一種手持式x射線熒光分析儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種手持式X射線熒光分析儀，包括激發(fā)光源裝置、信號(hào)探測裝置、信號(hào)處理裝置、濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)、攝像頭、GPS定位模塊、ARM嵌入式系統(tǒng)，激發(fā)光源裝置中設(shè)置有X射線發(fā)生器和高壓發(fā)生器，信號(hào)探測裝置中設(shè)置有探測器，X射線發(fā)生器前設(shè)置有濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)，信號(hào)探測裝置與信號(hào)處理裝置連接，信號(hào)探測裝置位于X射線發(fā)生器激發(fā)射線的最佳反射角的位置上，信號(hào)處理裝置上連接有ARM嵌入式系統(tǒng)，ARM嵌入式系統(tǒng)上配備衛(wèi)星GPS定位模塊，ARM嵌入式系統(tǒng)上連接有數(shù)碼控制器。本實(shí)用新型對金屬合金、ROHS有害元素、地礦樣品、環(huán)境樣品、金屬鍍層厚度等進(jìn)行現(xiàn)場快速測定，無需進(jìn)行專門制樣，可以直接測量。
【專利說明】一種手持式X射線熒光分析儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種分析儀器，具體涉及一種功能強(qiáng)大、使用方便、精度高、通用性強(qiáng)、有全球衛(wèi)星GPS定位的手持式X射線熒光分析儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，所使用的手持式X熒光分析儀，它包括激發(fā)光源裝置、信號(hào)探測裝置、信號(hào)處理裝置、濾光片、準(zhǔn)直器驅(qū)動(dòng)、單片機(jī)及PDA ;其中，激發(fā)光源裝置和信號(hào)處理裝置分別連接單片機(jī)，該激發(fā)光源安裝在靠近測樣裝置的位置，信號(hào)探測裝置連接信號(hào)處理裝置，濾光片、準(zhǔn)直器驅(qū)動(dòng)是用于對初級(jí)X射線進(jìn)行過濾及控制，對樣品元素進(jìn)行選擇性激發(fā)。該手持式X熒光分析儀由于采用普通單片機(jī)進(jìn)行處理，速度較慢，功能簡單，不能采用復(fù)雜算法，無全球衛(wèi)星GPS定位，使儀器的使用范圍狹窄，分析時(shí)間較差，精度也受一定影響。為此，需要一種功能強(qiáng)大，處理速度快，分析時(shí)間短，應(yīng)用領(lǐng)域廣的一種新型手持式X射線熒光分析儀。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種功能強(qiáng)大、使用方便、精度高、通用性強(qiáng)、有全球衛(wèi)星GPS定位的手持式X射線熒光分析儀。
[0004]本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種手持式X射線熒光分析儀，所述手持式X射線熒光分析儀包括激發(fā)光源裝置、信號(hào)探測裝置、信號(hào)處理裝置、濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)、攝像頭、衛(wèi)星GPS定位模塊、ARM嵌入式系統(tǒng)，所述激發(fā)光源裝置中設(shè)置有X射線發(fā)生器和高壓發(fā)生器，所述信號(hào)探測裝置中設(shè)置有與所述信號(hào)處理裝置連接的探測器，所述X射線發(fā)生器前設(shè)置有濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)，所述濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)包括濾光片和準(zhǔn)直器，所述信號(hào)探測裝置與所述信號(hào)處理裝置連接，所述信號(hào)探測裝置位于所述X射線發(fā)生器激發(fā)射線的最佳反射角的位置上，所述高壓發(fā)生器連接有高壓電源，所述信號(hào)處理裝置上連接有ARM嵌入式系統(tǒng)，ARM嵌入式系統(tǒng)上配備衛(wèi)星GPS定位模塊，ARM嵌入式系統(tǒng)上連接有數(shù)碼控制器。
[0005]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述探測器為SDD電制冷探測器。
[0006]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述SDD電制冷探測器上連接有一個(gè)前置放大器。
[0007]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述濾光片和準(zhǔn)直器位于X射線發(fā)生器的出口處。
[0008]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述信號(hào)處理裝置包括與所述探測器連接的數(shù)字脈沖放大器、數(shù)字脈沖放大器連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接而獲取多道數(shù)據(jù)的單片機(jī)。
[0009]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述信號(hào)處理裝置設(shè)有USB接口，通過USB接口把獲取的多道數(shù)據(jù)傳輸給ARM嵌入式系統(tǒng)。[0010]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述ARM嵌入式系統(tǒng)上連接有高分辨率的彩色液晶觸摸式顯示屏。
[0011]在本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例子中，所述ARM嵌入式系統(tǒng)配備藍(lán)牙、USB通訊接□。
[0012]本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于:本實(shí)用新型提供的手持式X射線熒光分析儀具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型的X射線發(fā)生器采用了端窗型微聚焦X射線發(fā)生技術(shù)，激發(fā)效率提高3-5倍，而探測器采用SUPER-SDD電制冷探測器，其最低分辨率達(dá)到125eV，計(jì)數(shù)效率比原來的S1-PIN探測器提高500%，該SUPER-SDD電制冷探測器對鋁、硅等元素的探測效率比S1-PIN探測器提高了 5倍，使一般樣品在2-10秒內(nèi)，可以得到滿意的結(jié)果，提高分析元素的靈敏度和檢出限。本實(shí)用新型具有分析速度快、使用方便、精度高、成本低、故障率低、測量時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，可分析元素周期表中由鎂(Mg)到鈾(U)之間的全部元素，完全達(dá)到了預(yù)期的目的，可對金屬合金、ROHS有害元素、地礦樣品、環(huán)境樣品、金屬鍍層厚度等進(jìn)行現(xiàn)場快速測定，無需進(jìn)行專門制樣，可以直接測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0015]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖，如圖1所示:本實(shí)用新型包括激發(fā)光源裝置1、信號(hào)探測裝置2、信號(hào)處理裝置3、濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)4、攝像頭5、衛(wèi)星GPS定位模塊6、ARM嵌入式系統(tǒng)7，激發(fā)光源裝置I中設(shè)置有X射線發(fā)生器101和高壓發(fā)生器102，信號(hào)探測裝置2中設(shè)置有與信號(hào)處理裝置3連接的SDD點(diǎn)制冷探測器301，X射線發(fā)生器101前設(shè)置有濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)4，濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)4包括濾光片401和準(zhǔn)直器402，電機(jī)控制器13，信號(hào)探測裝置2與信號(hào)處理裝置3連接，信號(hào)探測裝置2位于X射線發(fā)生器101激發(fā)射線的最佳反射角的位置上，高壓發(fā)生器102連接有高壓電源10，高壓電源連接到數(shù)碼控制器9及單片機(jī)12，信號(hào)處理裝置3上連接有ARM嵌入式系統(tǒng)7，ARM嵌入式系統(tǒng)7上配備衛(wèi)星GPS定位模塊6。
[0016]在本實(shí)用新型的具體的使用過程中，探測器選為SDD電制冷探測器201，SDD電制冷探測器102上連接有一個(gè)前置放大器。
[0017]濾光片401和準(zhǔn)直器402位于X射線發(fā)生器101的出口處。
[0018]濾光片401和準(zhǔn)直器402受電機(jī)控制器13控制。
[0019]信號(hào)處理裝置包括與所述探測器連接的數(shù)字脈沖放大器301、數(shù)字脈沖放大器301連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器302，以及與模數(shù)轉(zhuǎn)換器302連接而獲取多道數(shù)據(jù)的單片機(jī)303。信號(hào)處理裝置3設(shè)有USB接口，通過USB接口把獲取的多道數(shù)據(jù)傳輸給ARM嵌入式系統(tǒng)7。ARM嵌入式系統(tǒng)7上連接有高分辨率的彩色液晶觸摸式顯示屏8。ARM嵌入式系統(tǒng)7配備藍(lán)牙、USB通訊接口。
[0020]本實(shí)用新型的SDD電制冷探測器201配備有探測器電源202，在信號(hào)處理裝置3中設(shè)有與SDD電制冷探測器201連接的放大器301以及與放大器301連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器302。其中，SDD電制冷探測器201是美國AMPTEK公司最新開發(fā)研制的具有高分辨率、高計(jì)數(shù)率的SUPER-SDD電制冷探測器，需要在低溫下(_40°C)工作，低溫需要由半導(dǎo)體制冷方式提供。該SUPER-SDD電制冷探測器100無需液氮冷卻，Be (鈹窗)厚度為7.5微米，對55Fe5.9keV的X射線在計(jì)數(shù)率為1000CPS時(shí)的分辨率為125eV。并且對輕元素Na、Mg、Al、S1、S等具有高靈敏度與分辨率，使一般樣品在2-10秒內(nèi)，可以得到滿意的結(jié)果。
[0021]激發(fā)光源裝置I配備有高壓電源10、高壓電源10上連接的X射線發(fā)生器330和數(shù)碼控制器9及單片機(jī)12，其中，以高壓50KV的正高壓作為X射線發(fā)生器101的激發(fā)源，該X射線發(fā)生器101采用Be (鈹)窗厚度為75微米的韌致輻射型、低功率、自然冷卻、高壽命的端窗型X光管，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要選擇靶材，如供選擇的靶材為=Rh (銠靶)，Ag (銀靶)，W (鎢靶)等。本實(shí)用新型中，在X射線發(fā)生器101前增加了濾光片選擇裝置，用于降低待測元素的本底，提高分析元素的靈敏度及檢出限。該濾光片選擇裝置采用合適的濾光片，可以提高特定元素的分析靈敏度，使分析下限達(dá)到PPM級(jí)。本實(shí)施例中配備6個(gè)濾光片以適應(yīng)不同的分析要求。在X射線發(fā)生器101前安裝有2種準(zhǔn)直器402，可以針對不同行業(yè)的樣品，選擇合適的準(zhǔn)直器402及激發(fā)條件，使儀器的適應(yīng)性更寬廣，從X射線發(fā)生器101生的初級(jí)X射線通過濾光片及準(zhǔn)直器402后直接激發(fā)可變尺寸樣品測量平臺(tái)上的樣品11，通過選擇激發(fā)條件更能獲得最佳的分析結(jié)果。
[0022]攝像頭5采用微型高分辨率彩色攝像頭，用于待測樣品的觀察及測量點(diǎn)的控制，特別適合于測量絲狀、線狀、點(diǎn)狀等微小樣品的測量。
[0023]數(shù)碼控制器9通過單片機(jī)12連接到ARM嵌入式系統(tǒng)7，在ARM嵌入式系統(tǒng)7上還連接有輸出設(shè)備，該輸出設(shè)備包括觸摸式彩色液晶屏8。為了減少數(shù)據(jù)接口鏈接的復(fù)雜性，降低故障率，在信號(hào)處理裝置設(shè)有與模數(shù)轉(zhuǎn)換器302連接并能夠獲取多道數(shù)據(jù)的單片機(jī)，ARM嵌入式系統(tǒng)7設(shè)有USB接口、藍(lán)牙通信接口，該單片機(jī)通過USB接口把獲取多道數(shù)據(jù)的分析結(jié)果傳輸給ARM嵌入式系統(tǒng)7進(jìn)行顯示及統(tǒng)計(jì)。
[0024]全球衛(wèi)星GPS定位模塊6連接到ARM嵌入式系統(tǒng)7，打開儀器電源后，GPS定位裝置開始工作，能自動(dòng)搜索到衛(wèi)星信號(hào)，并確定儀器的當(dāng)前位置，測量樣品后自動(dòng)錄入GPS定位信息，以便于野外確定測量點(diǎn)的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0025]X光管采用正高壓激發(fā)，在激發(fā)光源裝置中，高壓電源10的電壓與電流采用自動(dòng)數(shù)碼控制及顯示，X射線穩(wěn)定度:0.3%/8小時(shí)，電壓范圍:0V至50kV連續(xù)可調(diào)，電流范圍:OmA至ImA連續(xù)可調(diào)。
[0026]激發(fā)光源裝置采用獨(dú)特的倒置直角光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(如圖2所示)，SUPER-SDD電制冷探測器處于X射線發(fā)生器激發(fā)射線的最佳反射角的位置上，便于SUPER-SDD電制冷探測器接受反射的射線。
[0027]本實(shí)用新型工作時(shí)，當(dāng)手持式儀器的前端對準(zhǔn)待測樣品時(shí)，可以通過攝像頭5觀察樣品的測量位置，X射線發(fā)生器101發(fā)出X射線經(jīng)過濾光片及準(zhǔn)直器402后激發(fā)測量樣品，使測量樣品中各個(gè)元素的原子中的核外電子(特別是K層電子)受激發(fā)而放出，并且在原來位置產(chǎn)生一個(gè)空穴，此時(shí)外層電子(特別是L層電子)就會(huì)填充這個(gè)空穴位置，多余的能量就以特征X射線的形式放出，這些特征X射線進(jìn)入SUPER-SDD電制冷探測器產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)過前置放大器送入脈沖譜儀放大器，經(jīng)脈沖譜儀放大器的放大與脈沖成形，送入模數(shù)轉(zhuǎn)換器302，模數(shù)轉(zhuǎn)換器302將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入ARM嵌入式系統(tǒng)，通過控制接口電路來進(jìn)行譜數(shù)據(jù)的采集與控制。X熒光分析儀器通過對各種特征X射線能量的分析可以得到定性的結(jié)果，也即知道樣品含有何種元素，再通過對特征X射線的強(qiáng)度計(jì)算與分析，最終完成樣品中各元素含量的分析。
[0028]通過現(xiàn)場實(shí)際分析結(jié)果驗(yàn)證，本實(shí)用新型具有分析速度快、使用方便、精度高、成本低、故障率低、測量時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，可分析元素周期表中由鎂(Mg)到鈾(U)之間的全部元素，完全達(dá)到了預(yù)期的目的。分析樣品時(shí)，一般只要2-10秒即可給出各個(gè)元素的含量，可檢測各種類型的樣品，如合金、土壤、環(huán)保、礦石、電子、玩具等樣品，樣品形態(tài)可以是塊狀、線狀、碎屑狀、粉末狀、液體等，無需進(jìn)行專門制樣，可以直接測量。
[0029]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)，本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述手持式X射線熒光分析儀包括激發(fā)光源裝置、信號(hào)探測裝置、信號(hào)處理裝置、濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)、攝像頭、衛(wèi)星GPS定位模塊、ARM嵌入式系統(tǒng)，所述激發(fā)光源裝置中設(shè)置有X射線發(fā)生器和高壓發(fā)生器，所述信號(hào)探測裝置中設(shè)置有與所述信號(hào)處理裝置連接的探測器，所述X射線發(fā)生器前設(shè)置有濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)，所述濾光片準(zhǔn)直器控制系統(tǒng)包括濾光片和準(zhǔn)直器，所述信號(hào)探測裝置與所述信號(hào)處理裝置連接，所述信號(hào)探測裝置位于所述X射線發(fā)生器激發(fā)射線的最佳反射角的位置上，所述高壓發(fā)生器連接有高壓電源，所述信號(hào)處理裝置上連接有ARM嵌入式系統(tǒng)，ARM嵌入式系統(tǒng)上配備衛(wèi)星GPS定位模塊，ARM嵌入式系統(tǒng)上連接有數(shù)碼控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述探測器為SDD電制冷探測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述SDD電制冷探測器上連接有一個(gè)前置放大器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述濾光片和準(zhǔn)直器位于X射線發(fā)生器的出口處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述信號(hào)處理裝置包括與所述探測器連接的數(shù)字脈沖放大器、數(shù)字脈沖放大器連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，以及與模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接而獲取多道數(shù)據(jù)的單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述信號(hào)處理裝置設(shè)有USB接口，通過USB接口把獲取的多道數(shù)據(jù)傳輸給ARM嵌入式系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述ARM嵌入式系統(tǒng)上連接有高分辨率的彩色液晶觸摸式顯示屏。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手持式X射線熒光分析儀，其特征在于:所述ARM嵌入式系統(tǒng)配備藍(lán)牙、USB通訊接口。
【文檔編號(hào)】G01B15/02GK203824940SQ201420132939
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】蘇建平, 喬文韜, 周偃 申請人:上海精譜科技有限公司