CN109975342A - 一种x射线管的光谱稳定性校正方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种X射线管的光谱稳定性校正方法，包括以下步骤：S1、通过高压电源向X射线管提供电压；S2、经过X射线管出口设置的第一滤片并发出原极X射线；S3、照射到样品产生照射结果；S4、经过控制器处理将照射结果传送至数据分析处理单元。本发明通过增加一个监控通道，用来进行同步校正X射线管的稳定性问题，大大提高元素的分析精度并增加仪器的稳定性。

Description

一种X射线管的光谱稳定性校正方法及装置
技术领域
本发明涉及X射线管光谱校正技术领域，具体来说，涉及一种X射线管的光谱稳定性校正方法及装置。
背景技术
X射线在科研、军事以及工业生产等领域都有着广泛的应用。产生X射线需要三个条件：电子发射源、高压电场和金属靶。基本原理是：加热阴极K，产生电子，在外加电场作用下高速飞向阳极A，电子打在阳极上产生X射线。阳极(靶子)可用钨、钼、铑、银等重金属制成。在阴极和阳极之间加上高电压U，它使飞向阳极运动的电子加速。调节此电压，可以改变轰击阳极的电子的能量。调节灯丝电流的大小可以控制逸出的电子数量，从而控制射线管电流的大小。在实际应用中，X射线管用直流高压和灯丝电流不仅要纹波小，而且要在一定范围内线性可调。而X射线管输出光谱的稳定性主要依赖于阴极和阳极之间加的高压电源的稳定性，该电源性能的优劣直接影响X射线管的工作。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种X射线管的光谱稳定性校正方法及装置，具有提高元素的分析精度并增加仪器稳定性的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种X射线管的光谱稳定性校正方法,包括以下步骤：
S1、通过高压电源向X射线管提供电压；
S2、经过X射线管出口设置的第一滤片并发出原极X射线；
S3、照射到样品产生照射结果；
S4、经过控制器处理将照射结果传送至数据分析处理单元。
优选的，步骤S3中包括以下步骤：
S310、照射到待测样品产生物质组分的特征X射线；
S311、经过第一探测器入口处设置的第二滤片进入第一信号采集器；
S312、将探测信号经第一信号采集器传送至控制器进行处理；
S313、将信号处理结果传送至数据分析处理单元得出结论。
优选的，步骤S3中包括以下步骤：
S320、照射到校准标样进行校准；
S321、经过第二探测器入口处设置的第三滤片进入第二信号采集器；
S322、将探测信号经第二信号采集器传送至控制器进行处理；
S323、将信号处理结果传送至数据分析处理单元得出结论。
优选的，步骤S4中在数据分析处理单元内采用比值法进行校准处理，校准方法如下所示：
由X荧光定量分析原理可知，元素特征荧光强度Ik可用下列公式表示：
式中，Io为单色X射线激发源的强度；μo为样品对激发源的初级射线的质量吸收系数；μk为样品对元素的特征X射线的质量吸收系数；Cx为待测元素的含量。
优选的，所述校准方法还包括：
采用X光管连续谱激发时：
令ηK为第二探测器所探测到的校准标样荧光强度IK标与第一探测器所探测到的待测样品荧光强度IK的比值，即：
式中，CK为待测样品的元素含量，CK标为校准标样的元素含量；
故CK＝CK标/ηK，因此ηK为高电压X光管的稳定性校正系数，ηK由两个并行通道的同步实时测量结果经上式计算而得，可反映X光管的瞬时变化。
一种X射线管的光谱稳定性校正装置，包括高压电源、检测分析通道、监控通道、控制器以及数据分析处理单元，所述高压电源的信号输出端与X射线管的信号输入端连接，所述X射线管的出口处设有第一滤片，所述X射线管经第一滤片对检测分析通道和监控通道同时发射原极X射线，所述检测单元的信号输出端与所述控制器的第一信号输入端连接，所述检测单元的信号输入端与所述控制器的第一信号输出端连接；所述监控通道的信号输出端与所述控制器的第二信号输入端连接，所述监控通道的信号输入端与所述控制器的第二信号输出端连接；所述控制器的第三信号输出端与所述高压电源的信号输入端连接，所述控制器的第四信号输出端与所述数据分析处理单元的输入端连接。
优选的，所述检测分析通道包括第二滤片、待测样品、第一探测器和第一信号采集器，所述第二滤片设置在所述第一探测器的入口处，原极X射线照射到所述待测样品激发待测样品中的元素，产生物质组分的特征X射线，特征X射线经过第二滤片进入第一探测器，所述第一探测器的输出端与所述第一信号采集器的第一输入端连接，所述第一信号采集器的输出端与所述控制器的第一输入端连接，所述第一信号采集器的第二输入端与所述控制器的第一输出端连接。
优选的，所述监控通道包括第三滤片、校准标样、第二探测器和第二信号采集器，所述第三滤片设置在所述第二探测器的入口处，原极X射线照射到所述校准标样进行校准，标样的出射射线经过第三滤片进入第二探测器，所述第二探测器的输出端与所述第二信号采集器的第一输入端连接，所述第二信号采集器的输出端与所述控制器的第二输入端连接，所述第二信号采集器的第二输入端与所述控制器的第二输出端连接。
本发明的有益效果是：
(1)通过增加一个监控通道，用来进行同步校正X射线管的稳定性问题，大大提高元素的分析精度并增加仪器的稳定性；
(2)通过在X射线管出口、探测器入口处增加滤光片，可降低X射线管的高能散射背景，降低元素检出限，提高测量精度。
附图说明
图1是本发明实施例一种X射线管的光谱稳定性校正装置的结构示意图。
附图标记说明：
1、高压电源；2、X射线管；3、第一滤片；4、检测分析通道；41、待测样品；42、第二滤片；43、第一探测器；44、第一信号采集器；5、监控通道；51、校准标样；52、第三滤片；53、第二探测器；54、第二信号采集器；6、控制器；7、数据分析处理单元。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种X射线管的光谱稳定性校正方法，包括以下步骤：
S1、通过高压电源1向X射线管2提供电压；
S2、经过X射线管2出口设置的第一滤片3发出原极X射线；
S3、照射到样品产生照射结果；
S4、经过控制器6处理将照射结果传送至数据分析处理单元7。
实施例2：
如图1所示，本实施例在实施例1的基础上进行改进，步骤S3中包括以下步骤：
S310、照射到待测样品41产生物质组分的特征X射线；
S311、经过第一探测器43入口处设置的第二滤片42进入第一信号采集器44；
S312、将探测信号经第一信号采集器44传送至控制器6进行处理；
S313、将信号处理结果传送至数据分析处理单元7得出结论。
步骤S3中还包括以下步骤：
S320、照射到校准标样51进行校准；
S321、经过第二探测器53入口处设置的第三滤片52进入第二信号采集器54；
S322、将探测信号经第二信号采集器54传送至控制器6进行处理；
S323、将信号处理结果传送至数据分析处理单元7得出结论。
X射线管2发出X射线(原级射线)经过第一滤片3分成两路，一路用于激发待测样品41中的元素，产生物质组分的特征X射线，特征X射线经过第二滤片42，进入检测分析通道4的第一探测器43，所述第一探测器43可选用Si-PIN、SDD、CdTe等电致冷半导体探测器的任意一种，用第一信号采集器44对信号进行采集处理后经由控制器6传输到数据分析处理单元7，由数据处理分析软件计算待测样品41中的元素含量。
另一路X射线管2发出的原级X射线经过第三滤片52照射到校准标样51进行校准，标样的出射射线经过第三滤片52到达监控通道5的第二探测器53，所述第二探测器53可选用Si-PIN、SDD、CdTe等电致冷半导体探测器的任意一种，第二信号采集器54对信号进行采集处理后，经由控制器6传输到数据分析处理单元7，用于监测X射线管2发射能谱的变化情况。
实施例3：
如图1所示，本实施例在实施例1的基础上进行改进，步骤S4中在数据分析处理单元7内采用比值法进行校准处理，校准方法如下所示：
由X荧光定量分析原理可知，元素特征荧光强度Ik可用下列公式表示：
式中，Io为单色X射线激发源的强度；μo为样品对激发源的初级射线的质量吸收系数；μk为样品对元素的特征X射线的质量吸收系数；Cx为待测元素的含量；其它参数为待确定的常数，对于一定的测量装置，可以通过测定一系列标准样品，用相对法确定。
令α＝β＝90°(或不考虑α、β角度变化的影响)，为讨论方便，上述公式可化简为：
采用X光管连续谱激发时：
X光管的能谱变化强烈地受X光管加速电压V的影响，当V升高时，其积分强度迅速增大。由式(1)可知，随着加速电压的变化，IK不同，则Ki、I0i和μ0i都不同，如果直接用第一探测器43接收到的出射射线进行计算，会对测量结果产生较大的误差，因此本发明采用比值法对测量结果进行校正。
令ηk为X光管在线检测时探测器所探测到的校准标样51荧光强度IK标与探测器所探测到的待测样品41荧光强度IK的比值，即：
则CK＝CK标/ηK，因此ηK为高电压X光管的稳定性校正系数，ηK由两个并行通道的同步实时测量结果经上式计算而得，可反映X光管的瞬时变化。
实施例4：
如图1所示，一种X射线管的光谱稳定性校正装置，包括高压电源1、检测分析通道4、监控通道5、控制器6以及数据分析处理单元7，所述高压电源1的信号输出端与X射线管2的信号输入端连接，所述X射线管2的出口处设有第一滤片3，所述X射线管2经第一滤片3对检测分析通道4和监控通道5同时发射原极X射线，所述检测单元的信号输出端与所述控制器6的第一信号输入端连接，所述检测单元的信号输入端与所述控制器6的第一信号输出端连接；所述监控通道5的信号输出端与所述控制器6的第二信号输入端连接，所述监控通道5的信号输入端与所述控制器6的第二信号输出端连接；所述控制器6的第三信号输出端与所述高压电源1的信号输入端连接，所述控制器6的第四信号输出端与所述数据分析处理单元7的输入端连接。
所述检测分析通道4包括第二滤片42、待测样品41、第一探测器43和第一信号采集器44，所述第二滤片42设置在所述第一探测器43的入口处，原极X射线照射到所述待测样品41激发待测样品41中的元素，产生物质组分的特征X射线，特征X射线经过第二滤片42进入第一探测器43，所述第一探测器43的输出端与所述第一信号采集器44的第一输入端连接，所述第一信号采集器44的输出端与所述控制器6的第一输入端连接，所述第一信号采集器44的第二输入端与所述控制器6的第一输出端连接。
所述监控通道5包括第三滤片52、校准标样51、第二探测器53和第二信号采集器54，所述第三滤片52设置在所述第二探测器53的入口处，原极X射线照射到所述校准标样51进行校准，标样的出射射线经过第三滤片52进入第二探测器53，所述第二探测器53的输出端与所述第二信号采集器54的第一输入端连接，所述第二信号采集器54的输出端与所述控制器6的第二输入端连接，所述第二信号采集器54的第二输入端与所述控制器6的第二输出端连接。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种X射线管的光谱稳定性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过高压电源向X射线管提供电压；
S2、经过X射线管出口设置的第一滤片并发出原极X射线；
S3、照射到样品产生照射结果；
S4、经过控制器处理将照射结果传送至数据分析处理单元。
2.根据权利要求1所述的一种X射线管的光谱稳定性校正方法，其特征在于，步骤S3中包括以下步骤：
S310、照射到待测样品产生物质组分的特征X射线；
S311、经过第一探测器入口处设置的第二滤片进入第一信号采集器；
S312、将探测信号经第一信号采集器传送至控制器进行处理；
S313、将信号处理结果传送至数据分析处理单元得出结论。
3.根据权利要求1所述的一种X射线管的光谱稳定性校正方法，其特征在于，步骤S3中包括以下步骤：
S320、照射到校准标样进行校准；
S321、经过第二探测器入口处设置的第三滤片进入第二信号采集器；
S322、将探测信号经第二信号采集器传送至控制器进行处理；
S323、将信号处理结果传送至数据分析处理单元得出结论。
4.根据权利要求1所述的一种X射线管的光谱稳定性校正方法，其特征在于，步骤S4中在数据分析处理单元内采用比值法进行校准处理，校准方法如下所示：
由X荧光定量分析原理可知，元素特征荧光强度Ik可用下列公式表示：
式中，Io为单色X射线激发源的强度；μo为样品对激发源的初级射线的质量吸收系数；μk为样品对元素的特征X射线的质量吸收系数；Cx为待测元素的含量。
5.根据权利要求4所述的一种X射线管的光谱稳定性校正方法，其特征在于，所述校准方法还包括：
采用X光管连续谱激发时：
令ηk为第二探测器所探测到的校准标样荧光强度IK标与第一探测器所探测到的待测样品荧光强度IK的比值，即：
式中，CK为待测样品的元素含量，CK标为校准标样的元素含量；
故CK＝CK标/ηK，因此ηK为高电压X光管的稳定性校正系数，ηK由两个并行通道的同步实时测量结果经上式计算而得，可反映X光管的瞬时变化。
6.一种X射线管的光谱稳定性校正装置，其特征在于，包括高压电源、检测分析通道、监控通道、控制器以及数据分析处理单元，所述高压电源的信号输出端与X射线管的信号输入端连接，所述X射线管的出口处设有第一滤片，所述X射线管经第一滤片对检测分析通道和监控通道同时发射原极X射线，所述检测单元的信号输出端与所述控制器的第一信号输入端连接，所述检测单元的信号输入端与所述控制器的第一信号输出端连接；所述监控通道的信号输出端与所述控制器的第二信号输入端连接，所述监控通道的信号输入端与所述控制器的第二信号输出端连接；所述控制器的第三信号输出端与所述高压电源的信号输入端连接，所述控制器的第四信号输出端与所述数据分析处理单元的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的一种X射线管的光谱稳定性校正装置，其特征在于，所述检测分析通道包括第二滤片、待测样品、第一探测器和第一信号采集器，所述第二滤片设置在所述第一探测器的入口处，原极X射线照射到所述待测样品激发待测样品中的元素，产生物质组分的特征X射线，特征X射线经过第二滤片进入第一探测器，所述第一探测器的输出端与所述第一信号采集器的第一输入端连接，所述第一信号采集器的输出端与所述控制器的第一输入端连接，所述第一信号采集器的第二输入端与所述控制器的第一输出端连接。
8.根据权利要求6所述的一种X射线管的光谱稳定性校正装置，其特征在于，所述监控通道包括第三滤片、校准标样、第二探测器和第二信号采集器，所述第三滤片设置在所述第二探测器的入口处，原极X射线照射到所述校准标样进行校准，标样的出射射线经过第三滤片进入第二探测器，所述第二探测器的输出端与所述第二信号采集器的第一输入端连接，所述第二信号采集器的输出端与所述控制器的第二输入端连接，所述第二信号采集器的第二输入端与所述控制器的第二输出端连接。
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