X射线探测器的保护系统及校正方法
【专利摘要】一种X射线探测器的保护系统，包括上位机单元、嵌入式控制单元及保护装置，上位机单元发出控制指令给嵌入式控制单元，嵌入式控制单元解析指令控制保护装置旋转盖覆或离开在X射线探测器探头的上方；X射线探测器的校正方法，包括如下步骤：（1）X光光管向探头保护片发射X射线，激发探头保护片中的电子能量。（2）X射线探测器接收电子能量并转换成数字信号传送至嵌入式控制单元，嵌入式控制单元将数字信号传递给上位机单元。（3）上位机单元在接收数字信号后，通过修正峰飘系数来完成对X射线探测器的返回信号的校正。本发明能够不仅能够实现X射线探测器的校正，且能够对探测器探头进行保护，因而更加方便、快捷、灵活。
【专利说明】X射线探测器的保护系统及校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及X荧光光谱仪【技术领域】，特别涉及对X荧光光谱仪的核心部件一X射线探测器进行保护的系统及对X射线探测器进行校正的方法。
【背景技术】
[0002]X射线探测器是X射线荧光光谱仪中最关键的部件，其作用是将X射线荧光光量子转变为一定形状和数量的电脉冲，以表征X射线荧光的能量与强度，其本质为能量-电量的传感器。目前，大多数X射线探测器的探头由Be窗材质制作而成，由于Be窗厚度很薄，仅为75um，故很容易受到损坏。如利用X射线荧光光谱仪的检测时，Be窗安装于检测物品的正下方，Be窗与检测物品间仅有一张很薄的检测薄膜隔离，所以在放置样品很容易穿透测试模而造成Be窗的损坏。此外，由于X射线探测器头部几乎为裸露状态易受到外界灰尘及空气中的水汽污染，而Be窗一旦破损或受到较重的污染便无法恢复。
[0003]基于Be窗是X射线探测器的关键部件，一旦遭到损坏或较重污染，便会导致整机无法工作，且Be窗生产复杂、价格昂贵，所以需要一种Be窗保护装置加以保护。但是，由于X光荧光的能量不大，传统的Be窗保护装置遮挡了 Be窗接收信号的空间，对信号采集的准确性造成了影响；另外，由于探测器本身的分辨率非常高，很容易受到温度、湿度及其它外界环境影响，导致每当外界环境发生一些改变时，X射线探测器本身返回信号都会产生一定的变化，从而影响测量精度，所以X射线探测器返回信号需要定期进行系统校正，以确保X射线探测器检测信号的准确性。
[0004]现有的X射线荧光光谱仪采用外配校正片的方法定期由人工完成校正，但校正片一般为标准品，体积小、价格昂贵，易丢失，且人工校正较繁琐。此外，由于员工及公司制度等问题，经常无法准确判断校正的时间，容易出现未能定期完成校正工作导致系统检测结果出现偏差。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种X射线探测器的保护系统及其校正X射线探测器的方法。利用保护系统能够完成对X射线探测器探头的保护，防止X射线探测器探头遭到污染或损坏。此外，保护系统的保护装置不会干扰及影响X射线探测器对信号的采集，利用保护装置能够完成对X射线探测器返回信号的校正，以确保X射线探测器测量精度。
[0006]一种X射线探测器的保护系统，包括上位机单元、嵌入式控制单元及用于保护X射线探测器探头的保护装置；
所述上位机单元用于发出控制指令，并将控制指令发送给嵌入式控制单元；
所述嵌入式控制单元用于接收上机位发出的控制指令，对控制指令进行解析，并向保护装置发出解析指令。
[0007]所述保护装置接收解析指令，并旋转盖覆在X射线探测器探头的上方以保护X射线探测器探头旋转离开X射线探测器探头的上方。
[0008]所述上位机单元中设有控制模块，所述控制模块向所述嵌入式控制单元发出的控制指令。
[0009]作为本发明的优选方案之一，所述保护装置包括旋转电磁铁、转轴机构、第一固定支架、第二固定支架、探头保护片、弹性复位机构、X射线探测器安装板，所述旋转电磁铁的一端固定设于所述第一固定支架上，所述转轴机构穿设于所述第二固定支架中，所述转轴机构的一端连接所述旋转电磁铁的另一端，所述转轴机构的另一端连接所述探头保护片，所述旋转电磁铁能够经所述转轴机构带动所述探头保护片旋转，所述弹性复位机构一端固设于所述第一固定支架上，其另一端固设于所述转轴机构上，所述X射线探测器安装板固设于所述第二固定支架的末端。
[0010]作为本发明的优选方案之一，所述转轴机构包括一长转轴，所述长转轴穿设于所述第二固定支架中，所述长转轴上于所述第二固定支架的一侧依次设有十字轴卡、限位固定块、外部固定块，所述长转轴上于所述第二固定支架的另一侧设有一内部固定块，所述内部固定块上装设有一卡套。
[0011]作为本发明的优选方案之一，该保护系统还包括一轴套，所述旋转电磁铁的中心轴装配于所述轴套的一端，所述长转轴装配于所述轴套的另一端，设于所述长转轴上的十字轴卡插设于所述轴套的缺口中，所述外部固定块固定于所述第二固定支架的一侧，所述内部固定块固定于所述第二固定支架的另一侧，所述卡套连接所述探头保护片。
[0012]作为本发明的优选方案之一，所述卡套经一保护片支架与所述探头保护片相连接。
[0013]作为本发明的优选方案之一，所述弹性复位机构包括一复位弹簧，所述复位弹簧的一端固设于所述第一固定支架上的第一弹簧固定孔中，所述复位弹簧的另一端固设于所述限位固定块上的第二弹簧固定孔中。
[0014]作为本发明的优选方案之一，该保护系统还包括一限位螺栓，所述限位螺栓固定于所述第一固定支架上。
[0015]作为本发明的优选方案之一，所述探头保护片由校正材料制作而成，为高低峰值校正片或专用校正片。
[0016]一种X射线探测器探头的保护系统的校正方法，包括如下步骤:
(I)、准备校正，X荧光光谱仪的X光光管向探头保护片发射X射线，激发探头保护片中的电子能量。
[0017](2)、X射线探测器接收探头保护片中被激发的电子能量信号，通过模拟电路放大整形滤波转换后，再经过模拟转数字电路将电子能量信号转换成为数字信号，数字信号通过USB通信端口传送至嵌入式控制单元，嵌入式控制单元将数字信号传递给上位机单元。
[0018](3)、上位机单元在接收数字信号后，将数字信号转化为当前能量刻度信号，并根据当前能量刻度信号计算出当前峰道值，通过修正峰飘系数来完成对X射线探测器的返回信号的校正。其中，峰飘值校正公式为:C=t+(l+g)c，
上式中:设r=l+g，t和r为峰飘系数，C为系统已经保存的经过校正的准确峰道值，C为当前峰道值，具体通过先粗调整系数r以及后微调整系数t来调整c与C的关系，并使c与C完全一致，从而达到校正X射线探测器的返回信号的目的。[0019]与现有技术相比，本发明至少具有如下优点:
1.利用保护系统能够完成对X射线探测器探头的保护，防止X射线探测器探头遭到污染或损坏。此外，保护系统的保护装置不会干扰及影响X射线探测器对信号的采集，利用保护装置能够完成对X射线探测器返回信号的校正，以确保X射线探测器测量精度。本发明更加方便、快捷、灵活。
[0020]2.因本发明能够不仅能够实现X射线探测器的校正，且能够对探测器探头进行保护，故本发明操作起来更加方便、快捷、灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本发明结构特征和技术要点，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0022]图1为本发明实施例所公开的X射线探测器保护系统的保护装置的结构示意图； 图2为本发明实施例所公开的转轴机构的结构示意图；
图3为本发明实施例所公开的X射线探测器保护系统的控制流程图；
图4为本发明实施例所公开的X射线探测器校正方法的流程图；
图5为本发明实施例所公开的X荧光光谱仪的工作流程图。
[0023]附图标记说明:1-旋转电磁铁，2-转轴机构，21-长转轴，22-十字轴卡，23-限位固定块，24-外部固定块，25-内部固定块，26-卡套，3-第一固定支架，4-第二固定支架，5-探头保护片，6-弹性复位机构，61-复位弹簧，7-X射线探测器安装板，8-轴套，9-保护片支架，10-限位螺栓。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行具体、清楚、完整地描述。
[0025]一种X射线探测器的保护系统，用于保护X射线探测器的探头，其包括上位机单元、嵌入式控制单元及用于保护X射线探测器探头的保护装置；上位机单元用于发出控制指令，并将控制指令发送给嵌入式控制单元；嵌入式控制单元用于接收上机位发出的控制指令，对控制指令进行解析，并向保护装置发出解析指令；保护装置接收解析指令，并旋转盖覆在X射线探测器探头的上方以保护X射线探测器探头旋转离开X射线探测器探头的上方；上位机单元中设有控制模块，所述控制模块向所述嵌入式控制单元发出的控制指令。
[0026]参见图1-3所示，保护装置包括旋转电磁铁1、转轴机构2、第一固定支架3、第二固定支架4、探头保护片5、弹性复位机构6、X射线探测器安装板7，第一固定支架3呈U型结构，旋转电磁铁I的一端固定设于第一固定支架3上、并容纳于第一固定支架3的U型结构内部，转轴机构2穿设于第二固定支架4中，转轴机构2的一端连接旋转电磁铁I的另一端，转轴机构2的另一端连接探头保护片5，该探头保护片为校正材料制备而成，可以为高低峰值校正片或行业专用校正片。旋转电磁铁I能够经转轴机构2带动探头保护片5旋转，弹性复位机构6的一端固设于第一固定支架3上，其另一端固设于转轴机构2上，第二固定支架4呈U型结构，X射线探测器安装板7固设于第二固定支架U型结构的末端，用于安装X射线探测器。[0027]转轴机构2包括一长转轴21，长转轴21穿设于第二固定支架4中，长转轴21上于第二固定支架4的一侧依次设有十字轴卡22、限位固定块23、外部固定块24，长转轴21上于第二固定支架4的另一侧设有一内部固定块25，内部固定块25上装设有一卡套26。
[0028]该保护系统还包括一轴套8,旋转电磁铁I的中心轴装配于轴套8的一端,长转轴21装配于轴套8的另一端，设于长转轴21上的十字轴卡22插设于轴套8的缺口中，如此，能够使得长转轴21与轴套8能够更加牢固地装配在一起，外部固定块24固定于第二固定支架4的一侧，内部固定块25固定于第二固定支架4的另一侧，通过外部固定块24和内部固定块25的夹紧作用，能够将长转轴21牢固地固定于第二固定支架4上，卡套26经一保护片支架9与探头保护片5相连接。
[0029]弹性复位机构6包括一复位弹簧61，复位弹簧61的一端固设于第一固定支架3上的第一弹簧固定孔中，复位弹簧61的另一端固设于限位固定块23上的第二弹簧固定孔中。复位弹簧61产生一定的阻尼，保证系统在完成工作后能够使旋转电磁铁I迅速回位。该弹性复位机构6还可以是其它弹性结构，如橡胶机构。
[0030]该保护系统还包括一限位螺栓10，限位螺栓10固定于第一固定支架4上，与复位弹簧61相对而设，其用于保证旋转电磁铁I的旋转角度不至于过大而与其它结构产生干涉现象。
[0031]参见图3所示，X射线探测器保护系统的控制流程如下:
上位机单元发出控制信号，并通过外接通讯接口将控制信号传递给嵌入式控制单元，嵌入式控制单元解析控制指令并控制PWM驱动电路使X射线探测器保护装置旋转。
[0032]当X荧光光谱仪的X射线探测器开始工作时，上位机单元通过外接通讯接口向嵌入式控制单元发送工作通信指令，嵌入式控制单元解析指令后驱动PWM驱动电路使保护装置的旋转电磁铁I旋转一定的角度，旋转电磁铁I带动长转轴21旋转，从而带动探头保护片5旋转、并从X射线探测器的探头上方移开。在X射线探测器工作完成后，上位机单元向嵌入式控制单元发送停止工作通讯指令，嵌入式控制单元通过解析指令后关断PWM驱动电路，旋转电磁铁I无驱动后由本身的回转扭矩及复位弹簧61弹力作用而回转复位，在到达限位螺栓的限位开关后停止回转移动。
[0033]由于PWM驱动电路本身的特殊性质，可以大大降低旋转电磁铁I的发热现象，因而可以使旋转电磁铁I在长时间的吸合状态下发热量较低，从而减小对旋转电磁铁I的损失。
[0034]参见图4所示，X射线探测器探测器的校正过程如下:
(I)、上位机单元检查各部件是否完好后开始预热，如部件检查出现问题则返回上位机单位报警，预热后上位机单元判断是否预热完成，如果上位机单元未完成预热则返回预热，如果预热完成则上位机单元开始自动校正，X荧光光谱仪的X光光管向探头保护片发射X射线，激发探头保护片中的电子能量。
[0035](2)、X射线探测器接收探头保护片中被激发的电子能量信号，通过模拟电路放大整形滤波转换后，再经过模拟转数字电路将电子能量信号转换成为数字信号，数字信号通过USB通信端口传送至嵌入式控制单元，嵌入式控制单元将数字信号传递给上位机单元。
[0036](3)、上位机单元在接收数字信号后，将数字信号转化为当前能量刻度信号，并根据当前能量刻度信号计算出当前峰道值，通过修正峰飘系数来完成对X射线探测器的返回信号的校正。其中，峰飘值校正公式为:C=t+(l+g)c，上式中:设:r=l-g，t和r为峰飘系数，C为系统已经保存的经过校正的准确峰道
值，C为当前峰道值，具体通过先粗调整系数r以及后微调整系数t来调整c与C的关系，并使C与C完全一致，从而达到校正X射线探测器的返回信号的目的。
[0037]峰飘值的公式推导过程如下:
能量刻度的公式表示为:E(c)=Gc+Eq
其中c为当前峰道值、E(c)为对应第通道的激发电子能量，E0为第O通道的能量，G
为能量曲线斜率常数，其中，当前峰道值公式表示为: c=T+E/G
T表示对应零能量的峰道值，即c=0，于是可得到T=-EtlA^
[0038]在校正前X荧光光谱仪会发生峰飘现象，设了的变化量为Λ Τ，增益G的变化量为 Δ G，当前峰道值c的变化量为Λ c，通过带入前式可得到:
Δ C= Δ T+ Δ (1/G) E= Δ T- ( Δ G/G) (E/G)
由于T和c相比有T〈〈c，T ^ O由此可推导出:
Δ c ^ Δ T- ( Δ G/G) c=t+gc
其中，t表示T的变化量Λ T，g表示G变化的百分数，峰飘现象产生后对应于峰飘前的第c道的准确峰道值为C ,
C=c+ Δ c
带入前式可以得到:
C=t+(l+g)c
其中，设r=l+g，则t和r为峰飘系数 参见图5所示，X荧光光谱仪工作流程如下:
在X射线探测器工作前，上位机单元先判断是否需要校正，如果需要校正则上位机单元控制关闭旋转电磁铁1，探头保护片5回转盖覆在X射线探测器探头上方，开始利用校正材料制备的探头保护片5进行校正工作，校正过程如上文所述。如果不需要校正，则上位机单元发出准备测量控制信号，检测X荧光光谱仪的外盖开关关闭，如外盖开关开启则测试人员会接受X光辐射，所以为确保测试人员安全情况则系统不向下进行下一步骤，外盖开关关闭则表示目前测试属于安全测试，上位机单元通过USB通讯接口发送测量指令信号，嵌入式控制单元接收上位机单元发送的测量指令，如嵌入式控制单元没有接收到测量指令，则返回至检查USB通信接口是否处于工作状态或USB通信接口是否有指令传输；如嵌入式控制单元正常接收测量指令则解析指令，指令解析完毕后根据解析指令的要求驱动PWM驱动电路控制旋转电磁铁I旋转相应的角度，使保护装置的探头保护片5从X射线探测器探头上移开相应的角度，等待系统测试完成。检测完毕后，上位机单元向嵌入式控制单元发送停止工作通讯指令，嵌入式控制单元通过解析指令后关断PWM驱动电路，旋转电磁铁I无驱动后由本身的回转扭矩及复位弹簧61弹力作用而回转复位，从而保证了 X射线探测器探头继续得到有效保护。
[0039]上述【具体实施方式】，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上所述内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种X射线探测器的保护系统，其特征在于，包括上位机单元、嵌入式控制单元及用于保护X射线探测器探头的保护装置； 所述上位机单元用于发出控制指令，并将控制指令发送给嵌入式控制单元； 所述嵌入式控制单元用于接收上机位发出的控制指令，对控制指令进行解析，并向保护装置发出解析指令； 所述保护装置接收解析指令，并旋转盖覆在X射线探测器探头的上方以保护X射线探测器探头或者旋转离开X射线探测器探头的上方。
2.根据权利要求1所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，所述上位机单元中设有控制模块，所述控制模块向所述嵌入式控制单元发出的控制指令。
3.根据权利要求1所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，所述保护装置包括旋转电磁铁、转轴机构、第一固定支架、第二固定支架、探头保护片、弹性复位机构、X射线探测器安装板，所述旋转电磁铁的一端固定设于所述第一固定支架上，所述转轴机构穿设于所述第二固定支架中，所述转轴机构的一端连接所述旋转电磁铁的另一端，所述转轴机构的另一端连接所述探头保护片，所述旋转电磁铁能够经所述转轴机构带动所述探头保护片旋转，所述弹性复位机构一端固设于所述第一固定支架上，其另一端固设于所述转轴机构上，所述X射线探测器安装板固设于所述第二固定支架的末端。
4.根据权利要求3所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，所述转轴机构包括一长转轴，所述长转轴穿设于所述第二固定支架中，所述长转轴上于所述第二固定支架的一侧依次设有十字轴卡、限位固定块、外部固定块，所述长转轴上于所述第二固定支架的另一侧设有一内部固定块，所述内部固定块上装设有一卡套。
5.根据权利要求4所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，该保护系统还包括一轴套，所述旋转电磁铁的中心轴装配于所述轴套的一端，所述长转轴装配于所述轴套的另一端，设于所述长转轴上的十字轴卡插设于所述轴套的缺口中，所述外部固定块固定于所述第二固定支架的一侧，所述内部固定块固定于所述第二固定支架的另一侧，所述卡套连接所述探头保护片。
6.根据权利要求5所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，所述卡套经一保护片支架与所述探头保护片相连接。
7.根据权利要求4所述的X射线探测器保护系统，其特征在于，所述弹性复位机构包括一复位弹簧，所述复位弹簧的一端固设于所述第一固定支架上的第一弹簧固定孔中，所述复位弹簧的另一端固设于所述限位固定块上的第二弹簧固定孔中。
8.根据权利要求3所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，该保护系统还包括一限位螺栓，所述限位螺栓固定于所述第一固定支架上。
9.根据权利要求3-8中任一项所述的X射线探测器的保护系统，其特征在于，所述探头保护片由校正材料制作而成，为高低峰值校正片或专用校正片。
10.一种X射线探测器的校正方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)、准备校正，X荧光光谱仪的X光光管向探头保护片发射X射线，激发探头保护片中的电子能量； (2)、X射线探测器接收探头保护片中被激发的电子能量信号，通过模拟电路放大整形滤波转换后，再经过模拟转数字电路将电子能量信号转换成为数字信号，数字信号通过USB通信端口传送至嵌入式控制单元，嵌入式控制单元将数字信号传递给上位机单元； (3)、上位机单元在接收数字信号后，将数字信号转化为当前能量刻度信号，并根据当前能量刻度信号计算出当前峰道值，通过修正峰飘系数来完成对X射线探测器的返回信号的校正，其中，峰飘值校正公式为:C=t+(l+g)c， 上式中:设r=l+g，t和r为峰飘系数，C为系统已经保存的经过校正的准确峰道值，c为当前峰道值，具体，通过先粗调整系数r以及后微调整系数t来调整c与C的关系，并使c与C完全一致，从而达 到校正X射线探测器的返回信号的目的。
【文档编号】G01N23/223GK103983655SQ201410136504
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2014年4月4日
【发明者】杨振, 杨剑 申请人:苏州三值精密仪器有限公司