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森沙仪器手持式光谱仪如何通过控制X射线光管的方式来影响测样精

时间:2022-10-06 02:45:32 作者:新利18官方下载 来源:新利18全站app下载  16

  最近几年,国内的手持式光谱仪厂商在技术上越来越领先,从各大厂商的宣传上也能发现,国内品牌越来越倾向于宣传技术、方法开发等,这与前几年的市场状态截然相反。今天我们通过森沙仪器,这家国内领先的手持式光谱仪研发制造商,来探究一下X射线光管的控制方式是如何影响测样精度的。

  作为一台X射线荧光光谱仪,发射出X射线的光管的稳定性决定了测样结果的稳定性。如果光管发出的X射线忽强忽弱,那么必然会造成测得的元素含量忽高忽低。一般的手持式光谱仪对光管的控制是通过改变光管的电压、电流两个参数来调节发出的X射线强度的。

  首先我们来简单看下光管电压对测样结果的影响。下图是光管电压设置为5 Kev, 10 KeV和15 KeV发出的谱图。任何高于检测元素的能量都会激发这个元素。比如铬Cr的能量是5.41 KeV,那么高于5.41 KeV的谱图对有助于激发铬Cr元素。从图上我们看到5 KeV是激发不了铬Cr元素的,而15 KeV相对10 KeV来说激发铬Cr的效果肯定更好的。

  原子具有波动性和粒子性,每种元素的波动性就用波长nm来表示,粒子性就用能量KeV来表示。手持式光谱仪测的是粒子元素。下面这张图就是一张用元素粒子能量来表示的元素周期表,元素越往后,能量越高。

  那么对一个设定光管电压为15 KeV的手持式光谱仪来说,如果电压产生了波动,比如变成了14.5 KeV了,那么对铬Cr元素肯定产生了干扰,因为激发能量变低了,测样的结果自然也变低了。

  再来看电流对测样结果的影响。下图是森沙仪器工程师用电流35uA(紫色曲线uA(绿色曲线)测得的谱图。图上能够非常明显得看到电流高得到的元素信号就越强。因此我们也可以下结论:电流的波动也影响了元素的含量检测的结果。

  那么如何控制好光管,控制好光管的输出电压、电流就是一个决定测样稳定性的设计要求。一般的手持式光谱仪的光管通过输入5V电压表示最大电压和最大电流。比如输入2.5V表示25 KeV的光管电压和200 uA电流。对于像金属检测一般在光管电压控制上输入4.5V,电流控制上输入0.5V。那么如何精确得控制这两个电压值就是一个非常重要的电路设计问题了。

  一般的X射线光管都是采用模拟量输入,也就是直接输入一个电压给光管。但是这种设计会因为电池电量的损耗,电源供电的波动,其他电路的干扰等影响,不断地对输入电压造成干扰,尤其是使用时间较长的仪器,干扰现象会越来越严重,导致的后果就是光管发出的X射线越来越不稳定,测样结果的稳定性也越来越差。

  当然这也不仅仅是手持式光谱仪的问题,对于很多电气设备,如何保证电压的稳定是一个至关重要的问题。在这个问题上,德州仪器TI的工程师团队给出了一系列非常优异的解决方案,其中一种就是采用数字信号来控制电压这个模拟信号,不说人话就是采用数/模转换芯片DAC。

  数/模转换芯片DAC简单得说就是用一串数字来表示一个电压,比如11110000表示5V。我们知道在现代的集成电路中,一个字符可以非常自信得说是不会在传输过程中改变的,也就是11110000不会变成11110001。因此对于模拟输入的5V很容易变成4.9V来说,数字控制是可以完全精确到5.0V的稳定性的。

  采用了如德州仪器TI的数/模转换芯片DAC可以控制5V的光管电压到什么程度?我们以森沙仪器手持式光谱仪HX-5为例,这款仪器采用了12位分辨率的DAC,它的电压波动最小值是:

  相对于波动最小在0.1V的模拟输入电压,这个波动值得精确度提高了1000倍。这也是一台手持式光谱仪通过控制光管的输入电压来帮助提高测样元素含量稳定性的最直接的一种方法。

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