能量色散X射線熒光光譜儀信號處理系統研究

近幾十年來,X射線熒光光譜儀不斷的發展和完善,并且X射線熒光分析技術的應用領域越來越廣泛,不僅在地質、礦物、石油等領域被廣泛應用,在化工、醫療等領域也大放異彩。現代能量色散X射線熒光(EDXRF)光譜儀的主要組成部分有:X射線發生器(X射線管、高壓電源)、檢測系統(準直器、探測器)、信號處理電路(放大、濾波電路)和記錄計數系統(多道分析器)。EDXRF光譜儀測定試樣中多種成分的特征X射線光譜能量和強度,在不毀壞樣品結構的情況下同時對樣品中的多種元素成分做出定性分析和定量分析。本文充分依托近現代X射線分析技術的研究成果和精華,設計一款實驗室臺式能量色散X射線熒光光譜儀。本文使用能量分辨率高、性能好的電制冷Si-PIN半導體探測器,采用穩定性好、分析范圍寬的X射線管作為激發源,并根據理論分析與實驗驗證相結合確定“源-樣-探”的最佳幾何探測光路,顯著提高光譜儀的探測效率和檢出限;設計了可直接與探測器輸出相連的整形放大電路,提高光譜儀的能量分辨率;設計峰值保持電路協調整形放大電路和多道脈沖幅度分析器;設計了以FPGA為控制核心,由模數轉換模塊、電平轉換模塊和RS232通信模塊等構成的多道脈沖幅度分析器;從譜線平滑、背景譜扣除和尋峰及峰面積的計算幾個方面對X射線光譜數據處理進行詳細闡述,實現元素的定性定量分析;對儀器系統進行性能檢測,實驗數據表明,儀器的穩定性、線性度、重復性和能量分辨率等性能指標有不錯的結果;設計了基于LabVIEW的上位機用戶使用界面,使用多線程技術、數據庫技術等實現光譜數據的采集、分析處理和存儲功能。