X-123SDD 检测系统
X-123SDD 是一套完整的 X 射线检测解决方案,它配备一个硅漂移探测器,封装紧凑,可握在手中。
无需使用液氮
图 1 光谱仪 X-123SDD。
X-123SDD 包括
- 硅漂移探测器 (SDD) 和前置放大器
- 数字脉冲处理器和分析仪
- 与您的 PC 兼容的电源和软件
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、RS232 和以太网连接器
应用
- X射线荧光分析(XRF)
- 仪器仪表符合 RoHS/WEE 规定
- 工艺流程控制
- 艺术与考古
探测器
- 用于 X 射线探测的硅漂移探测器 (SDD)
- 2 级热电冷却
- 面积:25平方毫米
- 厚度:500微米
- 多层准直器
一般特征
- 分辨率:125-140 keV,半高宽为 5.9 keV
- 最佳能量范围:1 keV 至 40 keV
- 最大计数率:高达每秒 5.6 x 105 个事件
X-123SDD 是 Amptek 15 年研发 X 射线探测器的成果。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-123SDD 就是这一理念的一个例子,它将 XR-100SDD 硅漂移 X 射线探测器及其电荷灵敏前置放大器、DP5 数字脉冲处理器、MCA、软件和 PC5 电源组合在一个外壳中。所有这些只需要 +5 V DC 并通过 USB、RS232 或以太网连接到计算机。
图 2 使用硅漂移探测器 (SDD) 获得的 55Fe 光谱。
描述
X-123SDD 将 Amptek 的高品质 X 射线光谱组件整合到一个封装中:(1) 带前置放大器的 XR-100SDD X 射线探测器、(2) 带 MCA 的 DP5 数字脉冲处理器和 (3) PC5 电源。这是一款适合手握且性能不打折扣的完整系统。X-123SDD 仅需 +5VAC 和标准 PC 连接即可运行。借助 X-123,任何人都可以快速获取高品质的 X 射线光谱。
X-123SDD 使用类似于 Si-PIN 光电二极管的硅漂移探测器 (SDD),但具有独特的电极结构,可提供更好的分辨率和计数速度。SDD 安装在带有输入场效应晶体管的热电冷却器上,并连接到电荷敏感前置放大器。热电冷却降低了探测器和前置放大器中的电噪声水平,但同时冷却仍然保持开放且用户可理解:它的工作原理就像传统的空调系统一样。
DP5 脉冲处理器是第二代数字脉冲处理器 (DPP),可替代类似系统中的信号放大器和多通道分析仪 (MCA)。数字技术的使用可改善以下关键参数:(1) 性能更佳,例如分辨率更高、计数率更高;(2) 通过软件选择设置配置时具有出色的灵活性;(3) 结果的稳定性和可重复性更高。DPP 使用实时数字信号处理将前置放大器的输出信号数字化,检测峰值幅度并将这些值收集到内存直方图中,从而生成能谱。然后将光谱传输到用户的 PC。PC5 为探测器提供电源,为前置放大器提供低电压,为探测器提供高偏置电压,并为热电冷却提供电源,从而提供闭环控制,最大温差为 85 °C。所有这些都由提供的软件控制。X-123SDD 由 +5V 供电,电流约为 300 mA。
整个系统装在一个 7 x 10 x 2.5 cm3 的铝制外壳中。探测器安装在长度为 0 至 22.86 cm 的延长线上(可提供真空法兰)。在标准配置中,只需要 2 个连接:电源 (+5V) 和 PC 连接(USB、RS232 或以太网)。如果 X123 与其他设备集成,还可以提供多个额外的输入和输出。这包括多通道分析仪链和选择性信号存储器、时间控制和单通道分析仪。X-123SDD 配有完整的数据采集和控制软件。它还包括一个 DLL 应用程序编程接口 (API),用于将设备与定制软件集成。可以选择添加用于 X 射线谱分析的软件、真空硬件、多个准直器和安装选项以及 X 射线管,以创建一个完整的紧凑型 XRF 系统。
图3 X-123SDD的框图和连接图。
X-123SDD的特点
一般的 |
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能量分辨率 |
5.9 keV 时为 125 - 140 eV(半峰全宽)。取决于峰值时间和温度。 |
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电气噪声水平 |
73 eV(半峰宽度) |
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信噪比 |
20,000:1(计数比从 5.9 keV 到 1 keV) |
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能量范围 |
对于能量为 1 至 25 keV 的 X 射线,效率 >25%。可在此范围之外运行,但效率较低。 |
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最大计数速度 |
取决于高峰时间。建议参数如下表所示:
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探测器和前置放大器 |
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探测器类型 |
硅漂移探测器 (SDD) |
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探测器面积 |
25 mm2(准直器面积 17 mm2) |
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探测器厚度 |
500 微米 |
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窗户厚度Be |
0.5 密耳 (12.5 微米) |
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准直器 |
多层 |
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热电冷却 |
2 级(ΔTmax=85°) |
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前置放大器类型 |
电荷敏感,由 Amptek 制造。 |
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前置放大器转换率 |
1 mV/keV(典型值) |
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数字脉冲处理器 (DPP) |
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获得 |
粗调和细调增益组合提供从 0.84 到 127.5 的连续增益 |
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粗略放大 |
软件可选版本从 1.12 到 102.0(共 16 个步骤): 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 |
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细微增强 |
软件可选择 0.75 至 1.25,分辨率为 10 位。 |
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全尺寸 |
X1 增益下 1000 mV 输入脉冲 |
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稳定 |
<20 ppm/°C(典型值) |
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脉冲形状 |
梯形(整形时间为 t 的半高斯放大器的峰值时间为 2.2t,与相同峰值时间的梯形相当) |
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ADC 时钟频率 |
20 至 80 MHz |
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高峰时间 |
30 个不同的软件可选值,从 0.2 到 102 µs,对应半高斯整形时间从 0.1 到 45 µs。 |
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高原 |
每个峰值时间有 16 个软件可选值(取决于峰值时间),>0.05 µs。 |
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恢复 |
非对称,16 个软件可选卷积率。 |
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双脉冲分辨率时间 |
120纳秒 |
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死区时间 |
1.05 峰值时间。无转换时间。 |
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最大计数速度 |
4x106秒-1 |
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死区时间调整 |
手动调节。精度高达1%。 |
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脉冲选择选项 |
重叠拒绝、按上升时间排序、直通 |
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多通道分析仪 (MCA) |
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通道数 |
软件可选:8,000;4,000;2,000;1,000;500;或 250 个通道 |
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每通道字节数 |
3 字节(24 位) - 16.7x 106 个信号 |
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营业时间 |
从 10 毫秒到 466 天 |
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数据传输时间 |
12 毫秒 (USB) 或 280 毫秒 (RS-232) 内 1,000 个通道 |
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转换时间 |
丢失的 |
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预设 |
时间、发票总数、每个 ROI 的发票数量、通过 1 个渠道传输的发票数量 |
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MCS 时间基准 |
从 10 毫秒/通道到 300 秒/通道 |
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外部 MCA 控制 |
输入:仅当外部逻辑系统允许通过时,脉冲才通过。软件控制。 |
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辅助 I/O 通道 |
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单通道分析仪 (SCA) |
8 声学控制协会 |
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数字输出 |
两个独立输出,具有 8 种可编程设置:INCOMING_COUNT、PILEUP、MCS_TIMEBASE 等。 |
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数字输入 |
两个独立输入,可通过软件选择 MCA_GATE,外部计数器 |
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输入/输出 |
两条用于用户应用的公共 I/O 线 |
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数字示波器 |
示波器数据显示在电脑上,软件选择是否显示输出信号形状,ADC的输入信号等,用于调试设备。 |
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连接器 |
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USB |
USB 2.0(12 Mbps) |
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串行 |
标准RS232 |
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以太网 |
10base-T |
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营养 |
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标称输入 |
+5 VDC,500 mA(2.5 W)(典型值)。电流高度依赖于探测器的 ΔT。范围为 300 至 800 mA,5 VDC。包括交流适配器。 |
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输入电压范围 |
4 V 至 5.5 V(电流为 0.4 - 0.7 A) |
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过渡进程的开始 |
2 A,持续时间 <100 µs |
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高压 |
内部乘法器,软件控制,-95 至 -1500V |
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冷却电源 |
反馈控制器 ΔTmax = 85 °C |
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外形尺寸 |
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方面 |
7 x 10 x 2.5 厘米,不包括延长部分 |
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延伸长度 |
3.8 厘米 |
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重量 |
180 克 |
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一般的 |
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工作温度 |
从 -20 %C 至 +50 %C |
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保证 |
1 年 |
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平均服务时间 |
5 - 10 年,取决于使用情况 |
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储存和运输 |
保质期长:干燥环境下保质期 10 年以上 典型存储和运输:-20°C 至 +50°C,10 至 90% 湿度(无凝结) |
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一致 |
符合 RoHS 规定 |
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TUV认证 证书编号:CU 72101153 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 |
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USB |
标准 USB Mini 连接器。(X-123SDD 不支持 USB 供电。) |
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RS232 |
标准 2.5 毫米耳机插孔。 尖端传输用于 PC 接收 DB9 针脚 2(至 DB25 针脚 3)环接收用于 PC 传输 DB9 针脚 3(至 DB25 针脚 2)套管接地用于 PC 接地 DB9 针脚 5(至 DB25 针脚 7) |
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以太网 |
标准以太网连接器 (RJ-45) |
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营养 |
Hirose MQ172-3PA (55),插头配接:MQ172-3SA-CV |
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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,底行偶数触点。右上触点 = 1,右下触点 = 2。
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软件界面 |
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磷酸二酯酶抑制剂 |
X-123SDD 可通过 Amptek DPPMCA 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。DPPMCA 软件包含用于 XRF 分析的接口和软件包。它在 Windows XP PRO SP3 或更高版本下运行。 |
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软件开发工具包 |
X-123SDD附带免费的软件开发工具包(SDK),用户可以使用该工具包编写自己的代码来控制X-123SDD,解决自己的问题。 |
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VB演示软件 |
VB 演示软件在个人电脑上运行,允许用户配置 X-123SDD、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手动或通过 USB 或 RS-232 接口使用基本命令(无需 SDK)控制 X-123SDD。这主要是在为非 Windows 平台编写软件时需要的。 |
选项
- 可根据特殊订单提供其他铍窗口厚度(0.3 mil - 7.5 µm)。
- 一组用于处理大流量的准直器。
- 真空设备
- 可作为 OEM 系统的组件
图4 扩展版本的X-123SDD。
图 5 机壳内装有 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壳中取出并通过柔性电缆与其连接。
在真空中工作
X-123SDD 可在空气和真空中工作,压力高达 10-8 Torr。在真空中操作 X-123SDD 有两种选择:1) 整个 X-123SDD 探测器和前置放大器可以放置在腔体内。为了避免过热和耗散操作 X-123SDD 所需的 1W 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-123SDD 可以位于真空室外,标准 ConFlat 端口用于腔体内的 X 射线检测。
有关系统的其他信息
图 6 硅漂移探测器(SDD)的分辨率与峰值时间的关系图。
图 7 Si-PIN 和 SDD 探测器的分辨率与形成时间/峰值时间的依赖关系。
图 8 不同峰值时间的分辨率与计数率的关系。
图 9 使用硅漂移探测器 (SDD) 获得的 400 万次测量的 55Fe 光谱。
图 10 使用硅漂移探测器 (SDD) 获得的不同峰值时间的分辨率与能量的关系图。
图 11 该图综合了铍玻璃渗透性(包括保护层)和与 SDD 探测器相互作用的影响。图上的低能量区域由铍玻璃的厚度决定 - 0.3 mil(8 μm)或 0.5 mil(12.5 μm),而高能量区域则由 SDD 探测器的激活区厚度决定。
附加光谱
图 12 使用硅漂移探测器 (SDD) 和 Mini-X X 射线管获得的 SS316 不锈钢的 XRF。
图 13 使用 Super SDD 探测器和 Mini-X X 射线管获得的 RoHS/WEEE PVC 样品的光谱。
图 14 CaCl2(800 ppm Ca 和 1200 ppm Cl)的光谱。
图 15 原油中的硫(1100 ppm)及少量 KCl。
图 16 铂金 (Pt) 戒指的 XRF。
结构尺寸
图 17 尺寸:英寸 [毫米]。
紧固件
图18 X-123SDD 配有两种类型的紧固件:矩形和扁平。
图 19 X-123 扁平紧固件。
图20 X-123 矩形紧固件。
功能齐全的 XRF 系统
图 21 完整的 XRF 系统。X-123SDD 和 Mini-X 安装在平面 MP1 支架上。
实验性 XRF 系统包括:
- X-123SDD
- Mini-X - USB 控制 X 射线管
- XRF-FP — 定性分析软件
- MP1