Si-PIN X-123 检测系统
X-123 – 紧凑型手持式设备中完整的伽马射线检测解决方案
无需使用液氮!
图 1.
包括:
- 伽马探测器和前置放大器
- 数字脉冲处理器和 MCA
- 电源和软件兼容PC
优点
- 系统紧凑
- 易于使用
- 小尺寸(7 x 10 x 2.5 厘米)
- 低功耗(2.5W)
- 重量轻(180克)
- USB 和 RS232 连接
- 与其他探测器类型兼容
应用
- 自由发讯机构
- 仪器仪表符合 RoHS/WEE 规定
- 工艺流程控制
- 艺术与考古
探测器
- Si-PIN 伽马粒子探测器
- 2 级热电冷却器
- 面积:6 至 25 平方毫米
- 厚度:300 和 500 微米
- 多通道准直器
一般特征
- 分辨率:145 至 260 eV FWHM(5.9 eV)
- 最佳能量范围:1 keV 至 40 keV
- 最大计数速度:高达每秒 2 x 105 个事件
*具体实施取决于最适合给定任务的配置。
图 3. 使用 6 mm2 / 500 µm 探测器获得的 55 Fe 光谱。
X-123 是 Amptek 14 年伽马探测器研发的成果。该公司的理念一直是生产紧凑、低功耗、高性能且易于操作的探测器。X-123 就是这一理念的一个例子,它将 XR100CR 探测器和电荷灵敏前置放大器、DP5 数字脉冲处理器、多通道分析仪 (MCA)、软件和 PC5 电源组合在一个外壳中。所需的只是 +5 V 输入电压和与计算机的 USB 或 RS232 连接。
描述
Amptek 专门生产体积小、功率低且易于使用的伽马光谱仪。X-123 将 Amptek 的标准与高性能组件结合在一个封装中:XR100CR 探测器和前置放大器、DP5 数字脉冲处理器和 MCA 以及 PC5 电源。结果是一个完整的集成系统,可以握在手掌中。在许多可用系统中,前置放大器本身就比整个 X-123 检测系统更大、更重、耗电量更大。它只需要两个连接即可运行:+5 V 和标准 RS-232 或 USB 连接器。
该探测器有一个 Si-PIN 光电二极管:伽马粒子在硅中相互作用,平均产生一个电子空穴对,每个电子空穴对的能量损失为 3.62 eV,这就是输入信号。
探测器安装在带有输入场效应晶体管的基座上的热电冷却器上,并与电荷敏感前置放大器相连。热电冷却器降低了探测器和前置放大器中电子元件的噪声,但冷却仍然开放,用户可以理解:它的工作原理就像一个普通的空调系统。电荷敏感前置放大器使用经典反馈,通过向探测器施加高电压将脉冲重置到其初始位置。
DP5 脉冲处理器是一种数字处理器,可替代大多数类似系统中的脉冲放大器和多通道分析仪 (MCA)。使用数字技术可改善以下关键参数:
1)性能更优异,分辨率更高,计数速度更快;
2)配置选项的灵活性极佳;
3) 稳定性提高。DP5 将前置放大器的输出信号数字化,对信号进行实时数字处理,检测峰值幅度并(以数字方式)将这些值收集到内存直方图中,从而生成能量谱。然后将频谱传输到上层 - 用户 PC。
DP5有6个主要功能块,实现以下功能:
1)模拟输入滤波器;
2)模数转换器;
3)电子信号发生器;
4)脉冲选择逻辑;
5)直方图;
6)连接线(包括微控制器)和软件。
只有一个电源,即 PC5。输入电压约为 +5 V,电流为 200 mA。PC5 使用开关来生成数字处理器和前置放大器所需的所有低压。它还包括一个高压,可生成高达 400 V 的偏置电压,并为热电冷却器供电,该冷却器提供最大温度范围为 85 C 的闭环反馈回路。这两个组件都是在生产时针对每个探测器定制的。
整个系统装在一个 7 x 10 x 2.5 cm3 铝制外壳中。这是标准配置,只需要两个连接:+5 V 和 USB 或 RS232 连接到 PC。如果 X123 与其他设备集成,DP5 支持多个额外的输入和输出。这包括多通道分析仪电路和选择性信号存储器、时间控制和单通道分析仪。
图4.X-123架构和连接图。
X-123 规格
一般的 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
能量分辨率 | 半高峰值为 145 至 260 eV。取决于探测器、峰值时间和温度。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
能量范围 | 对于能量为 1.5 至 25 keV 的伽马粒子,效率 >25%。可在此范围之外使用,但效率较低。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
最大计数速度 |
取决于峰值时间。在 50% 死区时间和脉冲重叠抑制下,建议的最大值如下所示:
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探测器和前置放大器 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
探测器类型 | Si-PIN(也可与 SDD 或 CdTe 一起使用) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
探测器敏感表面的面积 | 6 mm2 至 25 mm2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
探测器厚度 | 500 µm, s m. 效率曲线 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
铍窗厚度 | 1 mil (25 µm) 或 0.5 百万 (12.5 µm), 带 m. 传输曲线 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
准直器 | 多层 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
热电冷却器 | 2 阶段 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
前置放大器 | 原装 Amptek 生产,带高压复位 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
脉冲处理器 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
范围 | 粗、细链条调节组合,可在 0.84 至 127.5 范围内平稳调节。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
粗略放大 | 软件可选择 1.12 至 102,共 16 个逻辑步骤。1.12、2.49、3.78、5.26、6.56、8.39、10.10、11.31、14.56、17.77、22.42、30.83、38.18、47.47、66.26、102.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
精细改进 | 软件可选,从 0.75 到 1.25,10 秒 10 位分辨率。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
全尺寸 | 1000mV 输入脉冲@X1 增益 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
稳定 | <20 ppm/°C(典型值) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
脉冲形状 | 梯形 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
高峰时间 | 24个软件峰值时间从0.8至102μs,对应的半高斯整形时间从0.4至45μs。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
死区时间 | 总停机时间为高峰时间的 1.05 倍。无转换时间。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
快速蒸汽脉冲通道解析时间 | 120 纳秒 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
马华 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
通道数 | 软件可选:8k、4k、2k、1k、0.5k 或 0.25k 通道 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表现 | 时间、总成绩、频道成绩 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
联系 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
USB | 2.0 全速(12 Mbps) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
串行端口 | 标准RS232或115.2k 57.6k | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
以太网 | 10Base-T | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
营养 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
标称输入 | +5 VDC,500 mA(2.5 瓦)(典型)。电流高度依赖于 ΔT 探测器。范围为 300 至 800 mA,5 VDC。提供交流适配器。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
输入信号范围 | 4V 至 6V(300 至 200mA、500mA) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
高压 | 内部倍增器可调至 400V | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
电源冷却 | 闭环控制器,Delta_T max = 85°C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
一般的 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
工作温度 | -20°C 至 +50°C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
保修期 | 1 年 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
设备使用寿命 | 5 至 10 年,取决于使用情况 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
储存和运输 | 长期存储:干燥环境下可保存 10 年以上 典型存储和运输温度:-20°C 至 +50°C,湿度 10% 至 90%,无凝结 |
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一致 | 符合 RoHS 规定 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
TUV 认证 证书编号:72101153 CU 01 测试符合:UL 61010-1: 2009 R10.08 CAN/CSA-C22.2 61010-1-04 + Gi1 |
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连接器 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
USB | 标准 USB Mini 连接器 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RS232 | 标准 2.5 毫米耳机插孔。
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以太网 | 标准以太网连接器 (RJ-45) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
乌鸦 | Hirose MQ172-3PA (55),插头配接:MQ172-3SA-CV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
辅助的 |
2x8 16 针 2 毫米(Samtec 部件编号 ASP-135096-01)。与(Samtec P/N TCMD-08-S-XX.XX-01)配合使用。顶行奇数触点,底行针脚。右上触点 = 1,右下触点 = 2。
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软件界面 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
亚美尼亚糖尿病协会 |
X-123 可通过 Amptek ADMCA 显示器和专用软件进行控制。该程序可完全控制和配置 X-123、获取和显示数据。它支持 ROI、校准、峰值搜索等。ADMCA 软件包含一个用于 XRF 分析的接口和一个软件包。它在兼容 PC 的计算机上的 Windows 98SE 或更高版本(仅限 32 位系统)下运行。Windows XP PRO SP2 或更高版本。 |
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DPP 应用程序编程接口 | X-123 附带一个 DLL 库形式的应用程序编程接口 (API)。用户可以使用该库轻松编写自己的代码来控制 X-123 以用于自定义应用程序或将其与更大的系统进行交互。提供了 VB、VC++ 等语言的示例来说明如何使用 API。还提供了 Windows CE/Pocket PC 版本。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
VB 软件演示 | VB 演示软件在个人电脑上运行,允许用户配置 X-123 以启动和停止数据收集以及保存数据文件。它附带源代码,用户可以修改。该软件旨在演示如何通过 USB 或 RS-232 接口手动控制 X-123,使用基本调用,而不是 DPP API。这主要是在为非 Windows 平台编写软件时需要的。 |
选项
- 其它厚度的铍窗(0.3mm - 7.5 µm)。
- 一组用于大流量的准直器。
- 真空执行
- 作为电子系统生产的一个组件
图 5. X-123 探测器的版本。
图 6. 机箱内装有 PA-230 前置放大器的 X-123。该选项与 X-123 探测器本身类似,不同之处在于探测器/前置放大器从电子机箱中取出并通过柔性电线与其连接。
图 7. Si-PIN 和 SDD 探测器的分辨率与形成时间/峰值时间的关系。
图 8. 不同峰值时间的分辨率与计数率。
图 9. 输入计数率对输出计数率的依赖关系。
使用准直仪
所有 Si-PIN 探测器均配备内置准直器,以提高光谱灵敏度。伽马粒子在探测器有效体积的边界附近相互作用,并可能由于部分电荷收集而产生小脉冲。这些脉冲会产生光谱,在某些情况下会使有用信号模糊。内置准直器限制有效体积中伽马粒子的流动,从而产生“干净”信号。根据探测器的类型,准直器可以:
- 提高信噪比
- 减少边界效应
- 消除假峰
真空执行
X-123CR 可在空气和真空中工作,压力高达 10-8 Torr。在真空中操作 X-123CR 有两种选择:1) 整个 X-123CR 探测器和前置放大器可以放置在腔内。为了避免过热和耗散操作 X-123CR 所需的 1 W 功率,必须使用四个安装孔确保腔壁具有良好的热导率。2) X-123CR 可以位于真空腔外,标准 ConFlat 端口用于腔内 X 射线检测。
效率曲线
图 10(线性)显示 XR-100CR 探测器的真实总能量检测效率。该效率对应于伽马粒子穿透探测器并在光电效应的作用下在探测器内损失所有能量的可能性。
图 11(对数)。显示了光子通过时发生相互作用的概率与光电相互作用的概率,因此总能量会降低。结果表明,在低能量时光电效应占主导地位,但在 40 keV 以上的能量下,康普顿效应占主导地位,此时光子在探测器中几乎损失了所有能量。
X-123 应用:符合 RoHS/WEEE 标准
RoHS/WEEE [限制使用有害物质/废弃电子电气设备] 指令要求电子行业对其产品进行认证,以最大程度地保证其组成成分的含量。X123 可用于监控 RoHS/WEEE 合规性,作为 XRF 等质量计划的一部分。它允许用户快速、准确且无损地测量单个元素的浓度。公司可以监控供应商的合规性并证明自己的合规性。X123 为 OEM 和最终用户提供了功能强大的伽马光谱仪,它是一种方便、小巧、易于使用的仪器,可以快速部署以最大限度地缩短上市时间。光谱仪没有额外的工程要求,所有组件都可以内部制造。所需的只是一个 +5V 电源和一个与 PC 的 USB 或 RS232 连接。
X-123 不会因尺寸而牺牲性能。55 Fe 的 5.9 keV 峰值分辨率范围从 145 eV FWHM 到 260 eV FWHM,具体取决于探测器类型和采集时间。这使得 X-123 成为一个交钥匙系统,是快速产品分析的绝佳选择,并为 OEM 提供快速上市时间。
图 12.RoHS/WEEE 光谱示例。
X-123 Si-PIN 探测器测量结果示例
图 13. 109 Cd 多元素样品的 X 射线荧光分析。
赖斯。14.从 Pb 到 109 Cd 的 XRF 分析。
图 15. 基于 PC 的 109 Cd 中几种元素的 XRF 分析。
图 16. 109 Cd 中各种元素的 X 射线荧光分析。
构造。尺寸
图 17.
加入
图 18.带有安装板和角座的 X-123。
图 19.X-123 安装板。
图 20.X-123 角紧固件。
完整的 XRF 分析系统
图 21. 完整的 XRF 分析系统。
一般XRF系统包括:
- X-123伽马能谱仪;
- Mini-X USB X射线管控制器;
- XRF-FP软件用于定量分析;
- MP1 XRF 安装板。