用于測試土壤重金屬污染的x熒光測試儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀，包括：X光管激發源、Si-PIN探測器、脈沖信號放大器、多道脈沖幅度分析器。Si-PIN探測器收集特征X射線并轉換為電壓脈沖信號，通過脈沖信號放大器放大、整形和濾波后形成直流電平送到多道脈沖幅度分析器，將直流電平與電壓脈沖信號進行比較，在直流電平的上升和從峰值下降的狀態下分別輸出不同的電位以產生一過峰信號作為多道脈沖幅度分析器的中斷信號；模數轉換電路連接比較器，將經過放大、整形以及濾波的電壓脈沖信號進行模數轉換，以模數轉換后的電壓脈沖信號為通道地址記錄中斷次數。
【專利說明】用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料檢測【技術領域】，特別涉及一種用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀。
[0002]
【背景技術】
[0003]隨著工業的迅速發展，各種工業廢料、廢液被排放入土壤與水體，使土壤與水體中的重金屬和有機物含量越來越高，嚴重影響了人類的健康及其他生物的生存。
[0004]傳統的化學方法檢測土壤重金屬污染需要在現場取樣后，在實驗室通過強酸將土壤樣品消解，然后將消解液中的金屬元素用原子吸收法進行分析。這種方法因工作周期長而不能滿足現場快速分析測試的要求。
[0005]
【發明內容】
[0006]本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀。本發明通過以下技術方案實現:
一種用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀，包括:
X光管激發源，用以產生X光照射被測土壤，激發被測土壤中的重金屬元素產生對應的特征X射線；
S1-PIN探測器，用以收集特征X射線，并轉換為電壓脈沖信號；
脈沖信號放大器，連接S1-PIN探測器，用以對電壓脈沖信號進行放大、整形以及濾波；多道脈沖幅度分析器，連接脈沖信號放大器，包括:峰值檢測保持電路、比較器以及模數轉換電路，峰值檢測保持電路連接脈沖信號放大器，將經過放大、整形以及濾波的電壓脈沖信號轉換為峰值幅度相等的直流電平；比較器連接峰值檢測保持電路，將直流電平與電壓脈沖信號進行比較，在直流電平的上升和從峰值下降的狀態下分別輸出不同的電位以產生一過峰信號作為多道脈沖幅度分析器的中斷信號；模數轉換電路連接比較器，將經過放大、整形以及濾波的電壓脈沖信號進行模數轉換，以模數轉換后的電壓脈沖信號為通道地址記錄中斷次數。
[0007]較佳的，還包括:
顯示/觸摸屏，連接多道脈沖幅度分析器，用以控制及顯示；
PC機，連接多道脈沖幅度分析器，用以根據經過放大、整形以及濾波的電壓脈沖信號的峰面積計算對應重金屬的濃度。
[0008]較佳的，在直流電平上升的狀態下輸出高電位，在直流電平從峰值下降的狀態輸出低電位。
[0009]可現場快速分析測試土壤中含有重金屬的種類，或者各重金屬的含量，具有分辨率高、分析速度快、檢測元素范圍廣、前期處理簡便、可以現場無損快速檢測等優點，將極大提高土壤、水環境監測的效率。
[0010]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1所示的是本發明的結構示意圖；
圖2所示的是本發明脈沖信號放大器的電路圖；
圖3所示的是本發明多道脈沖幅度分析器的電路圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]以下將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這里所描述的僅僅是本發明的一部分實例，并不是全部的實例，基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。
[0014]為了便于對本發明實施例的理解，下面將結合附圖以具體實施例為例作進一步的解釋說明，且各個實施例不構成對本發明實施例的限定。
[0015]本實施例提供的一種用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀如圖1所示，包括:X光管激發源US1-PIN探測器2、脈沖信號放大器3、多道脈沖幅度分析器4、IXD顯示/觸摸屏5、PC機6。工作原理是高壓電源產生的高壓加到X光管激發源1，產生X射線。該射線照射被檢測的土壤，激發土壤中重金屬元素產生特征X射線(又稱為X熒光，高速電子撞擊材料后，材料內層電子形成空位，外層電子向空位躍遷會輻射X射線。不同材料X射線波長不同，所以叫特征X射線)。S1-PIN探測器2收集特征X射線并轉換為電壓脈沖信號，通過脈沖信號放大器3放大、整形和濾波后，送到多道脈沖幅度分析器4進行模數轉換并對這些數字信息進行處理。由于不同的重金屬產生的特征X射線能量值不同，因此可根據探測的X射線能量值來判斷土壤中所存在的重金屬元素種類，然后根據重金屬元素特征線的峰面積計算出重金屬元素的濃度，從而得出被測土壤中重金屬的種類和含量。
[0016]如圖2所示，運算放大器采用低溫度系數漂移器件，減小脈沖信號放大器的零點漂移。脈沖信號放大器電路主要包括極零相消、放大失調、有源積分濾波和電路增益調節等電路。Cl、Rl組成一級RC微分電路，用來消除探測器輸出的信號脈沖疊加現象，并使信號寬度變窄，提高電路計數率。Cl、RU RO同時又是該電路的極零相消電路，以消除脈沖信號的下沖或上沖現象。運放UO與R2、R3構成增益為(1+R2/R3)的放大電路，電位器RX用來調節運放UO的失調電壓。通過最佳濾波器的理論分析可知，對稱無限寬尖頂脈沖具有最佳的信噪比，而高斯型波形即具有以上特征，所以，脈沖的成形一般為高斯型波形。脈沖放大器電路設計的RC積分電路采用有源積分濾波器，采用了 2級并一串組成的RC有源積分電路，相當于4級普通RC積分電路。根據后續的多道分析儀要求，為了提高分辨率，選取C5=2C4=C7=2C6，使脈沖的成形時間為20 μ S，脈沖寬度為54 μ S。脈沖信號放大器增益的調節范圍是O至10。由運放U3、可調增益電位器RY、二極管Dl組成的成形電路，也實現了增益可調功能，以滿足后續多道脈沖幅度分析電路的需求，其中Dl的作用為防止運算放大器過載造成輸出信號削頂。
[0017]如圖3所示，多道脈沖幅度分析器以三星公司開發的ARM S3C2440A為控制核心，對來自脈沖信號放大器的信號進行模數轉換，并依據模數轉換的結果對信號進行分類(但本發明并不對多道脈沖幅度分析器所選核心做限制)。由于ARM S3C2440A的A/D轉換為10位A/D轉換器，因此，多道脈沖幅度分析器的道數最多為21°道，S卩1024道，可實現1024道譜數據的分析、保存、顯示和處理，也可通過接口電路把數據傳給上位機電腦，具有設計簡潔、接口標準等特點。
[0018]脈沖信號放大器輸出的脈沖信號從峰值保持電路(圖1中的41) PKDOl的+INA輸入，峰值保持電路將脈沖轉換峰值幅度相等的直流電平從OUT (3腳)端輸出到-1NC端，在PKDOl的比較器上用該直流電平與脈沖信號進行比較產生過峰信號。直流電平處于上升狀態時，比較器的輸出端COUT為高電位，當直流電平達到峰值開始下降時，比較器的輸出端COUT從高電位變為低電位，從而產生過峰信號，將這個過峰信號作為多道脈沖幅度分析器的中斷信號，然后由多道脈沖幅度分析器啟動內部的A/D (圖1中的42)對電壓脈沖信號進行轉換。ARM的A/D轉換速度非常快，僅為10 μ S。多道脈沖幅度分析器讀取A/D結果后，以此為地址讀取該道的數據，加I后送該道(一個中斷信號加I)。完成了一個直流電平的峰值幅度分析，到測量時間結束時，存儲器中即存儲了一條以道址為峰值幅度的信息，存儲器中的數據表示同一峰值的脈沖個數，其通過多道脈沖幅度分析器發送到LCD顯示/觸摸屏進行顯示。如果以橫坐標為信號道址，縱坐標為道址對應的記數率，可以得到一條核輻射譜線。測試完畢后，通過PC機即可計算被測土壤中的重金屬種類、含量，使用顯示/觸摸屏控制測試儀工作和顯示測量結果。
[0019]以上所述，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀，其特征在于，包括: X光管激發源，用以產生X光照射被測土壤，激發被測土壤中的重金屬元素產生對應的特征X射線； S1-PIN探測器，用以收集所述特征X射線，并轉換為電壓脈沖信號； 脈沖信號放大器，連接所述S1-PIN探測器，用以對所述電壓脈沖信號進行放大、整形以及濾波； 多道脈沖幅度分析器，連接所述脈沖信號放大器，包括:峰值檢測保持電路、比較器以及模數轉換電路，所述峰值檢測保持電路連接所述脈沖信號放大器，將經過放大、整形以及濾波的所述電壓脈沖信號轉換為峰值幅度相等的直流電平；所述比較器連接所述峰值檢測保持電路，將所述直流電平與所述電壓脈沖信號進行比較，在所述直流電平的上升和從峰值下降的狀態下分別輸出不同的電位以產生一過峰信號作為所述多道脈沖幅度分析器的中斷信號；所述模數轉換電路連接所述比較器，將經過放大、整形以及濾波的所述電壓脈沖信號進行模數轉換，以模數轉換后的電壓脈沖信號為通道地址記錄中斷次數。
2.根據權利要求1所述的用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀，其特征在于，還包括: 顯示/觸摸屏，連接所述多道脈沖幅度分析器，用以控制及顯示； PC機，連接所述多道脈沖幅度分析器，用以根據經過放大、整形以及濾波的所述電壓脈沖信號的峰面積計算對應重金屬的濃度。
3.根據權利要求1所述的用于測試土壤重金屬污染的X熒光測試儀，其特征在于，在所述直流電平上升的狀態下輸出高電位，在所述直流電平從峰值下降的狀態輸出低電位。
【文檔編號】G01N23/223GK104267056SQ201410544852
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】殷慶縱, 王棟, 張宇峰 申請人:蘇州工業職業技術學院