Статьи

Система детектирования Si-PIN X-123

Автор
Оцените материал
(1 Голосовать)

X-123 – готовое решение для детектирования гамма-потоков в одном компактном корпусе, который помещается в руке

Без использования жидкого азота!

Рис. 1.

Включает в себя:

    1. Гамма-детектор и предусилитель
    2. Цифровой импульсный процессор и MCA
    3. Источник питания и софт, совместимый с ПК

Достоинства

    • Компактность системы
    • Простота в использовании
    • Маленький размер (7 x 10 x 2.5 см)
    • Низкое энергопотребление (2.5 Вт)
    • Легкий вес (180 г)
    • USB и RS232 соединения
    • Совместим с другими типами детектора

Применение

    • РФА
    • RoHS/WEE соответствие приборостроения
    • Контроль технологических процессов
    • Искусство и археология

Детектор

    • Si-PIN детектор для гамма-частиц
    • 2-х ступенчатый термоэлектрический охладитель
    • Площадь: 6 to 25 мм2
    • Толщина: 300 и 500 мкм
    • Многоканальный коллиматор

 

Общие характеристики

    • Разрешение: 145 to 260 эВ FWHM at 5.9 эВ
    • Оптимальный энергетический диапазон: 1 кэВ to 40 кэВ
    • Максимальная скорость счета: до 2 x 105 событий в секунду

*Конкретное исполнение зависит от конфигурации, которая наиболее применена в данной задаче.

 

Рис. 3. Спектр 55Fe полученный с помощью детектора 6 мм2/500 мкм.

 

X-123 –  результат 14-ти летнего развития гамма-детекторов в Amptek. Философией компании всегда было производство компактных, с низким потреблением и высококлассных по характеристикам детекторов, с которыми легко работать. X-123 – пример этой философии и представляет собой совмещение в одном корпусе детектора XR100CR и зарядочувствительного предусилителя; цифровой процессор импульсов DP5, многоканальный анализатор (MCA), софт и источник питания PC5. Все, что нужно, это +5 В входного напряжения и USB или RS232 соединение с компьютером.

Описание

Специализация Amptek – гамма-спеткрометры, которые имеют небольшой размер, с низким потреблением энергии и просты в использовании. Х123 сочетает в одном корпусе стандарты Amptek’а и компоненты с высокими характеристиками:  детектор XR100CR и предусилитель, импульсный цифровой процессор DP5 и MCA, и источник питания PC5. В результате Вы получаете полную интегрированную систему, которая может поместиться в Вашей руке. Во многих доступных системах один предусилитель имеет большие размеры, массу и значение потребляемой мощности, чем вся система детектирования X-123. Она требует только 2 соединений для запуска: +5 В и стандартный RS-232 или USB разъемы.

Детектор имеет Si-PIN фотодиод: гамма-частицы взаимодействуют в кремнии и создают в среднем одну электрон-дырочную  пару, на каждую из которых приходятся потери энергии 3.62 эВ, которая является входным сигналом.

Детектор смонтирован на термоэлектрическом охладителе на основании с входным полевым транзистором и соединен с зарядочувствительным предусилителем. Термоэлектрический охладитель уменьшает шумы электроники в детекторе и предусилителе, но охлаждение остается открытым и понятным пользователю: оно работает как обычная система кондиционирования. Зарядо-чувствительный предусилитель использует классическую обратную связь, происходит сброс импульса в начальное положение через высокое напряжение на детектор.

Импульсный процессор DP5 это цифровой процессор, который заменяет и усилитель импульса и многоканальный анализатор (MCA) имеющийся в большинстве аналогичных систем. Использование цифровых технологий улучшает следующие ключевые параметры:

 

1) лучшие характеристики, лучше разрешение и выше скорость счета; 

2) отличная гибкость в конфигурировании опций;

3) улучшенная стабильность.  DP5 оцифровывает выходной сигнал от предусилителя, применяя цифровую обработку в реального времени в сигнал, детектирует амплитуду пика и (цифровую) и собирает эти значения в гистограммы памяти, генерируя энергетический спектр. Спектр затем передается на верхний уровень – на ПК пользователя.

 DP5 имеет 6 основных функциональных блоков для применения следующих функций:

 

1) аналоговый входной фильтр; 

2) ADC; 

3) формирователь электронных сигналов; 

4) логика отбора импульсов; 

5) гистрограмма; 

6) соединительные провода (которые включает в себя микроконтроллер) и софт.

 

Источник питания один - PC5. Входное напряжение приблизительно +5 В, ток 200 мА. PC5 использует переключатели для выработки всего низкого напряжения, необходимого для цифрового процессора и предусилителя. Он также включает высокое напряжение для выработки напряжения смещения до 400 В и обеспечивает питанием термоэлектрический охладитель, который обеспечивает замкнутый контур обратной связи с максимальной диапазоном температуры в 85 С. Оба эти компонента подгоняются при производстве для каждого детектора.

Вся система смонтирована в алюминиевом корпусе размером 7 x 10 x 2.5 см3. Это стандартная конфигурация, в которой требуется всего два соединения: +5 В и соединение с ПК по протоколам  USB или RS232. DP5 поддерживает несколько дополнительных входов и выходов, если X123 интегрируется с другим оборудованием. Это включает в себя цепь многоканального анализатора и селективную память сигналов, регулирование по времени и одноканальный анализатор.

Рис. 4. Архитектура X-123 и диаграмма подключения.

 

Характеристики X-123

 

Общие
Энергетическое разрешение от 145 до 260 eV пика на полувысоте. Зависит от детектора, времени пика и температуры.
Диапазоне энергий Эффективность >25% для гамма-частиц с энергиями от 1.5 до 25 keV. Возможно использование вне этого интервала, но с меньшей эффективностью.
Максимальная скорость счета

Зависит от времени пика. Рекомендуемые максимумы при 50% от мертвого времени с режекцией наложения импульсов представлены ниже:

DP5 времня пика (мкс) 2,4 6,4 25,6
Формирование времени (мкс) 1,0 2,9 11,6
Рекомендуемая максимальная скорость 1,2 · 10 5 4,6 х 10 4 1,2 х 10 4
Детектор и предусилитель
Тип детектора Si-PIN (также доступный с SDD или CdTe)
Площадь чувствительной поверхности детектора 6 мм 2 до 25 мм 2
Толщина детектора 500 мкм, см. кривые эффективности
Толщина бериллиевого окна 1 мил (25 мкм), или на 0,5 млн. (12,5 мкм), см. кривые переноса
Коллиматор Многослойный
Термоэлектрический охладитель 2-ступенчатый
Предусилитель Оригинальное производство Amptek со сбросом высокого напряжения
Импульсный процессор
Диапазон Комбинация грубой и тонкой регулировки цепи плавно регулируемой от 0.84 to 127.5.
Грубое усиление Програмно-выбираемое от 1.12 до 102 в 16 логических шагов. 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
Изобразительное усиления Програмно-выбираемый, от 0.75 до 1.25, 10 с разрешение 10 бит.
Полный масштаб 1000 мВ Входной импульс @ X1 усиления
Стабильность <20 ррм / ° C (типовой)
Форма импульса Трапециевидная
Пиковый время 24 программно пика раз от 0,8 до 102 мкс, соответствующий полу-гауссовское формирование раза 0,4 до 45 мкс.
Мертвое время Общее время простоя составляет 1,05х времени пика. Нет времени преобразования.
Быстрый пар импульсный канал Разрешение время 120 нс
MCA
Количество каналов Програмно-выбираемые: 8k, 4k, 2k, 1k, 0.5k или 0.25k каналов
Представление Время, общий счет, счет на канал
Связь
USB 2.0 Full Speed (12 Mbps)
Последовательный порт Стандартный RS232 или на 115.2k 57.6k
Ethernet 10Base-T
Питание
Номинальное входное +5 В постоянного тока в 500 мА (2,5 Вт) (типовое). Текущий сильно зависит от детектора ΔT. Диапазон от 300 до 800 мА при 5 В постоянного тока. Адаптер переменного тока при условии.
Диапазон входного сигнала 4 В до 6 В (от 300 до 200 мА, 500 мА)
Высокого напряжения Внутренний умножитель, регулируемый до 400 В
Питания охлаждения Контроллер с обратной связью с Delta_T макс = 85 ° C
Общие
Рабочая температура -20 ° C до +50 ° C
Гарантийный срок 1 год
Срок службы устройства От 5 до 10 лет, в зависимости от использования
Хранение и транспортировка Длительное хранение: 10 + лет в сухой среде
Типичные Хранение и транспортировка: -20 ° C до +50 ° C, от 10 до 90% влажности без конденсации
Соответствие Соответствует RoHS
  Сертификация TUV
Свидетельство №: 72101153 CU 01
Протестировано на: UL 61010-1: 2009 R10.08
CAN/CSA-C22.2 61010-1-04 + Gi1
Разъемы
USB Стандартный разъем USB Mini
RS232 Стандартный 2,5-мм разъем для наушников.
Tip Transmit Для получения ПК DB9 контактный 2 (на DB25 вывод 3)
Ring Receive Для ПК передачи DB9 контакт 3 (на DB25 контакт 2)
Sleeve Земля Для ПК Земля DB9 выводе 5 (на DB25 контакт 7)
Ethernet Стандартный разъем Ethernet (RJ-45)
Пиание Hirose MQ172-3PA (55), Спаривание вилки: MQ172-3SA-CV
Вспомогательный

2x8 16-контактный 2 мм (Samtec номер ASP-135096-01). Состыковывается с (Samtec P / N TCMD-08-S-XX.XX-01. Верхний ряд нечетных контактов, нижний ряд пиновый. Вверху справа контакт = 1, правый нижний контакт = 2.

Контакт # Имя Контакт # Имя
1 СЦА1 2 SCA2
3 SCA3 4 SCA4
5 SCA5 6 SCA6
7 SCA7 8 SCA8
9 AUX_IN_1 10 AUX_OUT_1
11 AUX_IN_2 12 AUX_OUT_2
13 IO2 14 IO3
15 GND 16 GND
Интерфейс программного обеспечения

 

ADMCA

X-123 можно управлять с помощью дисплея Amptek ADMCA и специального программного обеспечения. Эта программа полностью контролирует и настраивает X-123, получает и отображает эти данные. Он поддерживает ROI, калибровку, поиск пика, и т.д. Программное обеспечение ADMCA включает в себя интерфейс для РФА-анализа и пакет программного обеспечения. Работает под Windows 98SE или выше (только 32-разрядная система) на PC совместимых компьютеров. Windows XP PRO SP2 или более поздней версии.

DPP API X-123 поставляется с интерфейсом прикладного программирования (API) в виде DLL-библиотеки. Пользователь может использовать эту библиотеку, чтобы легко написать собственный код для управления X-123 для пользовательских приложений или для сопряжения его с более крупной системы. Примеры приведены в VB, VC + + и т.д. о том, как использовать API. Window CE / Pocket PC версии также предусмотрена.
VB Демонстрация программного обеспечения Программное обеспечение VB демонстрационных пробегов на персональном компьютере и позволяет пользователю настроить X-123 для запуска и остановки сбора данных, и для сохранения файлов с данными. Он поставляется с исходным кодом и может быть изменен пользователем. Это программное обеспечение предназначено продемонстрировать как вручную управлять X-123 или через USB или RS-232 интерфейс, используя основные вызовы, не DPP API. Это в первую очередь необходимо при написании программного обеспечения для не-Windows платформах.

 

Опции

    • Другая толщина бериллиевого окна (0.3мм - 7.5 мкм).
    • Набор коллиматоров для больших потоков.
    • Вакуумное исполнение
    • В качестве компонент при производстве электронных систем

Рис. 5. Варианты исполнения детектора X-123.

Рис. 6. X-123 с предусилителем PA-230 в корпусе. Эта опция схожа с самим детектором X-123  за исключением того, что детектор/предусилитель вынесены из корпуса с электроникой и соединены с ним по гибкому проводу.

Рис. 7. Зависимость разрешения от Времени формирования/Времени пика для Si-PIN и SDD детектора.

Рис. 8. Зависимость разрешения от скорости счета для различных времен пика.

 

 

Рис. 9. Зависимость входной скорости счета от выходной.

 

Использование коллиматора

Все Si-PIN детекторы оснащены встроенными коллиматорами для улучшения спектральной чувствительности. Гамма-частицы взаимодействуют около границы активного объема детектора и могут давать небольшие импульсы благодаря частичному сбору заряда. Эти импульсы результируются в спектр, который, в некоторых случаях, размывает полезный сигнал. Встроенный коллиматор ограничивает поток гамма-частиц в активном объеме, где возникает «чистый» сигнал. В зависимости от типа детектора, коллиматоры могут:

    • улучшать соотношение сигнал/шум
    • уменьшать граничный эффект
    • устранять ложные пики

Вакуумное исполнение

X-123CR могут работать как на воздухе, так и  в вакууме при давлении до 10-8 Торр. Есть два варианта работы X-123CR в вакууме: 1) Весь детектор X-123CR и предусилитель могут быть размещены внутри камеры. Для того, чтобы избежать перегрева и рассеивать 1 Вт мощности, необходимой для работы X-123CR, должна быть обеспечена хорошая теплопроводность к стенкам камеры с помощью четырех отверстий для крепления. 2) X-123CR может быть расположены вне вакуумной камеры, для обнаружения рентгеновских лучей в камере используется стандартный порт ConFlat.

 

Кривые эффективности

Рис. 10 (линейный). Показывает истинную эффективность регистрации полной энергии  для детектора XR-100CR. Эта эффективность соответствует возможности, что гамма-частицы будут проникать через детектор и терять всю энергию внутри детектора в результате фотоэффекта.

Рис. 11 (логарифм.). Показывает вероятность взаимодействия при прохождении фотона от вероятности фотоэлектрического взаимодействия в результате которого общая энергия уменьшится. Показано, что фотоэффект преобладает при низких энергиях, но при энергиях выше 40 кэВ преобладает эффект Комптона, когда фотоны теряют почти всю энергию в детекторе.

 

 

Применение X-123: соответствие RoHS/WEEE

Директивы RoHS / WEEE [Правила ограничения содержания вредных веществ / Директива ЕС об отходах электрического и электронного оборудования] требуют, чтобы электронная индустрия сертифицировала свою продукцию в соответствии с максимальной степенью объединения входящих в ее состав компонент. X123 может быть использован для контроля соответствия требованиям RoHS / WEEE как части программы качества, такой как XRF. Это позволяет пользователям измерять концентрацию отдельных элементов быстро, точно и без разрушения образца. Компании могут контролировать соответствие поставщиков и демонстрировать их собственное соответствие. X123 обеспечивает OEM и конечный пользователь с мощным гамма-спектрометром в удобном, маленьком, легком в использовании инструментом может быть быстро применим для минимизации времени на рынке. Никаких дополнительных инженерных требований на спектрометр и все компоненты могут быть произведены внутренне. Все, что нужно – это питание +5В и соединение по USB или RS232с ПК.

X-123 не жертвует характеристиками в угоду размерам. Разрешение 5.9 keV по пику of 55Fe составляет от 145 eV FWHM до 260 eV FWHM в зависимости от типа детектора и времени сбора. Поэтому X-123 – это готовая к использованию система, это превосходный выбор для быстрого анализа продукции и обеспечивает OEM с быстрым выходом на рынок.

Рис. 12. RoHS/WEEE примеры спектра.

 

X-123 Примеры результатов измерений Si-PIN детектора

Рис. 13. РФА-анализ многоэлементного образца от 109Cd.

Рис. 14. РФА-анализ от Pb до 109Cd.

Рис. 15. РФА-анализ нескольких элементов на базе ПК от 109Cd.

Рис. 16. РФА-анализ различных элементов от 109Cd.

Конструкция. Размеры

 

Рис. 17.

 

Присоединение

Рис. 18. X-123 с монтажной платой и угловым креплением.

Рис. 19. Монтажная плита для X-123.

 

Рис. 20. Угловой крепеж для X-123.

 

Полная система для РФА-анализа

Рис. 21. Полная система для РФА-анализа.

 

Общая РФА система включает в себя:

    • X-123 гамма-спектрометр;
    • Mini-X USB контроллер рентгеновской трубки;
    • XRF-FP Софт для количественного анализа;
    • MP1 XRF монтажная плита.

 

Прочитано 1114 раз

Оставить комментарий

Убедитесь, что Вы ввели всю требуемую информацию, в поля, помеченные звёздочкой (*). HTML код не допустим.

О нас

ООО "Техноаналитприбор" - научно-производственная компания, специализирующаяся на внедрении и сопровождении оборудования для определения элементного состава руды на потоке для горнообогатительных предприятий.