能量色散X射线荧光光谱仪信号处理系统研究

近几十年来,X射线荧光光谱仪不断的发展和完善,并且X射线荧光分析技术的应用领域越来越广泛,不仅在地质、矿物、石油等领域被广泛应用,在化工、医疗等领域也大放异彩。现代能量色散X射线荧光(EDXRF)光谱仪的主要组成部分有:X射线发生器(X射线管、高压电源)、检测系统(准直器、探测器)、信号处理电路(放大、滤波电路)和记录计数系统(多道分析器)。EDXRF光谱仪测定试样中多种成分的特征X射线光谱能量和强度,在不毁坏样品结构的情况下同时对样品中的多种元素成分做出定性分析和定量分析。本文充分依托近现代X射线分析技术的研究成果和精华,设计一款实验室台式能量色散X射线荧光光谱仪。本文使用能量分辨率高、性能好的电制冷Si-PIN半导体探测器,采用稳定性好、分析范围宽的X射线管作为激发源,并根据理论分析与实验验证相结合确定“源-样-探”的最佳几何探测光路,显著提高光谱仪的探测效率和检出限;设计了可直接与探测器输出相连的整形放大电路,提高光谱仪的能量分辨率;设计峰值保持电路协调整形放大电路和多道脉冲幅度分析器;设计了以FPGA为控制核心,由模数转换模块、电平转换模块和RS232通信模块等构成的多道脉冲幅度分析器;从谱线平滑、背景谱扣除和寻峰及峰面积的计算几个方面对X射线光谱数据处理进行详细阐述,实现元素的定性定量分析;对仪器系统进行性能检测,实验数据表明,仪器的稳定性、线性度、重复性和能量分辨率等性能指标有不错的结果;设计了基于LabVIEW的上位机用户使用界面,使用多线程技术、数据库技术等实现光谱数据的采集、分析处理和存储功能。