述信号处理装置连接，所述信号探测装置位于所述X射线发生器激发射线的最佳反射角的位置上，所述高压发生器连接有高压电源，所述信号处理装置上连接有ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统上配备卫星GPS定位模块，ARM嵌入式系统上连接有数码控制器。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述探测器为SDD电制冷探测器。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述SDD电制冷探测器上连接有一个前置放大器。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述滤光片和准直器位于X射线发生器的出口处。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述信号处理装置包括与所述探测器连接的数字脉冲放大器、数字脉冲放大器连接的模数转换器，以及与模数转换器连接而获取多道数据的单片机。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述信号处理装置设有USB接口，通过USB接口把获取的多道数据传输给ARM嵌入式系统。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述ARM嵌入式系统上连接有高分辨率的彩色液晶触摸式显示屏。
在本实用新型的一个优选实施例子中，所述ARM嵌入式系统配备蓝牙、USB通讯接口。
本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的手持式X射线荧光分析仪具有以下优点：本实用新型的X射线发生器采用了端窗型微聚焦X射线发生技术，激发效率提高3-5倍，而探测器采用SUPER-SDD电制冷探测器，其最低分辨率达到125eV，计数效率比原来的SI-PIN探测器提高500%，该SUPER-SDD电制冷探测器对铝、硅等元素的探测效率比SI-PIN探测器提高了5倍，使一般样品在2-10秒内，可以得到满意的结果，提高分析元素的灵敏度和检出限。本实用新型具有分析速度快、使用方便、精度高、成本低、故障率低、测量时间短的优点，可分析元素周期表中由镁（Mg）到铀（U）之间的全部元素，完全达到了预期的目的，可对金属合金、ROHS有害元素、地矿样品、环境样品、金属镀层厚度等进行现场快速测定，无需进行专门制样，可以直接测量。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图给出本实用新型较佳实施例，以详细说明本实用新型的技术方案。
图1为本实用新型的原理框图，如图1所示：本实用新型包括激发光源装置1、信号探测装置2、信号处理装置3、滤光片准直器控制系统4、摄像头5、卫星GPS定位模块6、ARM嵌入式系统7，激发光源装置1中设置有X射线发生器101和高压发生器102，信号探测装置2中设置有与信号处理装置3连接的SDD点制冷探测器301，X射线发生器101前设置有滤光片准直器控制系统4，滤光片准直器控制系统4包括滤光片401和准直器402，电机控制器13，信号探测装置2与信号处理装置3连接，信号探测装置2位于X射线发生器101激发射线的最佳反射角的位置上，高压发生器102连接有高压电源10，高压电源连接到数码控制器9及单片机12，信号处理装置3上连接有ARM嵌入式系统7，ARM嵌入式系统7上配备卫星GPS定位模块6。
在本实用新型的具体的使用过程中，探测器选为SDD电制冷探测器201，SDD电制冷探测器102上连接有一个前置放大器。
滤光片401和准直器402位于X射线发生器101的出口处。
滤光片401和准直器402受电机控制器13控制。
信号处理装置包括与所述探测器连接的数字脉冲放大器301、数字脉冲放大器301连接的模数转换器302，以及与模数转换器302连接而获取多道数据的单片机303。信号处理装置3设有USB接口，通过USB接口把获取的多道数据传输给ARM嵌入式系统7。ARM嵌入式系统7上连接有高分辨率的彩色液晶触摸式显示屏8。ARM嵌入式系统7配备蓝牙、USB通讯接口。
本实用新型的SDD电制冷探测器201配备有探测器电源202，在信号处理装置3中设有与SDD电制冷探测器201连接的放大器301以及与放大器301连接的模数转换器302。其中，SDD电制冷探测器201是美国AMPTEK公司最新开发研制的具有高分辨率、高计数率的SUPER-SDD电制冷探测器，需要在低温下（-40℃）工作，低温需要由半导体制冷方式提供。该SUPER-SDD电制冷探测器100无需液氮冷却，Be（铍窗）厚度为7.5微米，对55Fe5.9keV的X射线在计数率为1000CPS时的分辨率为125eV。并且对轻元素Na、Mg、Al、Si、S等具有高灵敏度与分辨率，使一般样品在2-10秒内，可以得到满意的结果。
激发光源装置1配备有高压电源10、高压电源10上连接的X射线发生器330和数码控制器9及单片机12，其中，以高压50KV的正高压作为X射线发生器101的激发源，该X射线发生器101采用Be（铍）窗厚度为75微米的韧致辐射型﹑低功率﹑自然冷却﹑高寿命的端窗型X光管，并根据实际应用需要选择靶材，如供选择的靶材为：Rh（铑靶），Ag（银靶），W（钨靶）等。本实用新型中，在X射线发生器101前增加了滤光片选择装置，用于降低待测元素的本底，提高分析元素的灵敏度及检出限。该滤光片选择装置采用合适的滤光片，可以提高特定元素的分析灵敏度，使分析下限达到PPM级。本实施例中配备6个滤光片以适应不同的分析要求。在X射线发生器101前安装有2种准直器402，可以针对不同行业的样品，选择合适的准直器402及激发条件，使仪器的适应性更宽广，从X射线发生器101生的初级X射线通过滤光片及准直器402后直接激发可变尺寸样品测量平台上的样品11，通过选择激发条件更能获得最佳的分析结果。
摄像头5采用微型高分辨率彩色摄像头，用于待测样品的观察及测量点的控制，特别适合于测量丝状、线状、点状等微小样品的测量。
数码控制器9通过单片机12连接到ARM嵌入式系统7，在ARM嵌入式系统7上还连接有输出设备，该输出设备包括触摸式彩色液晶屏8。为了减少数据接口链接的复杂性，降低故障率，在信号处理装置设有与模数转换器302连接并能够获取多道数据的单片机，ARM嵌入式系统7设有USB接口、蓝牙通信接口，该单片机通过USB接口把获取多道数据的分析结果传输给ARM嵌入式系统7进行显示及统计。
全球卫星GPS定位模块6连接到ARM嵌入式系统7，打开仪器电源后，GPS定位装置开始工作，能自动搜索到卫星信号，并确定仪器的当前位置，测量样品后自动录入GPS定位信息，以便于野外确定测量点的信息，进行数据处理。
X光管采用正高压激发，在激发光源装置中，高压电源10的电压与电流采用自动数码控制及显示，X射线稳定度：0.3%/8小时，电压范围：0V至50kV连续可调，电流范围：0mA至1mA连续可调。
激发光源装置采用独特的倒置直角光学结构设计（如图2所示），SUPER-SDD电制冷探测器处于X射线发生器激发射线的最佳反射角的位置上，便于SUPER-SDD电制冷探测器接受反射的射线。
本实用新型工作时，当手持式仪器的前端对准待测样品时，可以通过摄像头5观察样品的测量位置，X射线发生器101发出X射线经过滤光片及准直器402后激发测量样品，使测量样品中各个元素的原子中的核外电子（特别是K层电子）受激发而放出，并且在原来位置产生一个空穴，此时外层电子（特别是L层电子）就会填充这个空穴位置，多余的能量就以特征X射线的形式放出，这些特征X射线进入SUPER-SDD电制冷探测器产生脉冲信号，经过前置放大器送入脉冲谱仪放大器，经脉冲谱仪放大器的放大与脉冲成形，送入模数转换器302，模数转换器302将模拟信号转换成数字量，送入ARM嵌入式系统，通过控制接口电路来进行谱数据的采集与控制。X荧光分析仪器通过对各种特征X射线能量的分析可以得到定性的结果，也即知道样品含有何种元素，再通过对特征X射线的强度计算与分析，最终完成样品中各元素含量的分析。
通过现场实际分析结果验证，本实用新型具有分析速度快、使用方便、精度高、成本低、故障率低、测量时间短的优点，可分析元素周期表中由镁（Mg）到铀（U）之间的全部元素，完全达到了预期的目的。分析样品时，一般只要2-10秒即可给出各个元素的含量，可检测各种类型的样品，如合金、土壤、环保、矿石、电子、玩具等样品，样品形态可以是块状、线状、碎屑状、粉末状、液体等，无需进行专门制样，可以直接测量。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述手持式X射线荧光分析仪包括激发光源装置、信号探测装置、信号处理装置、滤光片准直器控制系统、摄像头、卫星GPS定位模块、ARM嵌入式系统，所述激发光源装置中设置有X射线发生器和高压发生器，所述信号探测装置中设置有与所述信号处理装置连接的探测器，所述X射线发生器前设置有滤光片准直器控制系统，所述滤光片准直器控制系统包括滤光片和准直器，所述信号探测装置与所述信号处理装置连接，所述信号探测装置位于所述X射线发生器激发射线的最佳反射角的位置上，所述高压发生器连接有高压电源，所述信号处理装置上连接有ARM嵌入式系统，ARM嵌入式系统上配备卫星GPS定位模块，ARM嵌入式系统上连接有数码控制器。
2.根据权利要求1所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述探测器为SDD电制冷探测器。
3.根据权利要求2所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述SDD电制冷探测器上连接有一个前置放大器。
4.根据权利要求1所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述滤光片和准直器位于X射线发生器的出口处。
5.根据权利要求1所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述信号处理装置包括与所述探测器连接的数字脉冲放大器、数字脉冲放大器连接的模数转换器，以及与模数转换器连接而获取多道数据的单片机。
6.根据权利要求1所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述信号处理装置设有USB接口，通过USB接口把获取的多道数据传输给ARM嵌入式系统。
7.根据权利要求1所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述ARM嵌入式系统上连接有高分辨率的彩色液晶触摸式显示屏。
8.根据权利要求1所述的手持式X射线荧光分析仪，其特征在于：所述ARM嵌入式系统配备蓝牙、USB通讯接口。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140910 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |