[發明專利]檢測器信號處理電路

有效

• 申請號: 201710060711.1
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN107044988B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: M·巴特亞尼;P·哈德曼
• 申請（專利權）人: 奧林巴斯科技美國公司
• 主分類號: G01N23/223
• 分類號: G01N23/223
• 代理公司: 11277 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 劉新宇

本發明涉及一種檢測器信號處理電路。公開了用于對連同X射線檢測器一起使用的電子放大和數字化系統的增益進行自動校準的電路。該校準基于以下操作：將預定脈沖注入電子系統，并且基于未放大的且使用高精度的參考用ADC進行數字化后的、這些脈沖的振幅的數字值以及相同脈沖的數字值來得出校準比。將所有的ADC以及用于控制脈沖發生器振幅的DAC稱為單個共用參考電壓。利用針對相同電路的替代實施例公開了針對增益的非線性的校準。

技術領域

本發明涉及用于檢測X射線并生成相應的響應電子信號的X射線分析器，并且更特別地涉及通過使用脈沖發生器來提高X射線譜的能量標度的穩定性和精度的改進的信號處理電路。

背景技術

諸如X射線熒光(XRF)或X射線衍射(XRD)儀器等的X射線分析器通常包括X射線源、X射線檢測器和關聯的電子器件。X射線檢測器通常是能量色散的，其中各入射X射線產生電荷與該X射線的能量成比例的電子信號。檢測器電子器件被設計成放大各信號，使得該信號變得足夠大以準確地測量與X射線能量相對應的電荷。隨后對放大后的信號進行數字化并且使用數字值來構造X射線譜。假設整個電子放大和數字化系統的增益保持恒定，則放大后的脈沖的數字值與關聯的X射線的能量成比例，并且通過適當校準，可以確定X射線能量。在得知各X射線的能量的情況下，可以將由于多個X射線沖擊檢測器而產生的信號轉換成譜，其中該譜是X射線能量相對于所接收到的具有該能量的X射線的數量的標繪圖。這種譜在與被測樣本內的元素的特征X射線能量相對應的能量處呈現峰。這些峰的位置、大小和寬度是使得能夠識別樣本內的元素并且確定這些元素的濃度的關鍵參數。

為了確保測試結果準確且可重復，避免來自檢測器的信號的電子漂移是重要的。信號漂移導致在不同的測量時間向相同能量的X射線分配譜中的不同能量。信號漂移可能會導致元素的誤識別以及/或者這些元素的濃度的測量誤差。

電子放大和數字化系統的增益的漂移是信號漂移的主要來源。該漂移可能是由于電子系統的組件中的任意組件的不穩定性所引起的。例如，眾所周知，電子組件的特性對溫度敏感，并且該溫度敏感性對于在長時間測量或一系列測量的過程中溫度可能從冷啟動起顯著上升的緊湊型手持式XRF儀器而言特別重要。溫度變化導致可變的電子增益，該可變的電子增益引起所測量到的X射線譜的能量標度的漂移。能量標度漂移包括單次測量期間的漂移、同一儀器上的不同測量之間的能量標度的漂移、以及在不同儀器上進行的相同或相似樣本的不一致測量。

針對現有實踐中能量標度漂移的問題的一個解決方案是進行頻繁的手動校準?？梢酝ㄟ^使用從放射源發出的X射線或者使用從已知的靶材料發出的次級X射線使X射線檢測器暴露至已知能量的X射線，來實現能量標度校準。在來自現有實踐的一個示例中，使用來自含Fe和Mo這兩個元素的不銹鋼樣本的Fe和Mo特征X射線來每隔幾個小時重新校準能量標度。然而，與現有實踐中所使用的校準方法無關地，必須中斷X射線儀器的有用操作，這是不方便的，并且因此該校準方法經常被操作者忽略。在手持式儀器的情況下，必須經常手動將該儀器插入包含已知靶材料的對接塢。將來自該靶的X射線峰的已知能量與所測量到的能量進行比較，從而校準增益。由于頻繁的手動校準不方便，因此連續校準之間的時間可能為數小時，其中在這段時間期間，可能發生顯著的溫度變化和由此發生的能量漂移，這導致XRF測量精度劣化。

因此，在現有實踐中需要對測量裝置的正常操作造成最少中斷或者不造成中斷的自動且快速的校準方法。該校準方法應當是可編程的，以在各測量之后發生或者在所有測量的過程中連續地發生。另外，該校準方法會涉及整個電子放大和數字化系統。