1 成都大学电子信息与电气工程学院, 四川 成都 610106
2 数学地质四川省重点实验室(成都理工大学), 四川 成都 610059
3 成都大学计算机学院, 四川 成都 610106
4 成都大学科研处, 四川 成都 610106
在低计数率背景下X射线谱的高精度测量受X射线流的统计涨落影响, 统计涨落决定了给定探测器能量分辨率的理论极限, 而其他因素的影响则可以通过适当的噪声滤除和电子技术来降低。 以往关于能量分辨率的研究大多利用谱反卷积对获取到的能谱进行后处理, 从而降低特征峰的半高宽(FWHM)。 这些后处理方法是基于将获取到的能谱建模为输入能谱和探测器响应函数这两个随机变量的函数, 往往计算量极大, 执行效率低。 针对上述问题, 提出一种多脉冲局部平均(MPLA)算法对X射线光谱数据处理平台进行优化, MPLA算法是一种在线实时处理的谱获取方法, 该方法在动态窗口内对脉冲幅度值进行了平均。 MPLA算法涉及两项可变参数, 一是平均窗口的大小r, 另一项参数则是每一次平均的脉冲幅度数量n。 该算法的执行流程包含以下几个步骤, 首先读取第一个脉冲幅度并定位一个平均窗口, 读取成功后更新当前平均窗口的脉冲幅度和脉冲个数; 第二步, 读取下一个脉冲幅度, 每次更新后即对平均窗口内的脉冲个数进行判断, 当其小于预设的参数n时继续执行第三步, 反之则执行第四步; 第三步, 继续读取下一个脉冲幅度; 第四步, 对相应平均窗口内的脉冲幅度进行平均, 得出的平均数即为需要更新计数的道址, 然后再对取平均值的窗口内脉冲幅度和脉冲个数进行清零。 本文在理论推导部分研究了应用MPLA过程时原始概率密度函数(PDF)的转换, 推导了应用MPLA后得到的概率密度函数的解析表达式, 证明了MPLA概率密度转换后具有以下特征: (1)对称分布, MPLA保留了均值和对称性。 (2)对于单峰对称分布, MPLA减少方差, 锐化分布峰。 在实验环节中, 以铁矿样品为测量对象, 将采用MPLA算法处理后的结果与传统的成谱方法得到的结果进行对比, 结果表明在具有正态分布PDF的频谱峰值的典型情况下, 即使仅对两个脉冲高度进行平均, 变换后峰的FWHM也变窄。
多脉冲局部平均 X射线光谱 半高宽 高性能硅漂移探测器 Multi-pulse local average X-ray spectroscopy FWHM FAST-SDD
成都大学信息科学与工程学院, 四川 成都 610106
针对采用数字慢三角成形算法的高性能硅漂移探测器在开关复位型前放中出现的突变脉冲以及该类脉冲在成形后因幅度受损造成的特征峰漂移问题, 提出了一种基于突变脉冲修复的特征峰漂移校正算法, 该算法包括以下几个流程, 首先将该电路输出的弱电流信号经CR微分电路进行转换得到负指数信号, 然后负指数信号经三级放大电路放大后的幅度范围为0~2 V, 该幅度范围保持在后端模数转换器的处理范围中, 对放大后的负指数信号进行模数转换得到数字化的负指数脉冲序列, 通过对上述负指数脉冲序列的采样点进行判断, 当出现连续多个为零的采样点时就标记该脉冲为突变脉冲, 最后对突变脉冲分别调用快校正和慢校正算法进行修复, 并将修复后的负指数脉冲序列分别进行数字梯形成形, 其成形结果存储到FIFO中进行多道成谱。 实验以自制的铁矿样品为测量对象, 将未进行校正的原始谱与采用不同校正方法得到的谱图进行对比, 校正后铁和锶特征峰的影子峰所在道址区间的计数相比于未校正的原始谱的计数率有了明显的降低, 与此同时, 铁和锶两个特征峰所在道址区间的计数相比于不校正则有了明显的提高。 由于特征峰计数率的漂移正是产生影子峰的根本原因, 因此同一种元素在影子峰区域计数率的减小值与在特征峰区域计数率的增加值在数值上应趋于一致, 实验结果中铁元素的影子峰和特征峰所在区间快校正和慢校正前后的计数率差值基本符合这一趋势, 但锶元素影子峰和特征峰所在区间的快校正前后计数率差值相差较大, 不符合影子峰计数减小值即为特征峰计数增加值的规律。 造成这种结果的根本原因在于快校正对突变脉冲的修复不完整, 而慢校正可以较好地实现所有采样点的修复, 最后得出的修复效率也表明对于同样的区间, 慢校正法得到的修复效率更高, 对特征峰漂移的校正效果更好。 结果表明特征峰漂移校正算法可以有效地消除特征峰前面的影子峰, 实现对特征峰漂移的校正, 这对获取精细X射线谱具有重要意义。
特征峰漂移 X射线光谱 脉冲修复 高性能硅漂移探测器 Characteristic peak drift X-ray spectroscopy Pulse repair FAST-SDD 光谱学与光谱分析
2020, 40(11): 3633
1 中国科学院上海应用物理研究所上海同步辐射光源, 上海 201204
2 东华大学理学院, 上海 201620
提出了一种软X射线荧光吸收谱测试方法。该方法克服了软X射线荧光产率低的问题,消除了荧光自吸收效应,采用部分荧光产额模式获得了材料的软X射线近边吸收结构。使用部分荧光产额模式对钙钛矿太阳能电池的埋藏元素、催化剂的低浓度元素,以及宽禁带半导体进行软X射线近边吸收谱研究。相比全电子产额模式,基于荧光产额模式的软X射线近边吸收结构在材料体相特性、不良导体和低浓度样品测试中更具优势。
X射线光学 荧光光谱 同步辐射 近边吸收结构 软X射线 硅漂移探测器
成都理工大学核技术学院, 四川 成都 610059
在高计数率背景下, 采用数字慢三角成形处理算法的高性能硅漂移探测器X荧光光谱全能峰受到伪峰严重干扰。 介绍了一种新型的剔除伪峰干扰的方法, 详细阐述了该方法中数字三角形成形、 信号甄别和伪峰判断等技术要点。 以55Fe核素和岩石样品为实验对象, 对比伪峰剔除前和剔除后得到的X荧光能谱, 结果证明该方法能够较好地消除谱线图中的伪峰。 因而, 在精细X荧光能谱分析时, 该方法能够提高能谱的峰背比和痕量元素的分析精确度。
精细X荧光 硅漂移探测器 伪峰剔除 信号甄别 Fine EDXRF High performance silicon drift detector False peak eliminating Signal screening 光谱学与光谱分析
2018, 38(11): 3593
1 中国科学院高能物理研究所, 粒子天体物理重点实验室, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
利用热释电晶体实现了一个X射线激发源, 并以此激发源和高能量分辨率的硅漂移探测器构建了一个X射线荧光分析谱仪。 首先通过分析计算热释电晶体厚度和靶厚度对产生X射线的影响选定了激发源的设计参数; 然后测量了激发源发射的X射线本底, 其能量范围在1～27 keV, 包含有Cu和Ta的特征X射线, 最大强度在每秒3 000个计数以上, 对本底的测量同时显示出谱仪的探测器部分对Cu的8.05 keV特征峰的分辨率达到210 eV, 具有很高的能量分辨率; 最后使用该谱仪测试了Fe, Ti和Cr等三种单质样品和高钛玄武岩样品, 测试结果表明该谱仪可以有效的分析出样品的元素成分。 由于这种X射线荧光分析谱仪的各组成部分体积都很小, 进一步便携化后非常适合于非破坏、 现场和快速的元素分析场合。
热释电 硅漂移探测器 X射线荧光分析 Pyroelectric Silicon drift detector X-ray fluorescence analysis
