[發明專利]支持元素定性定量分析的數字多道系統

有效

• 申請號: 201510308902.6
• 申請日: 2015-06-05
• 公開（公告）號: CN104880476B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 邵波;鄧啟華;黃玉光
• 申請（專利權）人: 深圳市西凡謹頓科技有限公司
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223
• 代理公司: 深圳市中智立信知識產權代理有限公司44427
• 代理人: 劉蕊

技術領域

本發明涉及XRF領域高分辨率探測器的信號處理和元素的定性定量分析領域，特別涉及一種支持元素定性定量分析的數字多道系統。

背景技術

現有技術中的多道技術抵抗來自高壓電源的空間輻射所產生的周期性干擾能力較弱，無法通過軟件來調整探測器信號的脈沖成型時間等參數，且因為峰值檢測時間過長而導致整個系統的采樣死時間過大從而影響樣品測試準確性，且在處理探測器較高頻率的脈沖信號時容易堵塞，而導致計數率較低。

另外，現有技術中的多道僅僅是得到譜形數據，沒有進一步對數據做處理的能力，必須用外接的電腦或者PDA去專門處理譜形數據從而去做進一步分析,這樣需要在不同的平臺上開發光譜分析算法，跨平臺移植難度較大。最后，現有技術中的多道使用過多的放大器導致發熱量較大，板子面積較大。

發明內容

本發明提供了一種結構簡單、成本低、精度高的支持元素定性定量分析的數字多道系統。

為解決上述問題，作為本發明的一個方面，提供了一種支持元素定性定量分析的數字多道系統，包括：信號輸入端；高阻隔離電路，輸入端與信號輸入端連接，用于去除輸入信號的高頻干擾，給輸入信號提供高阻抗隔離，并給信號一個固定的時間常數；二次放大可調矩陣電路，輸入端與高阻隔離電路的輸出端連接，用于給放大或縮小所述高阻隔離電路輸出的信號幅度，使輸出信號幅度落在模數轉換電路的理想動態范圍內；模數轉換電路，輸入端與二次放大可調矩陣電路的輸出端連接，用于將模擬信號轉換成數字信號；多道分析邏輯單元，輸入端與模數轉換電路的輸出端連接，用于將檢測到的峰值電壓轉換為脈沖計數，并將脈沖計數存放在一維數組內的相應位置從而得到實時光譜數據；雙端口內存，與多道分析邏輯單元的輸出端連接，用于保存當前的光譜數據和數字多道參數設置及狀態信息；嵌入式處理器，與雙端口內存連接，用于通過其內置的實時嵌入式操作系統周期性訪問雙端口內存，以獲取最新的光譜數據和狀態信息，同時嵌入式處理器控制二次放大可調矩陣電路的放大倍數；譜形濾波單元，與嵌入式處理器連接，用于對嵌入式處理器接收到的譜形數據做軟件濾波；譜形分解單元，與譜形濾波單元的輸出端連接，用于對濾波后的譜形進行分解得到各元素的特征能量峰；定性分析單元，與譜形分解單元的輸出端連接，用于基于譜形分解后的結果計算出存在的各元素；定量計算單元，與定性分析單元的輸出端連接，用于根據已存在的元素得到各元素精確含量。

優選地，還包括：脈沖選擇邏輯單元，模數轉換電路通過脈沖選擇邏輯單元與多道分析邏輯單元連接，用于實現堆積排除功能以去除無用的脈沖信號。

優選地，還包括：數字脈沖整形單元，模數轉換電路通過數字脈沖整形單元與多道分析邏輯單元連接，用于穩定信號并將正態信號整形成正梯形波信號，以使檢測峰值電壓穩定可靠。

優選地，還包括：內存通訊接口，多道分析邏輯單元通過內存通訊接口與雙端口內存連接，用于將實時光譜數據發送給雙端口內存。

優選地，還包括：浮點運算單元，與嵌入式處理器連接，定量計算單元通過浮點運算單元得到各元素精確含量。

優選地，還包括：無線路由模塊，與定量計算單元連接，用于將計算出來的結果連同設置參數一起通過無線網絡的方式傳遞給客戶終端。

優選地，浮點運算單元為單獨設計基于SIMD技術的硬件浮點運算單元，提供64位/128位寬的矢量操作，配合優化后的算法代碼，使提高海量迭代浮點運算的速度。

優選地，多道分析邏輯單元、雙端口內存、嵌入式處理器、譜形濾波單元、譜形分解單元、定性分析單元和定量計算單元集成在一塊帶ARM處理器的FPGA中。

優選地，嵌入式處理器由ARM核邏輯實現。

本發明的測量精度可達到國外同類型的數字化多道頂尖水平，可靠性與穩定性比同類型產品大幅度提升，使得跨平臺部署終端成為可能，且裝配在XRF儀器上，極大縮減儀器空間結構，同時使得便攜式XRF產品的實現成為現實。

附圖說明

圖1示意性地示出了本發明的結構示意圖。

圖中附圖標記：1、信號輸入端；2、高阻隔離電路；3、二次放大可調矩陣電路；4、模數轉換電路；5、多道分析邏輯單元；6、雙端口內存；7、嵌入式處理器；8、譜形濾波單元；9、譜形分解單元；10、定性分析單元；11、定量計算單元；12、脈沖選擇邏輯單元；13、數字脈沖整形單元；14、內存通訊接口；15、浮點運算單元；16、無線路由模塊；17、Si-Pin探測器。

具體實施方式