X射线应力分析仪技术改造的软件实现

　　1　前言

　　日本理学2904-AI型X射线应力分析仪是70年代未生产的老式仪器,由于生产年代的技术限制,其数据处理完全由试验室技术人员手工计算,具有处理精度差、效率低、易产生人为误差等缺点。但其关键的机械部件仍具有精度高、稳定性好的优点,作为大型仪器,有其改造的价值。由于其生产年代早,控制系统电路复杂,硬件改造具有成本高、难度大的不利因素,因此改造中尽可能地采用软件实现的方式,并取得了良好的效果。

　　2　X射线应力分析仪工作原理简述

　　X射线应力分析仪通过X射线管产生的X射线在晶体材料中产生的衍射线,测量材料晶面间距的变化,计算材料的宏观内应力。

　　通过计数器连续扫描来测量衍射线的强度,测得衍射角(2θ);通过X射线入射角(Ψ0)不同时,测量X射线衍射计数峰值的2θ角的改变,经过最小二乘法线性拟合计算宏观内应力。X射线应力分析仪工作时,分别设定不同的X射线入射角(Ψ0),按均匀的2θ角度间隔(本试验机为0.002°)连续记录计数器所测得的衍射线强度,得到一组Ψ0各不相同,2θ角度连续变化的衍射强度数据。数据处理的工作是分别对每组记录的数据进行平滑、校正、去背景处理,然后根据数据形态选择算法,确定衍射强度峰值所对应的2θ角度。通用的算法有抛物线拟合,重心法,半高宽法。由此得到一组Ψ0—2θ数据,再使用线性拟合的方法计算宏观内应力值和误差范围。

　　3　数据采集的电信号和硬件接口

　　由于入射角(Ψ0)是设定的,X射线应力分析仪工作时需要采集的数据只有两组:2θ角度信号和位于该角度时的X射线记数值。2θ角度的变化速度分别可设定为16/8/4/2/1/0.5/0.25°/min,因为角度以2‰度的均匀间隔变化,根据应力仪扫描速度的不同,信号周期可以是7.5,15,30,60,120,240,480ms。

　　X射线记数信号为周期不确定计数脉冲,在一个2θ角度变化周期(2‰度)内计数器记录的脉冲个数即为X射线衍射计数个数,即为X射线衍射强度的表示。

　　进行宏观内应力测试时,X射线应力分析仪对每一个测试点,以不同的入射角(Ψ0)分别扫描几组数据。其工作方式有两种:单次扫描和联动扫描。单次扫描是由试验人员每次分别设定一个入射角,启动应力分析仪从开始扫描,扫描到指定的2θ角度再停止,由此得到几组记数值数据。联动扫描的工作方式是事先设定要扫描的多个入射角,再启动X射线应力分析仪,仪器自动扫描所有所设定的不同的入射角,全部扫描结束后仪器停止。单次扫描和联动扫描的角度信号示意如图1所示。