圖 1。 圖 2。

 

圖 3. 6mm2/500μm（探測器有效面積/厚度）的探測器得到的 55Fe 能譜。

 

包含：
1. X 射線探頭和前置放大器（前放）；
2. 數字脈沖處理器和多道分析器；
3. 電源和 PC 接口。

 

產品特性：
1. 緊湊的一體化設計；
2. 易操作；
3. 體積?。?.7 x 3.9 x 1 英寸，7 x 10 x 2.5 厘米）；
4. 低功耗（2.5W）；
5. 重量輕（180 克，6.3 盎司）；
6. USB 和 RS232 通訊支持；
7. 可封裝全系列的 AMPTEK 探測器。

 

應用范圍：
1. X 射線熒光譜儀；
2. 執行 RoHS/WEEE 標準檢測的儀器；
3. 流程控制；
4. 藝術和考古；
5. X-123 產品演示。

 

探測器：
1. Si-Pin 半導體 X 射線探頭；
2. 兩級熱電制冷；
3. 面積：6-25mm2；
4. 厚度：300-500μm；
5. 多層準直器。

 

典型性能參數：
1. 分辨率：在 5.9keV 能量出的半高全寬為 145 到 230eV；
2. 適用能量范圍：1-40keV；
3. 最大計數率：可達每秒兩百萬計數。
4. 實際的性能參數取決于不同的探測器和配置，可以為不同應用進行優化。

 

 

X-123 是代表 Amptek 公司 14 年 X 射線探測器技術發展的集大成產品。我公司一直致力 于生產小型、低功率、高性能、易操作的儀器，而 X-123 是該宗旨的集中體現——X-123 包含有 XR100-CR 型 X 射線探測器及其電荷靈敏前放，帶脈沖整形功能的數字脈沖處理器 DP5，多道分析器和數據接口以及 PC5 供電電源。用戶僅需提供+5V 直流輸入和 USB/RS232 線纜和您的計算機通訊。

 

X-123 產品介紹：

Amptek 公司專注于生產小型、低功耗、高性能和易操作的 X 射線光譜儀。X123 將 Amptek 公司的高性能 X 射線光譜分析元件產品集成在一個獨立的盒體內，這些元件包括：XR100CR 探測器和前放，DP5 數字脈沖處理器和多道分析器以及 PC5 電源。這樣的一體化系統更適 合手持操作。而市場上銷售的其它譜儀系統，僅前置放大器就比 X123 譜儀更大、更重，而 且更耗能。而 X123 額外需要的只有兩根線纜連接：電源線（+5V 直流電）和數據線（USB 或 RS232）。任何人都能利用 X-123 方便快捷地得到高質量的 X 射線能譜。
該系統的核心部件是一個 Si-PIN 光電二極管：X 射線與硅作用，在硅中平均每損耗 3.62 eV 的 X 射線能量便產生一個電子/空穴對，即為輸入信號。
探測器以及輸入場效應管（FET）均安裝在一個熱電致冷器上，并與一個定制的電荷敏感 前放相連。熱電致冷技術的應用緩解了探測器和前放上的電子學噪聲問題，其工作原理與大 家比較熟知的空調制冷比較類似；電荷敏感前放則采用了一種新型的反饋技術，即通過高壓 連接向探測器輸入復位脈沖。
DP5 是一個數字脈沖處理器，可代替現今大多數模擬信號系統中采用的成形放大器和多道 分析器（MCA）。數字技術的應用改善了諸多關鍵參數：
1. 性能更佳，尤其是在高計數率時有更好的分辨率和性能；
2. 有更多的配置方案可選，因此使用范圍較廣，具有較大的靈活性；
3. 用戶可利用 RS-232 接口和配套軟件控制，選擇配置方案；
4. 穩定性和可重復性更好。

DP5 將前放的輸出信號數字化，并對信號進行實時處理，測定峰值（即數字化），然后將 這些數值存儲于寄存器中，并生成能譜圖，最后譜圖通過 DP5 的接口傳送到用戶的計算機 上。Amptek DP5 處理器主要有 6 個功能模塊來實現上述程序：
1. 模擬信號預濾波器；
2. 模數轉換器（ADC）；

3. 數字脈沖整形器；
4. 脈沖選擇邏輯單元；
5. 寄存器單元；
6. 硬件接口（包括一個微控制器）和配套軟件。

 

系統電源采用的是 Amptek 公司的 PC5 模塊（結構簡單，單塊電路板）。輸入為電壓約為 +5V，電流為 200mA 的直流電。PC5 中利用開關電源為數字處理器和前置放大器提供它們 所需的直流低電壓，同時它還包含了一個高壓倍增器以產生探測器所需要的 400V 的高偏壓， 并閉環控制熱電制冷器以提供達 85℃的溫差。另外在出廠前會針腳對配套探測器進行所有 電源輸出調試。
整個系統被封裝在一個 7 x 10 x 2.5 cm3 的鋁盒中，探測器安裝于加長管的前端。在標準 配置下，僅需兩條連接線：電源線（+5V 直流電）和數據線（USB 或 RS232）。當 X123 與其他儀器配合使用時，DP5 電路板上還可集成更多的輸入/輸出：一個 MCA 門，一個緩 存選擇信號、同步輸出和 SCA 輸出。詳情請聯系 Amptek 公司或查閱 DP5 說明書。

圖 4. X-123 架構和接線圖。

 

X-123 參數說明：

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系統性能
能量分辨率	在 5.9 keV 能量處半高全寬為 145-230 eV。 具體數值因探測器、峰化時間和溫度的不同而不同。
可探測能譜范圍	在 1.5-25keV 能量范圍中 X 射線探測效率>25%。 超過該能量范圍則探測效率會有一定下降。
最大計數率	受峰化時間影響。開啟堆積判棄功能時， 50%空載時間下推薦的最大計數率如下表。
		DP5 峰化時間（μs）	2.4	6.4	25.6
		成形時間（μs）	1.0	2.9	11.6
		推薦的最大計數率	1.2x105	4.6x104	1.2x104

 

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探測器和前放
探測器類型	Si-PIN，SDD 或 CdTe。
探測器面積	6 mm2-25 mm2。
探測器厚度	300 μm 和 500 μm，點擊此處查看效率曲線。
鈹窗厚度	1mil(25μm)或 0.2mil(12.5μm)，點擊此處查看透射曲線。
準直器	多層，點擊此處查看更多信息。
熱電致冷	兩級。
前放類型	AMPTEK 公司為用戶定制的可利用高壓連接復位的前放。
脈沖處理器
增益	結合使用粗調和微調增益可獲得從 0.84 到 127.5 連續可調的所有增益
粗調增益	通過軟件可選從 1.12 到 102 的共 16 個對數檔： 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。
微調增益	從 0.75 到 1.25，通過軟件可選，10bit 精度。
最大刻度	增益為 1 時輸入脈沖為 1000 mV。
增益穩定性	<20 ppm/℃（典型情況）。
脈沖形狀	梯形。
峰化時間	通過軟件可選 0.8 到 102μs 間的 24 個峰化時間， 近似對數間隔，相當于 0.4 至 45 μs 的半高斯成形時間。
空載時間	總的空載時間為 1.05 倍的峰化時間，無轉換時間。
脈沖對分辨時間 （快通道）	120 ns
多通道分析器
通道數	通過軟件可選：8k，4k，2k，1k，0.5k 或 0.25k 道。
預設值	時間，總計數，感興趣能區（ROI）計數，單道計數。
數據傳輸
USB	全速 2.0 （12Mbps）
串口	標準 RS232 接口（115.2k 或 57.6 k 波特）
以太網	10BASE-T 標準（10Mbps，雙絞線）
電源
標準輸入	一般情況下輸入為+5 V，500mA 直流電（2.5W）； 而電流和探測器溫差 ΔT 強相關，300-800mA 可變； 另外配有交流電源適配器。

 

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輸入電源范圍	4 V-6 V（300-200 mA，最大 500 mA）。
高壓電源	內置倍增器，可達 400 V。
制冷器	閉環控制器，溫差最大為 ΔTmax =85℃。
常規參數和工作環境
工作溫度	-20℃到+50℃。
保修期	1 年。
典型壽命	視實際使用情況，一般為 5 至 10 年。
倉儲和物流	長期存放：干燥環境下 10 年以上； 一般的倉儲和物流：-20℃到+50℃，10%到 90%的濕度，無凝結。
標準檢測	符合 RoHS 標準。
	TUV 認證： 認證編號：CU 72101153 01； 檢測于：UL61010-1:2009 R10.08； CAN/CSA-C22.2 61010-1-04+GI1。
連線
USB	標準 USB Mini 接口
RS232	標準 2.5 mm 立體聲耳機接口
	尖端		發送數據		電腦 DB9 針腳 2（DB25 針腳 3）
	環		接收數據		電腦 DB9 針腳 3（DB25 針腳 2）
	套管		信號地		電腦 DB9 針腳 5（DB25 針腳 7）
以太網	標準以太網連接器（RJ-45）
電源接口	Hirose Electric 生產的 MQ172-3PA(55)，配接插頭：MQ172-3SA-CV
其他線纜	16 針接口（兩排八腳，2 mm 間距，Samtec 產品編號 ASP-135096-01 和如下排線配套使用：Samtec 產品編號 TCMD-08-S-XX.XX-01； 上排為奇數針，下排為偶數針。右上為針 1，右下為針 2。
		針號		名稱		針號	名稱
		1		SCA1		2	SCA2
		3		SCA3		4	SCA4
		5		SCA5		6	SCA6
		7		SCA7		8	SCA8
		9		AUX_IN_1		10	AUX_OUT_1
		11		AUX_IN_2		12	AUX_OUT_2
		13		IO2		14	IO3
		15		GND		16	GND

 

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通訊控制接口軟件/固件
ADMCA	X-123 可利用 Amptek 公司的 ADMCA 顯示和采集軟件來控制：
	能控制和設置 X-123 的各項參數，同時可以下載和顯示數據；
	支持感興趣區域（ROI），標定，峰值搜索等；
	包括一個接口程序，能與 XRF-FP 定量 X 射線分析軟件包無縫連接。
	在安裝有 Windows 98SE 或更高版本的 PC 兼容機上運行（僅 32 位）
	建議在 Windows XP PRO SP2 或更高版本下運行。
DPP API	X-123 自帶有一個 DLL 數據庫類型的應用程序接口程序，用戶可以方
	便地根據自己的需要采用該數據庫編寫特定的代碼來控制 X-123，并集
	成到上級軟件系統中；
	另外 AMPTEK 還提供了 VB，VC++上 API 使用的范例以及一個 Pocket
	PC 版的 Window CE。
VB 示例軟件	基于 VB 的示例軟件可在個人計算機上運行，而用戶通過該軟件可設
	置 X-123 的參數，開始和中斷數據采集以及保存數據文件。AMPTEK
	可提供用戶源代碼以方便修改。該軟件僅為在沒安裝 DPP API 軟件時
	通過 USB/RS232，使用基本指令控制 X-123 的范例，特別對于必須自
	行編寫控制軟件的非 Windows 平臺系統有參考意義。

 

可選配件：

1. 可定購其它厚度的鈹窗（0.3 mil，即 7.5 μm）；

2. 高通量應用中所需的整套準直器；

3. 真空配件；

4. OEM 應用。

 

圖 5. X-123 探測器加長管配置選項

 

圖 6. 帶有 PA-230 前放的 X-123 和外殼。

 

該選項可認為是不接探測器/前放的 X-123（僅包含電子學部分），而所需連接通過軟排線 來完成，這樣能夠使探測器即使遠離 X-123 也可以正常工作，參見 OEM 獲取更多信息。

圖 7. Si-PIN 和 SDD 探測器的能量分辨率和峰化/成形時間關系曲線。

 

圖 8. 在不同的峰化時間下，能量分辨率和輸入計數率（ICR）的關系曲線。

 

圖 9. 計數率輸出效率，輸入計數率（ICR）和輸出計數率（OCR）的關系曲線。

 

準直器的使用：

為了提高能譜的質量，Amptek 生產的大部分探測器都帶有內部準直器。探測器有效面元 (active volume)邊緣部分和 X 射線的相互作用會因不完全電荷收集產生一些小脈沖信號，進 而影響測得的能譜數據。而且這些信號可能正處在用戶所關心的元素所在的能量范圍，降低 了信噪比。而內部準直器則可以限制 X 射線只能打到有效面元內，這就避免了噪聲信號的 產生。不同類型的探測器中準直器的應用各有優點：

1. 提高峰本比（P/B）；

2. 消除邊界效應；
3. 消除假尖峰信號。 點擊這里獲取更多信息。

 

真空應用：

X-123 可以在空氣或真空度達 10-8 托的條件下使用。X-123 通過一個標準的 O 圈刀口密 封的接口和真空室連接，還可選用型號為 EXV5/EXV9（5/9 英寸長）的探測器真空加長管 （如圖 5）。點擊這里獲得更多真空下應用的信息。

 

探測效率曲線：

圖 10（線性坐標）. X-123 對應的完全能量沉積的內稟探測效率。

 

該效率對應 X 射線進入該探測器前端并通過光電效應沉積所有能量到探測器上的概率。

圖 11（對數坐標）. 考慮各種效應后的收集效率，其中也包含了光電效應的概率影響。

 

光電效應在低能段主導，而該效應對應了能量的完全沉積，但在超過 40keV 后，康普頓 （Compton）散射效應逐漸顯著，不是所有能量均沉積在探測器上。 上面兩圖同時考慮了鈹窗（包括保護層）對 X 射線透過率的影響以及光子與硅探測器之間的相互作用。曲線的低能部分由鈹窗的厚度決定，而高能部分則取決于硅探測器的有效探測 厚度。選用特定的鈹窗，可使 90%的能量為 2 到 3keV 的入射光子到達探測器；選用特定 的探測器，可接收到 90%的 9 到 12keV 的光子。

 

傳輸效率文件：包含傳輸效率方面系數和常見問題解答的.zip 格式文件，僅提供基本信息， 不能作為定量分析依據。

 

 

X-123 的應用，RoHS/WEEE 標準測試：

2006 年 6 月，RoHS/WEEE 標準（電子電氣設備廢棄物和有害物質限制規定）規定了電 子設備中某些物質（Cr VI，Pb，Cd，Hg，Br PBB/PBDE）的最高含量標準。通過 X 射線 熒光分析（XRF），X-123 可應用于質量控制環節，檢測設備是否符合 RoHS/WEEE 標準。 用戶可以快速、準確以及無損地檢測特定元素的濃度，而公司可以核實供應商的標準并說明 自己的標準。借助這個方便、小巧和易用的探測儀器，X-123 向原始設備供應商（OEMs） 和最終用戶提供了一個強大的 X 射線探測系統，它可以直接應用并投放市場。由于所有的 連接都已在產品內部做好，用戶所需只是+5V 直流輸入和 USB/RS232 線纜。

 

X-123 并未因小型化而犧牲性能。根據不同探測器類型和峰化時間，Fe 的 5.9keV 能峰處 的能量分辨率（半高全寬）可達 145 eV 至 230 eV。X-123 是封裝好的一整套 X 射線譜儀， 是產品快速開發的完美選擇，且為原始設備供應商（OEMs）提供了最快的投放市場速度。

圖 12. RoHS/WEEE 應用中能譜示例。

 

 

機械部分 機械尺寸

 

圖 17. 裝配硬件。

 

圖 18. 包含裝配板和角鐵的 X-123。

 

圖 19. X-123 裝配板尺寸圖。

 

圖 20. X-123 所用角鐵尺寸。

 

 

完整的 X 射線熒光譜儀（XRF）系統：

 

圖 21. 完整的 XRF 系統。

 

圖 22. 已裝配在 MP1 型底板上的 X-123 和 Mini-X 射線管。

 

完整的 XRF 系統包括：
1. X-123 X 射線能譜計；
2. Mini-X 型 USB 控制 X 射線管；
3. XRF-FP 定量分析軟件；
4. MP1 型 XRF 裝配底板。

點擊這里獲取 XRF 實驗室套裝的更多信息。