[发明专利]检测器信号处理电路

说明书

本发明涉及一种检测器信号处理电路。公开了用于对连同X射线检测器一起使用的电子放大和数字化系统的增益进行自动校准的电路。该校准基于以下操作：将预定脉冲注入电子系统，并且基于未放大的且使用高精度的参考用ADC进行数字化后的、这些脉冲的振幅的数字值以及相同脉冲的数字值来得出校准比。将所有的ADC以及用于控制脉冲发生器振幅的DAC称为单个共用参考电压。利用针对相同电路的替代实施例公开了针对增益的非线性的校准。

技术领域

本发明涉及用于检测X射线并生成相应的响应电子信号的X射线分析器，并且更特别地涉及通过使用脉冲发生器来提高X射线谱的能量标度的稳定性和精度的改进的信号处理电路。

背景技术

诸如X射线荧光(XRF)或X射线衍射(XRD)仪器等的X射线分析器通常包括X射线源、X射线检测器和关联的电子器件。X射线检测器通常是能量色散的，其中各入射X射线产生电荷与该X射线的能量成比例的电子信号。检测器电子器件被设计成放大各信号，使得该信号变得足够大以准确地测量与X射线能量相对应的电荷。随后对放大后的信号进行数字化并且使用数字值来构造X射线谱。假设整个电子放大和数字化系统的增益保持恒定，则放大后的脉冲的数字值与关联的X射线的能量成比例，并且通过适当校准，可以确定X射线能量。在得知各X射线的能量的情况下，可以将由于多个X射线冲击检测器而产生的信号转换成谱，其中该谱是X射线能量相对于所接收到的具有该能量的X射线的数量的标绘图。这种谱在与被测样本内的元素的特征X射线能量相对应的能量处呈现峰。这些峰的位置、大小和宽度是使得能够识别样本内的元素并且确定这些元素的浓度的关键参数。

为了确保测试结果准确且可重复，避免来自检测器的信号的电子漂移是重要的。信号漂移导致在不同的测量时间向相同能量的X射线分配谱中的不同能量。信号漂移可能会导致元素的误识别以及/或者这些元素的浓度的测量误差。

电子放大和数字化系统的增益的漂移是信号漂移的主要来源。该漂移可能是由于电子系统的组件中的任意组件的不稳定性所引起的。例如，众所周知，电子组件的特性对温度敏感，并且该温度敏感性对于在长时间测量或一系列测量的过程中温度可能从冷启动起显著上升的紧凑型手持式XRF仪器而言特别重要。温度变化导致可变的电子增益，该可变的电子增益引起所测量到的X射线谱的能量标度的漂移。能量标度漂移包括单次测量期间的漂移、同一仪器上的不同测量之间的能量标度的漂移、以及在不同仪器上进行的相同或相似样本的不一致测量。

针对现有实践中能量标度漂移的问题的一个解决方案是进行频繁的手动校准。可以通过使用从放射源发出的X射线或者使用从已知的靶材料发出的次级X射线使X射线检测器暴露至已知能量的X射线，来实现能量标度校准。在来自现有实践的一个示例中，使用来自含Fe和Mo这两个元素的不锈钢样本的Fe和Mo特征X射线来每隔几个小时重新校准能量标度。然而，与现有实践中所使用的校准方法无关地，必须中断X射线仪器的有用操作，这是不方便的，并且因此该校准方法经常被操作者忽略。在手持式仪器的情况下，必须经常手动将该仪器插入包含已知靶材料的对接坞。将来自该靶的X射线峰的已知能量与所测量到的能量进行比较，从而校准增益。由于频繁的手动校准不方便，因此连续校准之间的时间可能为数小时，其中在这段时间期间，可能发生显著的温度变化和由此发生的能量漂移，这导致XRF测量精度劣化。

因此，在现有实践中需要对测量装置的正常操作造成最少中断或者不造成中断的自动且快速的校准方法。该校准方法应当是可编程的，以在各测量之后发生或者在所有测量的过程中连续地发生。另外，该校准方法会涉及整个电子放大和数字化系统。