[实用新型]一种软X射线吸收谱的测量系统

说明书

本实用新型提供一种软X射线吸收谱的测量系统，包括位于同一光轴上的平面光栅单色器、金网和待测样品，以及与所述平面光栅单色器、金网和待测样品均相连的EPICS系统，所述EPICS系统包括通过以太网相连的操作员电脑和输入/输出控制机，所述输入/输出控制机包括VME总线以及通过该VME总线相连的SIS3820计数器和数据管理模块，并通过所述数据管理模块与所述以太网相连。本实用新型采用EPICS系统与SIS3820计数器相结合，EPICS系统对其不同版本和不同编程语言的兼容性好，减少了不同软件接口时间不匹配的问题，大大增加了数据的实时性和可靠性，易于后期维护和升级。

技术领域

本实用新型属于同步辐射领域，具体涉及一种软X射线吸收谱的测量系统。

背景技术

软X射线吸收谱是通过调节X射线能量，在目标元素原子束缚电子的激发能量范围内扫描得到的谱线。X射线吸收谱分析法测量透过样品的X射线强度随波长的变化，根据所揭示的吸收限的波长，即可鉴定样品中所存在的元素。再通过测定各吸收限上所出现的吸收强度的变化，还可进行定量分析。该方法是基于同步辐射的各种表征手段中，应用最广泛方法之一。

随着同步辐射光源的出现，X射线吸收谱学方法(XAFS)得到了前所未有的发展，在物质结构表征(包括原子结构及电子结构等)、理化性能解释 (比如单原子催化剂位点研究、In-situ/operand测试等)都发挥着越来越重要的作用，前沿研究中都经常看见其身影。一直以来，可以说XAFS都是基于同步辐射的各种表征手段中同步辐射技术中应用范围最广泛的技术之一。

目前，在大陆布局的同步辐射光源装置主要有北京同步辐射装置 (BSRF，第一代光源)、中国科学技术大学里的合肥国家同步辐射国家实验室(NSRL，第二代光源)、以及上海光源(SSRF，第三代光源)，对国内众多基础科学的研究发挥了重要支撑作用，它们的多年来的在软X射线吸收谱方法学的不断努力和发展为前沿基础科学、高技术研究提供了不可或缺的手段。其中，上海同步辐射装置(SSRF)是我国目前唯一的一台第三代同步辐射光源，目前，BL08U线站是上海光源中唯一的可以做软X射线吸收谱的光束线站，线站具有能量可调、光通量高、能量分辨率高和X光偏振态可调等优点。

如今，国内主流的采集系统采用了全电子产额(TEY)的方式来得到软X射线的吸收谱。该模式通过探测从样品中逸出的电子而得到吸收信息，并将其除以金网产生的正比于入射光强的电流，来消除不同光子能量光通量的差异。常规的TEY将电流信号或电压信号在进行弱信号放大后，直接被模数转换器(ADC)采集，并由于Labview以图形化编辑语言编写程序帮助工程师和科学家更直观的开发、维护和理解程序，从而大部分软X射线吸收谱的采集系统都直接用Labview作为开发环境。例如，合肥光源的软X射线吸收谱测量系统基于Labview开发系统采用两台静电计(6517A，Keithley,USA)，来监测样品电流和入射光强；北京光源BSRF-3B3线站采用了类似的方式，把样品用导电胶带固定于铝样品盘上，直接测样品漏电流，用弱电流计(6517，Keithley, USA)采集电流数据并读出，开发了基于Labview的软X射线吸收谱测量系统。这种直接把模拟信号转化为数字信号的方式，信号在长距离传输会有很大噪声，相对精度较低，容易受外界干扰，存在热漂移等问题。

由于国际上同步辐射技术起步较早，为解决吸收谱测量过程中的噪声问题发展出了种类繁多的相关技术。例如使用放大器对传入的电流模拟信号进行低通滤波，然后将其转换成数字信号，后面加入了使用FPGA对数字信号进行滤波，最后通过Labview开发的数据采集软件进行读入。

SIS3820计数器(即SIS3820多通道计数板卡)是目前国际上比较先进的现有技术，它是一个板卡型计数设备，它依赖于VME机箱并通过VME机箱的 VME总线与机箱中的CPU板卡通协作而进行工作。SIS3820计数器是一个多用途、多通道、高频率计数器，它在前端电路中结合了前沿的FPGA(可编程门阵列)技术，将灵活、高速这一理念融入到多通道计数器中，使得获取的数据达到了前所未有的读出速度。SIS3820的主要特点为：