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1、第17卷 第4期福建师范大学学报(自然科学版)Vol117No142001年12月JournalofFujianTeachersUniversity(NaturalScience)Dec12001文章编号:100025277(2001)0420044204aX荧光水泥组分在线分析仪的设计吴允平(福建师范大学物理系,福建福州 350007) 摘要:讨论了X荧光水泥组分在线分析仪的设计与实现,并给出部分硬件电路.仪器采用X光管作为激发源,设计的多道脉冲幅度分析器能够自适应信号脉宽的变化,具有能量线
2、性好、分辨率高等特点.关键词:X光管;能量色散X荧光;多道脉冲幅度分析器中图分类号:TH83813 文献标识码:Aaa自1895年伦琴发现X射线以来,经过许多科学工作者的努力,对X射线的研究和应用已经达到了很高水平.如今,作为研究和应用成果之一的能量色散X荧光分析技术,已经成为一种重要的分析手段.与其它分析方法相比,能量色散X荧光分析技术因其测量时间快,可工作现场取样、无损、多种[1]元素测量等优点,在科学研究、生产实践等领域中得到广泛应用,取得了巨大的社会和经济效益.在水泥生产中采用能量色
3、散X荧光分析技术,可以缩短对水泥熟料成份分析过程中取样——缩分——烘干——碾磨——分析等环节的滞留时间,加强对生产过程的快速监控,提高效益.[1]一种水泥自动化生产线的结构如图1所示:图1 水泥自动化生产线流程图因此,能够动态、实时地监测水泥熟料组份配比的现场、快速、多元素分析技术,是水泥生产线成套装备综合智能自动控制系统的一个关键部分.1 系统原理能量色散X荧光分析仪如图2.主要由高压电源、Si-PIN半导体探测器、放大器、多道脉冲峰值幅度分析器等构成.图2 能量色散X荧光分析仪组成a收稿日期
4、:2001-06-15a基金项目:河北省科委资助项目(99213303D)a作者简介:吴允平(1971— ),男,福建连江人,工学博士. 第4期 吴允平:X荧光水泥组分在线分析仪的设计45其工作过程是:高压电源产生的高压加到X光管上,激发其产生能量较高的X射线,该射线作为射线源,可以透射出X光管,照射被分析样品,激发样品中的多种元素产生各自的特征X射线;半导体探测器进行X射线的收集工作,并将不同能量的X射线转换为不同电压峰值幅度的脉冲信号,送到多道脉冲峰值幅度分析器,由分析器
5、依据信号的峰值幅度进行甄别、分类工作;最后,由软件系统对一段时间内的分类结果进行分析、处理等,根据建立的工作曲线,可以获得被测样品中的元素种类及其含量.一般来说,主要以5种元素的成份含量来衡量水泥的质量,这5种元素分别是:Mg、Al、Si、Ca、Fe,只要知道其在熟料中的具体含量,就可以反馈调整生料的配比,控制水泥质量.其中,Mg(11253keV)和Al(11486keV)的KA系特征X射线能量很低,极易被空气或探测器Be窗等吸收,而无法被探测.为此,在图2所示的能量色散X荧光分析仪基础上,采
6、用真空靶室设计思路,设计的X荧光水泥组份分析仪如图3. 在图3的系统中,被分析样品放在样品托盘上,真空泵在多道脉冲幅度分析器的控制下,从靶室中排除空气,提供真空环境;真空计指示当时靶室中的真空度.转样控制驱动器则提供了一次可进行多份样品的测量工作条件.2 电路设计图3 能量色散现场X荧光仪结构框图限于篇幅,本文主要探讨多道脉冲幅度分析器中有关控制电路的设计与实现.211 多道脉冲幅度分析器原理多道脉冲幅度分析器的分析对象是信号的峰值幅度,分析器原理框图如图4.图中信号甄别电路提供信号的上升沿、
7、信号峰值时刻等信息;采样保持电路依据甄别电路的结果,在协调电路的辅助下,采样并保存信 图4 多道脉冲幅度分析器原理图[2]号的峰值幅度,供后续电路进行AöD转换.在实际应用中,选用12位AD1674作为AöD转换器件.212 电路分析多道脉冲幅度分析器具体控制电路如图5所示.图中两个跟随器G1、G2的作用在于阻抗变换,保证信号能够不失真地输入到后级电路;输入的脉冲信号通过二极管图5 多道脉冲峰值幅度分析器之控制电路原理图D1对电容C1充46福建师范大学学报(自然科学版)2001年 电,理
8、想情况下,电容C1在信号的上升沿阶段可以迅速跟随输入信号的变化,达到其峰值;由于二极管单向导电特性,该单元电路将保持输入信号的峰值,保持的宽度取决于开关S1:B导通与截止的时间宽度.比较器U1:A、U1:B,D触发器,与门,与非门等组成甄别电路,提供被分析信号的状态信息如上升阶段、峰值时刻和下降阶段等.U1:A是信号起始判断比较器,其反向端接入一参考电压015V(由精密信号源产生),正相端接输入信号;U1:B是信号峰值通过判断比较器,反向端接采样保持电容C1,正相端接输入信号.图5中A、B、C以
