基于現場(chǎng)總線(xiàn)的X射線(xiàn)能譜分析儀軟件設計

X射線(xiàn)熒光分析儀近年來(lái)廣泛應用于建材、冶金、采礦等行業(yè)，可對物料或產(chǎn)品成份組成和含量進(jìn)行快速、無(wú)損的物理分析，其分析結果不僅依賴(lài)于該儀器的各項技術(shù)指標，還取決于所使用的分析方法。因此，自從X射線(xiàn)熒光分析儀研制成功以后，無(wú)論在國際還是在國內，分析方法和軟件開(kāi)發(fā)的研究成為改善儀器分析精度、擴大使用范圍的主要研究?jì)热?。近年?lái)，隨著(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統化學(xué)分析方法因其無(wú)法實(shí)現數字化自動(dòng)輸入逐漸被現代電子測量分析儀器所取代，本文結合實(shí)踐經(jīng)驗對開(kāi)發(fā)應用于自動(dòng)化生產(chǎn)總線(xiàn)結構中的X射線(xiàn)熒光分析儀物質(zhì)成分定量分析的能譜分析方法和軟件開(kāi)發(fā)做一探討。
1 能譜分析
1.1 基本測量原理
高能光子(X射線(xiàn))或高速帶電粒子轟擊樣品中的原子時(shí)，會(huì )將自己的一部分能量傳遞給原子，從而激發(fā)原子中的某些能級上的電子，原子中的空穴由外層軌道上的電子填滿(mǎn)，多余的能量以X射線(xiàn)的形式釋放出來(lái)。各種元素所發(fā)出的X射線(xiàn)光子具有不同的特征能量，稱(chēng)為該元素的X特征射線(xiàn)。因此，利用連續X射線(xiàn)轟擊樣品，使之產(chǎn)生熒光光譜，再通過(guò)由單板機構成的多道脈沖幅度分析器和計算機對特征譜線(xiàn)進(jìn)行檢測、鑒別、分析，則可對樣品中的元素組成進(jìn)行定性或定量分析。并將分析結果經(jīng)總線(xiàn)直接傳送至中控室實(shí)現真正的閉環(huán)控制。其結構框圖如圖1所示：

1.2 譜數據處理
由圖1可知，由射線(xiàn)探測器得到的能譜脈沖信號經(jīng)放大器和多道分析器，進(jìn)入微機系統。計算機通過(guò)軟件對X射線(xiàn)能譜的常規數據進(jìn)行處理，從而對樣品的含量做定性和定量分析。譜數據處理包括：原始譜數據的光滑；自動(dòng)尋峰及確定峰位的能量：待測元素的定性分析：峰邊界道的確定；峰面積計算等內容。
(1)原始譜數據的光滑預處理
由于測量過(guò)程的統計性原理誤差，使得X射線(xiàn)譜形式帶有統計漲落的特點(diǎn)。所獲取的X射線(xiàn)譜統計誤差更為明顯。在尋峰時(shí)，計數的統計漲落可能被誤認為是一個(gè)譜峰，因此需要對譜先進(jìn)行光滑預處理。本系統選用二階多項式五點(diǎn)光滑法。具體計算公式為：

式中，n_i-2、n_i-1、n_i+1、n_i+2為待光滑的第i道光滑前及光滑后的計數。在進(jìn)行譜線(xiàn)光滑時(shí)，可以重復數次，以達到需要的光滑效果。?
(2)自動(dòng)尋峰?
從獲取的X射線(xiàn)譜中找到峰位并換算成相應的能量是X射線(xiàn)能譜定性分析的基礎。本軟件系統選用比較法作為計算機自動(dòng)尋峰的方法。具體方法如下
如果第i道計數滿(mǎn)足以下不等式：

則認為峰位在i-1，i，i+l道中，再從這三道中選出計數最大的道址即為峰位。k為找峰閾值，一般取值為1—1.5。
(3)系統的能量刻度?
能量刻度是確定本測量系統的道址m與Ｘ射線(xiàn)能量E之關(guān)系。即：

經(jīng)過(guò)自動(dòng)尋峰得到特征X射線(xiàn)的峰位m，代入(3)式即可求解出該峰位對應的X射線(xiàn)能量。經(jīng)與元素特征X射線(xiàn)能量庫的逐一檢索、查證，即可確定待測元素的種類(lèi)。
(4)峰邊界道的確定?
準確計算特征峰的凈峰面積是定量分析的依據。為此，必須根據實(shí)際情況確定特征峰的邊界道址。由于采用的半導體探測器具有很好的能量分辨率，對于較高含量的元素，一般都能得到清晰的譜峰。因此，我們采用譜峰的全寬度做為確定本底計數的依據。
(5)凈峰面積計算
本系統選用沃森法計算凈峰面積(圖2)。在峰邊界L、H內取點(diǎn)F作為計算本底的寬度(F又稱(chēng)為面積因子)，β₁，β₂為左、

2 軟件開(kāi)發(fā)
2.1 軟件系統構成
軟件系統是進(jìn)行能譜分析實(shí)現物質(zhì)元素定性、定量分析的基礎，也是“熒光分析儀”的重要組成部分，本系統以Windows98為工作平臺，Microsoft Visual C++6.0為開(kāi)發(fā)工具。
(1)軟件系統框圖
計算機通過(guò)接口與硬件多道脈沖幅度分析器(MCA)相連，轉換結果直接