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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

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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。


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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。

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图3 X-123SDD的框图和连接图。

X-123SDD的特点

一般的

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。

电气噪声水平

73 eV(半峰宽度)

信噪比

20,000:1(计数比从 5.9 keV 到 1 keV)

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。

最大计数速度

取决于高峰时间。建议参数如下表所示:

峰值时间 DP5 (µs) 9.6 4.8 2.4 0.8

形成时间 (µs)

4.4 2.2 1.0 0.4
建议最大速度 4.9× 104 1.0× 105 1.9× 105 5.6× 105
典型分辨率(5.9 keV 时 eV FWHM) 130 135 140 155

探测器和前置放大器

探测器类型

硅漂移探测器 (SDD)

探测器面积

25 mm2(准直器面积 17 mm2)

探测器厚度

500 微米

窗户厚度Be

0.5 密耳 (12.5 微米)

准直器

多层

热电冷却

2 级(ΔTmax=85°)

前置放大器类型

电荷敏感,由 Amptek 制造。

前置放大器转换率

1 mV/keV(典型值)

数字脉冲处理器 (DPP)

获得

粗调和细调增益组合提供从 0.84 到 127.5 的连续增益

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

细微增强

软件可选择 0.75 至 1.25,分辨率为 10 位。

全尺寸

X1 增益下 1000 mV 输入脉冲

稳定

<20 ppm/°C(典型值)

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)

ADC 时钟频率

20 至 80 MHz

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。

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。

恢复

非对称,16 个软件可选卷积率。

双脉冲分辨率时间

120纳秒

死区时间

1.05 峰值时间。无转换时间。

最大计数速度

4x106-1

死区时间调整

手动调节。精度高达1%。

脉冲选择选项

重叠拒绝、按上升时间排序、直通

多通道分析仪 (MCA)

通道数

软件可选:8,000;4,000;2,000;1,000;500;或 250 个通道

每通道字节数

3 字节(24 位) - 16.7x 106 个信号

营业时间

从 10 毫秒到 466 天

数据传输时间

12 毫秒 (USB) 或 280 毫秒 (RS-232) 内 1,000 个通道

转换时间

丢失的

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

MCS 时间基准

从 10 毫秒/通道到 300 秒/通道

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。

辅助 I/O 通道

单通道分析仪 (SCA)

8 声学控制协会

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。

数字输入

两个独立输入,可通过软件选择

MCA_GATE,外部计数器

输入/输出

两条用于用户应用的公共 I/O 线

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。

连接器

USB

USB 2.0(12 Mbps)

串行

标准RS232

以太网

10base-T

营养

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。

输入电压范围

4 V 至 5.5 V(电流为 0.4 - 0.7 A)

过渡进程的开始

2 A,持续时间 <100 µs

高压

内部乘法器,软件控制,-95 至 -1500V

冷却电源

反馈控制器 ΔTmax = 85 °C

外形尺寸

方面

7 x 10 x 2.5 厘米,不包括延长部分

延伸长度

3.8 厘米

重量

180 克

一般的

工作温度

从 -20 %C 至 +50 %C

保证

1 年

平均服务时间

5 - 10 年,取决于使用情况

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)

一致

符合 RoHS 规定

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

连接器

USB

标准 USB Mini 连接器。(X-123SDD 不支持 USB 供电。)

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)

以太网

标准以太网连接器 (RJ-45)

营养

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,底行偶数触点。右上触点 = 1,右下触点 = 2。

别针 # 姓名 别针 # 姓名
1 SCA1 2 SCA2
3 血清白蛋白3 4 SCA4
5 SCA5 6 SCA6
7 SCA7 8 SCA8
9 辅助输入1 10 辅助输出1
11 辅助输入2 12 辅助输出_2
十三 IO2 14 IO3
15 地线 16 地线

软件界面

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。

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。

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

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图4 扩展版本的X-123SDD。

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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

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图 6 硅漂移探测器(SDD)的分辨率与峰值时间的关系图。

参数

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。

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图 8 不同峰值时间的分辨率与计数率的关系。

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图 9 使用硅漂移探测器 (SDD) 获得的 400 万次测量的 55Fe 光谱。

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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。

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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

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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。

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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。

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图 14 CaCl2(800 ppm Ca 和 1200 ppm Cl)的光谱。

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图 15 原油中的硫(1100 ppm)及少量 KCl。

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图 16 铂金 (Pt) 戒指的 XRF。

结构尺寸

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图 17 尺寸:英寸 [毫米]。

紧固件

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图18 X-123SDD 配有两种类型的紧固件:矩形和扁平。

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图 19 X-123 扁平紧固件。

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图20 X-123 矩形紧固件。

功能齐全的 XRF 系统

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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
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