热释电晶体光源用于X射线荧光分析及控制电子学研究.ppt

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1、热释电晶体光源用于X射线荧光分析及控制电子学研究中国科学院高能物理研究所高旻背景及意义（1）X射线荧光分析方法是一种元素种类和含量的检测方法，已经广泛的应用于各种空间物质及化学材料检测领域。CE-1卫星和CE-2卫星有效载荷X射线谱仪利用太阳发射的高能光子激发月表物质产生的特征X射线来检测月表矿物元素含量及相对丰度。2013年发射的CE-3巡视器搭载粒子激发X射线谱仪利用α粒子源激发进行X射线荧光分析。背景及意义（2）由于放射源强度受安全性限制，在空间探测中使用的放射源强度一般较小；同时放射源激发能量较小也制约了相应

2、的元素探测水平。普通X光管通过加热灯丝发出电子束，使用30kV左右高压加速电子轰击金属靶，从而产生X射线。这种类型的X光管使用较高高压并且需要很好的制冷，同时功率一般较大。这些因素限制了X光管在空间及地面便携式应用方面的发展。新型的热释电晶体X射线发生器的出现，将会使这种情况得到改善。背景及意义（3）背景及意义（4）热释电晶体以钽酸锂（LiTaO3），铌酸锂（LiNbO3）为代表，广泛的应用在红外线探测方面。近年来国际上逐渐开始关注这类晶体在X射线方面应用。其原理是利用这类晶体温度变化产生的强电场电离稀薄气体，并加速

3、电子轰击金属靶，从而激发靶原子产生特征X射线及韧致辐射。这种X射线能量可以高达200keV，同时X射线强度也可以受控调整。发射器装置仿照Cool-X设计模式，采用半导体封装工艺，使用的普通半导体封装壳为TO-8封装，并使用25微米薄Be片镀铜作为发射窗口，整个封装直径为14mm、高度5-7mm。晶体采用钽酸锂LiTaO3小型2级半导体制冷片作为加热制冷装置，使最高温差可以达到99度；同时在晶体侧面使用小型热敏电阻检测晶体温度变化。Cool-X温度变化曲线计数率曲线热释电晶体光源及控制电路热释电晶体光源及控制电路为了能

4、够满足低功耗的要求，选用低功耗的ARM器件，用C++语言编写控制程序使用PID算法对温度进行精确控制。能够通过计算机通过USB对加热器的温升速率进行控制。对成形电路输出的信号进行寻峰，再使用峰保电路进行峰值保持，使用ARM自带的ADC对峰保电路的输出信号进行采集，转换成数字信号后通过USB传输到计算机上。ARMSTM32F103VET6ARM32位的Cortex™-M3CPU存储器低功耗2个12位模数转换器，1us转换时间(16通道)调试模式串行线调试(SWD)和JTAG接口多达7个定时器多达9个通信接口多达2个I2

5、C接口(SMBus/PMBus)多达3个USART接口，支持ISO7816，LIN，IrDA接口和调制解调控制多达2个SPI同步串行接口(18兆位/秒)CAN接口(2.0B主动)USB2.0全速接口PID控制（1）PID（比例积分微分）英文全称为ProportionIntegrationDifferentiation。目前，PID控制及其控制器在工程的自动控制上已经得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器。PID控制（2）调节制冷器的温度，使得温度增加，使温度

6、达到某个固定值。如果开始离这个这目标温度远就快速加热（比例效果），到最后要使得温度误差小就微调（积分效果），最后准确的把温度调整到最佳（微分效果）。实际上温度是有一个惯性在那里，开始速度调节的时候温度不会突变，也不会一下子就达到稳定值，它慢慢增加直到稳定。PID控制（3）在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。对于温度系统：P（比例）20-60，I（积分）3-10，D（微分）0.5-3温度控制曲线计数率曲线谢谢