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带硅漂移探测器（SDD）的 X-123SDD 完整 X 射线光谱仪

X-123SDD 是 Amptek 多年来在电子器件和 X 射线探测器领域创新与开发的最新成果。我们一直专注于制造小型、低功耗、高性能和操作简便的仪器。 X-123SDD 将 XR-100SDD 硅漂移 X 射线探测器及其电荷灵敏前置放大器、带脉冲整形器、MCA 和接口的 DP5 数字脉冲处理器（DPP）以及 PC5 电源封装在一起，很好地体现了这一理念。它只需一个 +5 伏直流输入和一个连接到计算机的 USB、RS-232 或以太网接口。

X-123SDD 将 Amptek 的高性能 X 射线光谱测量组件集成在一个封装中：

  1. XR-100SDD 硅漂移 X 射线探测器和前置放大器
  2. DP5 数字脉冲处理器（DPP）和 MCA
  3. PC5 电源

其结果是系统极其紧凑，性能丝毫不受影响。它只需要一个 +5 VDC 电源和一个标准通信接口。借助 X-123SDD 和 X 射线源，任何人都可以快速获得高质量的 X 射线频谱。

立即联系我们了解更多信息！ 

应用

特点

  • 紧凑型集成系统
  • 操作简单
  • 小尺寸（2.7 x 3.9 x 1 英寸，7 x 10 x 2.5 厘米）
  • 低功耗（2.5 瓦）
  • 轻巧（180 克，6.3 盎司）
  • USB、RS-232 和以太网通信

  • 描述 +


    X-123SDD 使用类似于 Si-PIN 光电二极管的硅漂移探测器（SDD），但具有独特的电极结构，可提高能量分辨率并提高计数率。SDD 与输入 FET 一起安装在热电制冷器上，并与定制电荷灵敏前置放大器耦合。热电制冷器可降低探测器和前置放大器中的电子噪声，但制冷对用户来说并不复杂：它的工作方式类似于一个室温系统。

    脉冲处理器是 DP5，它是第二代数字脉冲处理器（DPP），取代了模拟系统中的整形放大器和 MCA。数字技术改善了几个关键参数：

    1. 性能更佳、特别是分辨率更好、计数率更高
    2. 由于软件可选择更多配置选项，因此灵活性更高
    3. 更高的稳定性和可重复性。

    DPP 用于将前置放大器输出数字化，对信号进行实时数字处理，检测峰值振幅，并将其存储在直方图存储器中。然后将频谱传输到用户的计算机。PC5 用于为探测器供电，包括前置放大器的低电压、向探测器施加偏压的高电压以及一个电源，该电源用于为提供闭环控制且最大温差为 85 °C 的热电制冷器供电。所有这些都由软件控制。X-123SDD 输入电源是 +5 VDC，电流约为 300 mA。

    整个系统被封装在一个 7 x 10 x 2.5 cm3 的铝盒中。探测器安装在长度为 0 至 9 英寸（有真空法兰）的延长管上。在其标准配置中，只需要两个接口：电源（+5 VDC）和通信（USB、RS232 或以太网）。当 X-123SDD 与其他设备集成时，可以使用辅助连接器，它提供了多个额外的输入和输出。这包括一个 MCA 门、多个定时输出和八个 SCA 输出。X-123SDD 附带我们的 DPPMCA 数据采集和控制软件。它还包括一个应用程序编程接口（API）DLL，用于将装置与自定义软件集成。X 射线荧光紧凑型系统的选件包括用于分析 X 射线频谱的软件、真空附件、多个准直和安装选项以及 X 射线管。


    图 1.X-123SDD 架构和接线图。

  • 性能 +


    图 2.硅漂移探测器（SDD）的分辨率与峰值时间和温度之间的关系。

     

    图 4.与 DP5 相结合的硅漂移探测器（SDD）在不同峰值时间下的分辨率与输入计数率之间的关系。
    该图还显示了最大输出计数率的曲线。尽管输入计数率较高，但在该曲线的右侧进行操作会导致吞吐量低于最大值。请参见下面的图 5。

    图 5.硅漂移探测器（SDD）的吞吐量。由于探测器的电容较小，因此在不牺牲分辨率的情况下，整形放大器中使用的峰值时间要短得多。通常使用 9.6 µs 或更短的时间。这会显著提高系统的吞吐量。

    图 6.使用硅漂移探测器（SDD）采集的峰值通道中有 400 万计数的 55Fe 频谱。

    图 7.硅漂移探测器（SDD）在不同峰值时间下的分辨率与能量之间的关系。

    图 8.能量分辨率、效率和 X 射线能量：  此图显示了固有效率（顶部）和能量分辨率（底部）与 X 射线能量之间的关系。

    在底部图中，黑色曲线表示由于电荷产生过程中的量子涨落而产生的“Fano 展宽”，这是 Si 探测器的理论上限。  彩色曲线表示在最佳条件（完全冷却和较长的峰值时间）下 Fano 展宽和固有电子噪声的组合。  在低能量下选择何种探测器关系重大，因为在足够高的能量下，Fano 展宽占主导地位。

    在顶部图中，低能量下的效率由透过窗口和探测器死层的透射率决定。  高能量下的效率由探测器有效深度的衰减决定。  建议在 2 至 30 keV 之间使用带铍窗的 Si 探测器。  建议在低能量下使用带 C1 或 C2 窗口的 Si 探测器，而在能量高于 30 keV 时最好使用 CdTe 探测器

    效率包：一个包含系数和有关效率常见问题解答的 ZIP 文件。此效率包仅供参考。不应将其用作关键定量分析的依据。

    不同工作条件下的性能

    最大分辨率

    • 125 eV FWHM 分辨率 @ 5.9 keV
    • 11.2 µs 峰值时间
    • 100,000 CPS
    • 峰背比 20,000:1

    不够快？尝试…

    • 155 eV FWHM 分辨率 @ 5.9 keV
    • 0.8 µs 峰值时间
    • 500,000 CPS

    手持设备的性能

    • 150 eV FWHM 分辨率 @ 5.9 keV
    • 3.2 µs 峰值时间
    • 200,000 CPS
    • 探测器温度为 250 K（-24 °C）

  • 规格参数 +


    X-123SDD 规格

    系统性能

    能量分辨率 125 至 140 eV FWHM @ 5.9 keV。取决于峰值时间和温度。
    电子噪声（典型值） 73 eV FWHM（8.7 e– rms）
    峰背比 20,000:1（5.9 keV 至 1 keV 的计数比）（典型值）
    能量范围 1 至 25 keV 的 X 射线效率 >25%。可在该范围之外使用，但效率较低。
    最大计数率 取决于峰值时间。启用堆积判弃时的推荐最大值如下所示。

     

    峰值时间（µs） 9.6 4.8 2.4 0.8
    成形时间（µs） 4.4 2.2 1.0 0.4
    推荐的最大输入计数率 4.9 x 104 1.0 x 105 1.9 x 105 5.6 x 105
    典型分辨率（eV FWHM @ 5.9 keV） 130 135 140 155

    探测器和前置放大器

    探测器类型 硅漂移二极管（SDD）
    探测器面积 25 mm2（准直器面积 17 mm2）
    探测器厚度 500 µm
    探测器窗口选项 铍（Be）：0.5 密耳（12.5 µm）或 0.3 密耳（8 µm）
    专利 C 系列：FAST SDD® 有 C1 和 C2 低能量窗口
    准直器 多层
    热电制冷器 2 级（85° ΔTmax）
    前置放大器类型 Amptek 定制复位、电荷灵敏。
    前置放大器转换增益 0.8 mV/keV（典型值）

    数字脉冲处理器（DPP）

    增益 粗调增益和微调增益的组合产生了从 0.84 到 127.5 连续可调的总增益。
    粗调增益 软件可在 1.12 至 102 之间进行选择，分为 16 个对数步。
    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
    微调增益 软件可选，0.75 至 1.25，10 位分辨率。
    量程 1000 mV 输入脉冲 @ X1 增益
    增益稳定性 <20 ppm/°C（典型值）
    脉冲形状 梯形（具有整形时间 t 的半高斯放大器的峰值时间为 2.2t，其性能与相同峰值时间的梯形形状相当。）
    ADC 时钟频率 20 或 80 MHz，12 位 ADC
    峰值时间 有 30 个软件可选的介于 0.2 和 102 µs 之间的峰值时间，对应于 0.1 至 45 µs 的半高斯整形时间。
    平顶 每个峰值时间有 16 个软件可选的值（取决于峰值时间），>0.05 µs
    基线恢复 非对称，有 16 个软件可选的转换速率设置。
    快速通道脉冲对分辨时间 120 ns
    每个脉冲的死时间 峰值时间的 1.05 倍。无转换时间。
    最大计数率 4 x 106 s-1（周期性）。随机输入 1.9 x 106 s-1 的输出计数率为 7 x 105 s-1。
    死时间校正 基于 ICR 的快速通道测量进行手动校正。在典型条件下，ICR <1 Mcps 时的精度为 1%。
    脉冲选择选项 堆积判弃、上升时间鉴别、门

    多通道分析仪（MCA）

    通道数 软件可选择：8k、4k、2k、1k、0.5k 或 0.25k 通道
    每通道字节数 3 个字节（24 位）– 1670 万个计数
    采集时间 10 ms 至 466 天
    数据传输时间 1k 通道 12 ms（USB）或 280 ms（RS-232）
    转换时间 无。
    预设 时间、总计数、ROI 计数、单通道计数
    MCS 时基 10 ms/通道至 300 s/通道
    外部 MCA 控制 门输入：仅当门控启用时外部逻辑才会接受脉冲。输入可以是高电平有效或低电平有效。由软件控制。
    计数器 MCA 接受的慢速通道事件、传入计数（高于阈值的快速通道计数）、SCA8 计数、选择逻辑判弃的事件和外部事件计数器。16 个 ROI 计数器。

    辅助输入/输出

    单通道分析仪 8 个 SCA，独立的软件可选 LLD 和 ULD，LVCMOS（3.3 V）电平（TTL 兼容）
    数字输出 两个独立输出，可通过软件在 8 种设置之间选择，包括 INCOMING_COUNT、PILEUP、MCS_TIMEBASE 等。LVCMOS（3.3 V）电平（TTL 兼容）。
    数字输入 两个独立输入，软件可选择 MCA_GATE、EXTERNAL_COUNTER
    I/O 两条通用 I/O 线路，用于自定义应用程序
    数字示波器 在计算机上显示示波器波形。可借助软件选择显示整形输出、ADC 输入等，以帮助调试或优化配置。

    通信

    USB 2.0 全速（12 Mbps）
    串行 标准 RS-232，波特率为 115.2k 或 57.6k
    以太网 10base-T

    电源

    额定输入电源 500 mA 时为 +5 VDC（2.5 W）（典型值）。电流在很大程度上取决于探测器 ΔT。5 VDC 时电流介于 300 至 800 mA 之间。
    输入范围 4 V 至 5.5 V（在 0.4 至 0.7 A 的典型值下）
    初始瞬态 2 A，<100 µs
    高压电源 内部倍增器，软件控制 -70 到 -200 V，负极性
    制冷器电源 ΔTmax = 85 °C 的闭环控制器

    物理

    尺寸 7 x 10 x 2.5 厘米（2.7 x 3.9 x 1 英寸），不包括延长管
    延长管长度 标准 1.5 英寸（3.8 厘米）。包括无延长管、3/8 英寸、5 英寸、9 英寸和真空法兰选项。
    重量 180 克（6.3 盎司）

    一般信息和环境

    工作温度 -35°C 至 +80°C
    质保期 1 年
    典型设备寿命 5 至 10 年，视使用情况而定
    存储和运输 长期存储：10 年以上保持环境干燥
    典型存储和运输：-40 °C 至 +85 °C，10 至 90% 湿度，不结露
    合规 符合RoHS标准
    TUV 认证
    证书编号：CU 72101153 01
    经测试符合：UL 61010-1: 2009 R10.08
    CAN/CSA-C22.2 61010-1-04+GI1

    连接器

    USB 标准 USB mini-B 插孔。（X-123SDD 不通过 USB 供电。）
    RS232 标准 2.5 mm 立体声音频插孔。

     

    尖 发送 至 PC 接收 DB9 引脚 2（DB25 引脚 3）
    环 接收 至 PC 发送 DB9 引脚 3（DB25 引脚 2）
    套筒 接地 至 PC 接地 DB9 引脚 5（DB25 引脚 7）
    以太网 标准以太网连接器（RJ-45）
    电源 Hirose MQ172-3PA（55），配套插头：MQ172-3SA-CV
    辅助 2 x 8 16 针 2 mm 间距（Samtec 部件号 ASP-135096-01）。与电缆组件（Samtec P/N TCMD-08-S-XX.XX-01）配合使用。顶排奇数引脚，底排偶数引脚。右上引脚 = 1，右下引脚 = 2。

     

    引脚编号 名称 引脚编号 名称
    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

    接口软件

    DPPMCA X-123SDD 可由 Amptek DPPMCA 显示和采集软件控制。此软件可完全控制和配置 X-123SDD，并下载和显示数据。它支持感兴趣区（ROI）、校准、寻峰等。DPPMCA 软件可无缝连接到 XRF-FP 定量 X 射线分析软件包。在 Windows XP PRO SP3 或更高版本下运行。单击此处进入软件下载页面。
    SDK X-123SDD 附带免费的软件开发人员工具包（SDK）。用户可以使用此工具包轻松编写自定义代码，以控制用于自定义应用程序的 X-123SDD 或将其连接到更大的系统。其中包含 VB、VC++ 等示例。单击此处进入软件下载页面。
    VB 演示软件 VB 演示软件在个人计算机上运行，允许用户设置 X-123SDD 参数，启动和停止数据采集以及保存数据文件。它随源代码提供，可由用户修改。本软件旨在举例说明如何通过 USB、RS-232 或以太网接口使用最基本的调用（不使用 SDK）手动控制 X-123SDD。在为非 Windows 平台编写软件时，它非常有用。单击此处进入软件下载页面。
    ”

  • 应用 +


    谱图应用


    图 9.使用硅漂移探测器（SDD）和 Mini-X X 射线管采集的不锈钢 SS316 XRF谱图。


    图 10.使用硅漂移探测器（SDD）和 Mini-X X 射线管采集的 RoHS/WEEE PVC 样品谱图。


    图 11.使用硅漂移探测器（SDD）和 Mini-X X 射线管采集的 CaCl2 溶液（800 ppm Ca，1200 ppm Cl）谱图。


    图 12.使用硅漂移探测器（SDD）和 Mini-X X 射线管采集的原油中的硫（1100 ppm）和一些 KCl谱图。


    图 13.使用硅漂移探测器（SDD）和 Mini-X X 射线管采集的汽车尾气催化剂谱图。


    图 14.使用硅漂移探测器（SDD）和 Mini-X X 射线管采集的铂（Pt）环 XRF谱图。

  • 选件和其他信息 +


    窗口选项和厚度

    Amptek SDD 有铍窗口，而 FastSDD 可选配 C 系列窗口。铍窗镀有聚对二甲苯（用于防止气体扩散），有两种厚度，分别为 0.3 密耳或 0.5 密耳（8 或 12.5 μm）。专利 C 系列窗口设计用于低至硼（B）的低 Z 元素检测。

    选件和配件

    • 专利 C 系列窗口（仅限 Fast SDD）
    • 用于高通量应用的准直器套件
    • 外部准直器
    • 真空附件
    • OEM 应用

    图 15a.XR100SDD/PX5 配置，包括探测器、前置放大器、数字处理器和电源。
    图 15b.探测器/前置放大器有 OEM 配置，可满足任何系统的要求。图为带有 PA-230 前置放大器和外壳的探测器。有关详细信息，请参阅 OEM 页面。


    图 16.X-123SDD 探测器延长管选项。

    带 9 英寸延长管的 X-123 STP 文件。

    准直器应用

    Amptek 的所有 Si 探测器都包含内部多层准直器，以提高光谱质量。X 射线在探测器有效体积边缘附近相互作用可能会由于局部电荷收集而产生小脉冲。这些脉冲会在频谱中产生伪影，在某些应用中，这些伪影会掩盖重要信号。内部准直器可将 X 射线限制在产生干净信号的有效体积内。根据探测器的类型，准直器可以提高峰背比（P/B），消除边缘效应，并消除假峰。


    图 17.此图比较了一个带准直器的探测器和一个不带准直器的探测器。

    多层准直器（ML）

    多层准直器通过逐层使用更低 Z 材料制成。每一层都充当上一层荧光峰的吸收体。最后一层是最低 Z 材料，其荧光峰值能量低到超出预期的 X 射线检测范围。

    Amptek 开发了一款顶尖的内部多层准直器（ML）。基底金属为 100 µm 的钨（W），第一层为 35 µm 的铬（Cr），第二层为 15 µm 的钛（Ti），最后一层为 75 µm 的铝（Al）。

    附加信息

  • 机械 +


    机械尺寸


    图 15.尺寸：[mm]。

    安装硬件


    图 16.X-123SDD 随附两种安装硬件：直角和平面。


    图 17.X-123 安装板。


    图 18.X-123 直角安装支架。

    下载 X-123 STP 文件

    图 19.机械尺寸

  • 文档 +