能量色散X射线荧光光谱仪的控制系统硬件设计

　　1 X- 荧光能谱仪简介及硬件结构

　　自上世纪 80 年代以来，随着半导体材料和计算机技术的迅速发展，出现了 Si(Li) 探测器技术和能量色散分析技术，一种新的多元素分析仪器——能量色散x射线荧光光谱仪(简称为能谱仪)迅速发展起来，X 射线能谱分析技术已成为表面分析中的常规分析技术，在催化化学、新材料研制、微电子、陶瓷材料等方面得到了广泛的应用。

　　基于 x 射线能谱分析技术研发的能谱仪，激发源的高压源体积小，功率高，可以提供高达50kv/1mA 的功率。高压加在光管上，产生的射线经滤波片和准直器，由 X-123 探测器接收，获得的数据传送到上位机进行处理计算从而得到结果。本文将介绍能谱仪的控制系统，对控制系统的硬件实现进行了详细说明。

　　为了不同的检测目的，有各种各样的 X 荧光能谱仪 , 包括便携式荧光能谱仪可以在野外使用的简易仪器和在实验室中使用的大型仪器，其工作原理是相同的。仪器主要包括四个部分：A. X-荧光激发源;B. X- 荧光探测器;C. 样品室及控制系统;D. 信号处理、数据计算系统。能谱仪硬件控制系统主要分为主控电路、检测电路、电源电路、通讯电路等部分，以下介绍了能谱仪的硬件设计及系统软件。

　　1.1 主控电路

　　硬件电路需要实现检测信号、数据处理、输出控制等功能，要求能够稳定的进行工作，同时需要具有一定的扩展能力，以方便日后对仪器的功能改进。在此选用了美国 cygnal 公司的 c8051f单片机，可以实现高速处理数据。这一系列单片机具有模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、温度传感器等元件，功能强大，既减少了外围器件，同时便于扩展。

　　X- 荧光是波长极短的电磁波，为非可见光，需要使用探测器进行探测，探测器可以将 X- 荧光电磁波信号转换成电脉冲信号。探测器的性能主要体现在对荧光探测的检出限、分辨率、探测能量范围的大小等方面。高压源加在光管两端，激发出的射线通过滤波器和准直器，由探测器接收。由于不同元素激发出的能谱不同，因此需要根据不同的元素调整滤波器和准直器。

　　一般的荧光能谱仪均是从事材料的平均成份分析，对材料中的夹杂物或不均匀材料或小颗粒的分析有很大的局限性。为了解决这一常见的问题，目前有一种非常成熟的能谱技术。这种能谱叫微束荧光能谱仪。可对微小区域入行有选择的分析，又有对微小区域同时看察的可视系统。可通过精密样品台的移动对样品细小的区域入行成份分析。此次能谱仪的研制就采用了这种技术，加装了一个微动平台。通过摄像头的观察调整微动平台，大大提高了系统的精度。对光管高压、探测器、微动平台等器件的控制，如图1 所示：