JP2015017866A - Ｘ線検出信号処理ユニットおよびそれを備えるｘ線分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線をシンプルにして誤配線や接触不良、機械構造物との干渉などをなくすとともに線材重量を軽量化することができるＸ線検出信号処理ユニットを提供する。【解決手段】本発明のＸ線検出信号処理ユニット５Ａは、Ｘ線検出器４の出力信号を増幅する前置増幅器５０と、バッファアンプ５１と、バッファアンプ５１の出力端とパルスプロセッサ５２とを、バッファアンプ側に第１コンデンサ５３を介し、パルスプロセッサ側に第２コンデンサ５４を介して接続する同軸ケーブル５５と、前置増幅器５０およびバッファアンプ５１に電力を供給する前置増幅器電源５６とを備え、前置増幅器電源５６と前置増幅器５０およびバッファアンプ５１とが、同軸ケーブル５５により接続され、第１コンデンサ５３の同軸ケーブル側端とバッファアンプ５１の入力端とを第３コンデンサ５９を介して接続するフィードバック回路７を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線分析装置におけるＸ線検出信号処理ユニットの配線に関するものである。

従来、Ｘ線分析装置のＸ線検出信号処理ユニット５Ｃにおいて、図５に示すようにＸ線検出器４の出力信号を出力する信号ケーブルである同軸ケーブル５５、前置増幅器電源５６からＸ線検出器４の前置増幅器５０に電力を供給する前置増幅器電源ケーブル６０、Ｘ線検出器４にバイアス電源を供給するバイアスケーブル（図示なし）がそれぞれ別々にあり、配線が煩雑で誤配線や接触不良、機械構造物との干渉などが生じる問題があった。特に、波長分散型多元素同時蛍光Ｘ線分析装置（図示なし）では、同軸ケーブル５５、前置増幅器電源ケーブル６０が測定チャンネルの数だけ必要であり、配線がより煩雑であり、外観上も煩雑であった。また、走査型蛍光Ｘ線分析装置（図示なし）では、走査時にＸ線検出器４とともに同軸ケーブル５５、前置増幅器電源ケーブル６０が移動するので、これらのケーブル５５、６０の線材重量が移動時の負荷になっていた。従来のＸ線検出信号処理ユニット５Ｃにおいては、このような様々な問題があった。

また、Ｘ線分析以外の分野で、電源線とデータ通信用の通信線とを別々に配線している分析システム（車の排気ガスに含まれる成分を分析する分析システム）において、配線が煩雑になり、接触不良などの不都合が生じ、故障の原因を増やす問題があった。そこで、電源の周波数とデータ信号の周波数との差異によって電源（供給電力）とデータ信号とを識別可能であることを利用して電源線にデータ信号を重畳させ、配線の簡素化を図った分析システムがある（特許文献１）。

特開２０００−４９８１０号公報

しかしながら、Ｘ線検出器の出力信号は、立ち上がり時の速い周波数は１０ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ、減衰時の遅い周波数は１０ｋＨｚであり、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの広い周波数帯域を有しており、特許文献１に記載の周波数差による分離方法では、広帯域周波数を有するＸ線検出器の出力信号を電源と分離することができない。

そこで、本発明は前記従来の問題に鑑みてなされたもので、Ｘ線検出器の出力信号ケーブルと前置増幅器電源ケーブルとを別々に必要とせず、同軸ケーブル５５のみでＸ線検出器４の出力信号と前置増幅器電源５６からの電力とを送ることができ、配線をシンプルにして誤配線や接触不良、機械構造物との干渉などをなくすとともに線材重量を軽量化できるＸ線検出信号処理ユニットおよびそれを備えるＸ線分析装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の第１構成のＸ線検出信号処理ユニットは、Ｘ線検出器の出力信号をパルスプロセッサで処理するＸ線検出信号処理ユニットであって、Ｘ線検出器の出力信号を増幅する前置増幅器と、前記前置増幅器の出力信号を安定化するバッファアンプと、前記バッファアンプの出力端と前記パルスプロセッサとを、前記バッファアンプ側に第１コンデンサを介し、前記パルスプロセッサ側に第２コンデンサを介して接続する同軸ケーブルと、前記前置増幅器および前記バッファアンプに電力を供給する前置増幅器電源とを備える。そして、前記前置増幅器電源と前記前置増幅器および前記バッファアンプとが、前記前置増幅器電源側に第１インダクタを介し、前記前置増幅器および前記バッファアンプ側に第２インダクタを介して、前記同軸ケーブルにより接続され、前記第１コンデンサの前記同軸ケーブル側端と前記バッファアンプの入力端とを第３コンデンサを介して接続するフィードバック回路を備える。

本発明の第１構成のＸ線検出信号処理ユニットによれば、Ｘ線検出器の出力信号ケーブルと増幅器電源ケーブルとを別々に必要とせず、同軸ケーブルのみでＸ線検出器の出力信号と前記前置増幅器電源からの電力とを送ることができ、配線をシンプルにして誤配線や接触不良、機械構造物との干渉などをなくすとともに線材重量を軽量化することができる。

本発明の第２構成のＸ線分析装置は、本発明の第１構成のＸ線検出信号処理ユニットを備える。

本発明の第２構成のＸ線分析装置によれば、本発明の第１構成のＸ線検出信号処理ユニットを備えるので、本発明の第１構成のＸ線検出信号処理ユニットと同様の効果を奏することができる。

本発明の実施形態のＸ線分析装置の概略図である。 同装置のＸ線検出信号の入力波形と出力波形を示す図である。 実験装置のＸ線検出器信号の入力波形と出力波形を示す図である。 電源とデータ信号との周波数差を利用して電源ケーブルにデータ信号を重畳した実験装置のブロック配線図である。 従来のＸ線分析装置のＸ線検出信号処理ユニットのブロック配線図である。

以下、本発明の実施形態のＸ線分析装置について図１にしたがって説明する。この装置は、試料ＳにＸ線源１（例えば、Ｘ線管）から１次Ｘ線２を照射し、発生する２次Ｘ線３の強度を、分光素子を介さずＸ線検出器４で測定し、その測定されたＸ線強度に相当する、Ｘ線検出器４の出力信号をＸ線検出信号処理ユニット５Ａでデータ処理して、処理された測定データに基づいて試料Ｓ中に含有される元素について定性分析、定量分析などを行う、例えば蛍光Ｘ線分析装置である。この装置はＸ線検出器４の出力信号をパルスプロセッサ５２で処理するＸ線検出信号処理ユニット５Ａを備える。

Ｘ線検出信号処理ユニット５Ａは、Ｘ線検出器４の出力信号を増幅する前置増幅器５０と、前置増幅器５０の出力信号を安定化するバッファアンプ５１と、バッファアンプ５１の出力端Ｂ２とパルスプロセッサ５２の入力端Ｐとを、バッファアンプ側に第１コンデンサ５３を介し、パルスプロセッサ側に第２コンデンサ５４を介して接続する同軸ケーブル５５と、前置増幅器５０およびバッファアンプ５１に電力を供給する前置増幅器電源５６とを備える。

Ｘ線検出信号処理ユニット５Ａにおいて、前置増幅器電源５６と前置増幅器５０およびバッファアンプ５１とが、前置増幅器電源側に第１インダクタ５７を介し、前置増幅器５０およびバッファアンプ側に第２インダクタ５８を介して、同軸ケーブル５５により接続される。詳細には、第１コンデンサ５３の同軸ケーブル側端に設けられた第１端子Ｔ１と第２コンデンサ５４の同軸ケーブル側端に設けられた第２端子Ｔ２とが同軸ケーブル５５により接続される。さらに、Ｘ線検出信号処理ユニット５Ａは、第１端子Ｔ１とバッファアンプ５１の入力端Ｂ１とを第３コンデンサ５９を介して接続してバッファアンプ５１の出力信号をフィードバックするフィードバック回路７を備える。

次に、本実施形態のＸ線分析装置の動作について図１にしたがって説明する。試料台（図示なし）に載置された試料ＳにＸ線源１からの１次Ｘ線２が照射されると、試料Ｓから発生する２次Ｘ線３の強度がＸ線検出器４によって測定される。Ｘ線検出器４からの出力信号はＸ線検出信号処理ユニット５Ａに送られ、Ｘ線検出信号処理ユニット５Ａによってデータ処理される。処理された測定データに基づいて試料Ｓの分析結果が得られる。

Ｘ線検出信号処理ユニット５Ａに送られたＸ線検出器４からの出力信号は、前置増幅器５０に入り、前置増幅器５０で電流信号から電圧信号に変換されて増幅される。増幅された前置増幅器５０の出力信号はバッファアンプ５１に送られて安定化される。バッファアンプ５１の出力信号は、第１コンデンサ５３を通り、第１端子Ｔ１を経由して同軸ケーブル５５に送られるとともに、第１コンデンサ５３を通り、第１端子Ｔ１から第３コンデンサ５９を経由してバッファアンプ５１の入力端Ｂ１にフィードバックされ、バッファアンプ５１の出力波形の歪みを補正する。

同軸ケーブル５５に送られたバッファアンプ５１の出力信号は第２端子Ｔ２を通り、第２コンデンサ５４、パルスプロセッサ５２の入力端Ｐを経由してパルスプロセッサ５２に送られ、データ処理される。パルスプロセッサ５２に送られてデータ処理された測定データに基づいて試料Ｓの分析結果が得られる。

一方、前置増幅器電源５６からの電力が、前置増幅器電源５６に接続された第１インダクタ５７を通り、第２端子Ｔ２を経由して同軸ケーブル５５に送られ、第１端子Ｔ１を経由して第２インダクタ５８を通り、前置増幅器５０とバッファアンプ５１とに供給される。

図２の上図はバッファアンプ５１の入力端Ｂ１における信号波形（バッファアンプ５１の入力波形）であり、図２の下図はパルスプロセッサ５２の入力端Ｐにおける信号波形（バッファアンプ５１の出力波形に相当する）である。信号波形の横軸は時間であり、縦軸は信号強度（電圧）である。図２に示す信号波形では、信号波形の立ち上がり時間は０．０５μｓ（マイクロ秒）、減衰時間は１０μｓであり、この信号波形は１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの広い周波数帯域を有している。

図２の下図の出力波形はアンダーシュート、波形乱れなどもなく正常な出力波形を示している。この正常な出力波形より、信号ケーブルである同軸ケーブル５５に前置増幅器５０とバッファアンプ５１とに供給する電力を重畳させても正常な波形をパルスプロセッサ５２に送ることができ、パルスプロセッサ５２において正常な信号処理ができる。

本実施形態のＸ線分析装置によれば、Ｘ線検出器の出力信号ケーブルと前置増幅器電源ケーブルとを別々に必要とせず、同軸ケーブル５５のみでＸ線検出器４の出力信号と前置増幅器電源５６からの電力とを送ることができ、配線をシンプルにして誤配線や接触不良、機械構造物との干渉などをなくすとともに線材重量を軽量化することができる。

本発明に先立って作製した実験装置のＸ線検出信号処理ユニット５Ｂについて、図４にしたがって以下に説明する。図４に示された実験装置のＸ線検出信号処理ユニット５Ｂは、本発明の実施形態のＸ線検出信号処理ユニット５Ａが備えるフィードバック回路７を備えないだけで、他の構成は同じであり、信号ケーブルである同軸ケーブル５５に、前置増幅器５０とバッファアンプ５１とに前置増幅器電源５６から供給する電力を重畳させている。実験装置のＸ線検出信号処理ユニット５Ｂはフィードバック回路７を備えていないので、Ｘ線検出信号の流れは、フィードバック回路７に流れないが、そのことを除けば本発明の実施形態のＸ線検出信号処理ユニット５Ａの流れと同じである。前置増幅器電源５６から前置増幅器５０とバッファアンプ５１とに供給される電力の流れは、本発明の実施形態のＸ線検出信号処理ユニット５Ａと同じである。

図３の上図は実験装置のＸ線検出信号処理ユニット５Ｂにおけるバッファアンプ５１の入力端Ｂ１における信号波形であり、図３の下図はパルスプロセッサ５２の入力端Ｐにおける信号波形である。図３の下図の出力波形は大きくアンダーシュートしており、このアンダーシュートした波形の入力信号がパルスプロセッサ５２に送られると、パルスプロセッサ５２における信号処理に大きな影響を及ぼし、正常なデータ処理を行うことができなかった。インダクタとコンデンサとで形成された一般的な回路を用いた実験装置のＸ線検出信号処理ユニット５Ｂでは、信号ケーブルである同軸ケーブル５５に前置増幅器５０とバッファアンプ５１とに供給する電力を重畳させると、Ｘ線検出信号と前置増幅器電源５６から送られる電力とを完全に分離できないことが分かった。この実験装置の結果に基づき、種々の工夫を重ねた結果、本発明に想到することができた。

本実施形態のＸ線分析装置は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置として説明したが、本発明のＸ線検出信号処理ユニット５Ａを備えるＸ線分析装置であればよく、波長分散型多元素同時蛍光Ｘ線分析装置、走査型蛍光Ｘ線分析装置、Ｘ線反射率測定装置、Ｘ線回折装置やこれらの装置が組み合わされた複合型のＸ線分析装置であってもよい。

４ Ｘ線検出器
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ Ｘ線検出信号処理ユニット
５０ 前置増幅器
５１ バッファアンプ
５２ パルスプロセッサ
５３ 第１コンデンサ
５４ 第２コンデンサ
５５ 同軸ケーブル
５６ 前置増幅器電源
５７ 第１インダクタ
５８ 第２インダクタ
５９ 第３コンデンサ

Claims (2)

1. Ｘ線検出器の出力信号をパルスプロセッサで処理するＸ線検出信号処理ユニットであって、
   Ｘ線検出器の出力信号を増幅する前置増幅器と、
   前記前置増幅器の出力信号を安定化するバッファアンプと、
   前記バッファアンプの出力端と前記パルスプロセッサとを、前記バッファアンプ側に第１コンデンサを介し、前記パルスプロセッサ側に第２コンデンサを介して接続する同軸ケーブルと、
   前記前置増幅器および前記バッファアンプに電力を供給する前置増幅器電源とを備え、 前記前置増幅器電源と前記前置増幅器および前記バッファアンプとが、前記前置増幅器電源側に第１インダクタを介し、前記前置増幅器および前記バッファアンプ側に第２インダクタを介して、前記同軸ケーブルにより接続され、
   前記第１コンデンサの前記同軸ケーブル側端と前記バッファアンプの入力端とを第３コンデンサを介して接続するフィードバック回路を備えるＸ線検出信号処理ユニット。
2. 請求項１に記載のＸ線検出信号処理ユニットを備えるＸ線分析装置。

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