Система детектирования Si-PIN X-123
Без использования жидкого азота!
Рис. 1.
Включает в себя:
- Гамма-детектор и предусилитель
- Цифровой импульсный процессор и MCA
- 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:
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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.
