[發(fā)明專利]一種基于單色器快速掃描控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210098360.0
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102621165A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 顧頌琦;黃宇營;姜政;魏向軍;鄒楊;李麗娜;高倩;張碩;李炯;王建強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所
• 主分類號: G01N23/00
• 分類號: G01N23/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采集XAFS譜的方法，尤其涉及一種基于單色器快速掃描控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法。

背景技術(shù)

自從第一臺同步輻射光源興建以來，同步輻射技術(shù)已經(jīng)成為科學(xué)研究上的一門重要的實驗技術(shù)。隨著同步輻射技術(shù)的發(fā)展，X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(XAFS譜)系統(tǒng)也得到了快速發(fā)展。XAFS譜需要兩方面的信息，一是單色光的能量值，一般取-200-1000eV，二是這個能量值對應(yīng)的某種物質(zhì)的吸收系數(shù)。同步輻射光束線站采用單色器獲得單色X射線，該單色器通過轉(zhuǎn)動兩塊晶體，改變布拉格角度，將入射的白光，變?yōu)槌錾鋾r的單色光。一定能量的單色光對應(yīng)于單色器的一個角度位置，當(dāng)單色器轉(zhuǎn)動到某一角度，就稱其轉(zhuǎn)動到某一能量點(diǎn)。當(dāng)單色器轉(zhuǎn)動到一能量點(diǎn)時，通過ADC同步采樣當(dāng)前的前電離室和后電離室的數(shù)據(jù)，取數(shù)毫秒內(nèi)的平均值，該平均值即為該能量點(diǎn)對應(yīng)的吸收系數(shù)，獲取XAFS譜的整個過程在幾秒到十幾秒完成。

目前，XAFS譜已經(jīng)成為了研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的重要實驗方法，發(fā)展新的實驗技術(shù)、利用新的實驗技術(shù)研究新型材料已經(jīng)成為XAFS系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。于是一種新型單色器快速掃描控制系統(tǒng)就孕育而生了，以下簡稱為QXAFS系統(tǒng)。

QXAFS系統(tǒng)作為X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(XAFS)光束線站發(fā)展新系統(tǒng)的首選目標(biāo)，是因為：

QXAFS系統(tǒng)可與普通XAFS系統(tǒng)兼容硬件設(shè)備，不需要另外增加附屬的光學(xué)元件或?qū)嶒炂骷碤XAFS系統(tǒng)與普通XAFS系統(tǒng)使用相同的硬件設(shè)備。如圖3所示，該系統(tǒng)由光束線站1和實驗站2組成，光束線站1包括：單色器306、電機(jī)307、電機(jī)驅(qū)動器308、電機(jī)控制器309、電機(jī)控制器主機(jī)310和編碼器311。實驗站2包括：前電離室301、后電離室302、高壓電源(圖中未示)、電流放大器303、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)304和計算機(jī)305。

與QXAFS系統(tǒng)不同的是，普通XAFS系統(tǒng)只能采用能量逐點(diǎn)掃描的方法采樣數(shù)據(jù)，如圖1所示，包括以下步驟：步驟S101，系統(tǒng)初始化；步驟S102，單色器轉(zhuǎn)動到初始能量點(diǎn)；步驟S103，ADC初始化；步驟S104，ADC開始采樣；步驟S105，ADC停止采樣；步驟S106，計算采樣平均值，該平均值即為該能量點(diǎn)對應(yīng)的吸收系數(shù)；步驟S107，判斷單色器是否轉(zhuǎn)動到終止能點(diǎn)，如果轉(zhuǎn)動到終止能量點(diǎn)，則執(zhí)行步驟S109，否則執(zhí)行步驟S108；步驟S108，單色器轉(zhuǎn)動到下一個能量點(diǎn)，并返回步驟S104；步驟S109，單色器停止轉(zhuǎn)動，同時ADC采樣結(jié)束。按照上述能量逐點(diǎn)掃描的方法，由于每個能量點(diǎn)的采樣時間需數(shù)秒，一個XAFS譜采樣需300-500個能量點(diǎn)，則測量一個XAFS譜需要20-60min，由于測量時間過長，大大制約了其在實驗中的廣泛使用。

因此，目前需要開發(fā)一種基于QXAFS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣方法，以滿足實驗要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于單色器快速掃描控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，在單色器持續(xù)轉(zhuǎn)動的同時ADC持續(xù)采樣，可以快速獲取XAFS譜的能量值和對應(yīng)的吸收系數(shù)，能大幅度節(jié)省采樣時間，提高測量效率，更為重要的是可以開展時間分辨的XAFS實驗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種基于單色器快速掃描控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方法，用于快速獲取樣品的XAFS譜，所述XAFS譜由橫坐標(biāo)為能量值、縱坐標(biāo)為吸收系數(shù)的多個數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成，所述系統(tǒng)包括ADC、計算機(jī)和單色器，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，初始化所述系統(tǒng)，包括設(shè)定單色器的轉(zhuǎn)速w；

步驟2，所述計算機(jī)控制單色器轉(zhuǎn)動到初始能量點(diǎn)，并啟動ADC；

步驟3，所述計算機(jī)控制單色器以所述轉(zhuǎn)速w持續(xù)轉(zhuǎn)動，并控制ADC以恒定速度持續(xù)采樣，所述計算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的每份數(shù)據(jù)的采樣時間長度t同步分割所述ADC采樣的數(shù)據(jù)，求取每份數(shù)據(jù)的平均值，將第i個平均值作為所述XAFS譜的第i個數(shù)據(jù)點(diǎn)縱坐標(biāo)對應(yīng)的吸收系數(shù)，并根據(jù)式(1)計算所述第i個數(shù)據(jù)點(diǎn)橫坐標(biāo)對應(yīng)的能量值，

第i個數(shù)據(jù)點(diǎn)對應(yīng)的能量值＝初始能量值±單位角度能量值×單色器轉(zhuǎn)過的角度α(1)

其中，初始能量值為單色器的初始能量點(diǎn)對應(yīng)的能量值，單位角度能量值為單色器轉(zhuǎn)過每單位角度所對應(yīng)的能量值，單色器轉(zhuǎn)過的角度α＝w*t*i；

步驟4，所述單色器轉(zhuǎn)動到終止能量點(diǎn)后，所述計算機(jī)控制單色器停止轉(zhuǎn)動，同時控制ADC停止采樣。