EDXRF仪靶源及自动控制系统的研制

论文摘要

EDXRF（能量色散X荧光分析，Energy-dispersive X-Ray Fluorescence spectrometer）分析技术已被广泛应用于地质矿产资源勘查、工业过程分析和环境调查。为了提高X射线荧光分析仪的准确度、精确度与降低分析检出限，有效地提高目标元素特征X射线的激发效率是关键性措施之一。当激发源发出的初级射线的光子能量与目标元素的吸收限越接近时，特征X射线的激发效率越高。尤其是当以低功率X射线管作为X射线荧光仪的激发源时，由于轫致辐射的影响，其发射的是连续的X射线能谱，不利于能量色散X射线荧光分析，采用二次转换靶将它变成单能X射线，激发样品中的单一元素，从而对每种元素的谱线进行测量。为了对样品中的各种元素进行测量，往往需要用多种靶，通过更换不同的靶物质，改变激发源的X射线能量，使之与目标元素的吸收限相近。 本论文来源于：①国家自然资金项目“核地球物理学现场X荧光技术研究”（项目编号：40274048）；②中国地质调查局地质调查项目“手提式X荧光仪的开发和实用化研究”（项目编号：200320120002）。本文设计了采用低功率X射线管作为发射源，通过采用纯元素做靶来进行选择激发，从而将X射线管发出的初级X射线变成单能X射线，利用单能X射线来激发样品，最终达到降低元素分析检出限，提高分析准确度的目的。并且讨论了选择激发方式下X光管、二次靶、样品以及探测器之间的最佳几何布置，包括四者之间的角度、距离等关系，对二次靶与样品之间的最佳激发也进行了讨论。 本文设计出了基于单片机和光学编码器控制的闭环控制系统，实现整个换靶系统的自动化，以及对整个系统的实时监控。 最终的实验结果表明，通过选择激发，能提高待测元素的峰背比，降低待测元素的检出限。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容与特色
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究工作的特色
• 第2章 EDXRF仪工作原理
• 2.1 EDXRF仪的基本原理
• 2.2 EDXRF仪光谱仪的结构
• 2.3 检出限评价
• 第3章 二次靶源的几何布置
• 3.1 X光管的工作原理
• 3.2 X射线激发源的能量转换
• 3.3 X光管、样品、靶以及探测器四者之间的几何布置
• 3.3.1 准直器的设计
• 3.3.2 角度的确定
• 3.3.3 距离的确定
• 3.3.4 靶材与样品对应关系的确定
• 第4章 传动系统设计与实现
• 4.1 执行机构驱动电机的选择
• 4.2 跟踪执行机构方案
• 4.2.1 步进电机的选择
• 4.2.2 步进电机参数选择
• 4.2.2.1 传动系统基本参数
• 4.2.2.2 传动惯量计算
• 4.2.2.3 马达力矩计算
• 第5章 系统硬件电路设计
• 5.1 硬件总体方案
• 5.2 光电检测电路
• 5.2.1 光学编码器原理
• 5.2.1 检测电路
• 5.3 AT89C52单片机系统
• 5.4 键盘及显示部分
• 5.5 步进电机驱动电路
• 5.6 电源
• 第6章 系统软件设计
• 6.1 概要
• 6.1.1 软件任务分析
• 6.1.2 数据类型和数据结构规划
• 6.1.3 系统资源分配
• 6.1.4 编程及调试
• 6.2 编程语言
• 6.3 系统软件设计
• 6.3.1 监控软件
• 6.3.1.1 监控软件的任务
• 6.3.1.2 软件的结构
• 6.3.1.3 流程框图
• 6.3.2 应用程序模块
• 6.4 系统软件调试
• 6.4.1 软件仿真调试
• 6.4.1.1 源程序的输入、汇编/编译和调试
• 6.4.1.2 目标码的固化和仿真运行 EPROM中目标程序
• 6.4.2 脱机运行与现场试运行
• 6.4.2.1 系统脱机运行
• 6.4.2.2 现场试运行
• 第7章 实验结果与系统误差分析
• 7.1 实验结果
• 7.2 系统误差分析
• 7.2.1 齿轮传动误差
• 7.2.2 传感器误差
• 7.2.2.1 发射光源的影响
• 7.2.2.2 转盘安装位置的影响
• 结论
• 致谢
• 参考文献