Skip to content

带 Si-PIN 探测器的 X-123 完整 X 射线光谱仪

X-123 是一个完整的 X 射线探测器系统,外形为一个可拿在手里的小盒子。

X-123 是 Amptek 14 年来在 X 射线探测器领域的最新研究成果。我们的理念是制造小型、低功耗、高性能和操作简便的仪器。X-123 将 XR-100CR 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 V 直流输入和一个连接到计算机的 USB 或 RS-232 接口。

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(6.3 盎司,180 克)
  • USB 和 RS-232 通信

应用

探测器

  • 用于 X 射线检测的 Si-PIN
  • 2 级热电制冷器
  • 面积:6 至 25 mm2
  • 厚度:500 µm
  • 多层准直器

典型性能

  • 分辨率:139 至 260 eV FWHM @ 5.9 keV
  • 最佳能量范围:1 keV 至 40 keV
  • 最大计数率:高达 2 x 105 cps

具体性能取决于探测器和配置,可针对特殊应用进行优化。

图 1.使用 6 mm2/500 µm Si-PIN 探测器采集的 55Fe 频谱。

立即联系我们了解更多信息!

  • 描述 +


    X-123 描述

    Amptek 的专长是 X 射线光谱仪,它小巧、功耗低、性能高且操作简单。X-123 将 Amptek 的以下标准高性能 X 射线光谱测量组件集成在一个封装中:XR-100CR 探测器和前置放大器、DP5 数字脉冲处理器和 MCA 以及 PC5 电源。这就构成了一个可拿在手里的完整集成系统。在许多市售系统中,仅前置放大器的尺寸、质量和功率就比此集成系统大。它只需要 2 个接口即可运行:+5 VDC 电源和标准 RS-232 或 USB 总线。使用 X-123,任何人都可以快速获得高质量的 X 射线光谱。

    典型探测器是一个 Si-PIN 光电二极管:硅中相互作用的 X 射线在硅中每损失 3.62 eV 的能量,就会平均产生一个电子/空穴对,也就是输入信号。

    探测器与输入 FET 一起安装在热电冷却器上,并与定制电荷灵敏前置放大器耦合。热电冷却器可降低探测器和前置放大器中的电子噪声,但冷却对用户来说并不复杂:它的工作方式类似于一个室温系统。电荷灵敏前置放大器采用新颖的反馈技术,通过与探测器的高压连接注入复位脉冲。

    脉冲处理器是 DP5,它是一种数字脉冲处理器,取代了大多数模拟系统中的整形放大器和多通道分析仪(MCA)。数字技术的使用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)灵活性更高,因为有更多配置选项可供选择,并且这些选项可由软件通过 RS-232 接口进行选择;(3)稳定性和可重复性更好。DP5 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(数字),并将该值存储在其直方图存储器中,从而生成能谱。然后,能谱通过 DP5 的接口传输到用户的计算机。Amptek DP5 有 6 大功能块来实现以下功能:(1)模拟前置滤波器;(2)ADC;(3)数字脉冲整形器;(4)脉冲选择逻辑;(5)直方图逻辑;(6)接口硬件(包括微控制器)和软件。

    电源是 Amptek PC5,一个电路板。输入约为 +5 VDC,电流约为 200 mA。PC5 使用开关电源来产生数字处理器和前置放大器所需的所有低电压。它还包括一个高电压倍增器,用于产生高达 400 V 的探测器偏压,并为提供闭环控制且最大温差为 85 °C 的热电冷却器供电。这两种电源在出厂前都针对特定探测器进行了调整。

    整个系统被封装在一个 7 x 10 x 2.5 cm³ 的铝盒中,探测器安装在延长管上。在其标准配置中,只需要两个接口:电源(+5 VDC)和串行(USB 或 RS-232)。如果 X-123 与其他设备集成,DP5 板还支持多个额外的输入和输出。这包括 MCA 门、存储缓冲器选择信号、定时输出和 SCA 输出。有关更多信息,请联系 Amptek 或参阅 DP5 规格。

    图 2.X-123 架构和接线图

  • 性能 +


    图 3.Si-PIN 探测器的分辨率与峰值时间和温度之间的关系。

    图 4.不同峰值时间的分辨率与输入计数率(ICR)之间的关系。

    图 5.吞吐量、输入与输出计数率之间的关系。

    效率曲线

    图 6(线性)。显示了 X-123 Si-PIN 探测器的固有全能量探测效率。这种效率对应于 X 射线进入探测器前端并通过光电效应将全部能量沉积在探测器内部的概率。

    图 7(对数)。显示了光子发生任何相互作用的概率以及导致总能量沉积的光电相互作用的概率。如图所示,光电效应在低能量下占主导地位,但在高于 40 keV 的高能量下,光子会发生康普顿散射,在探测器中沉积的能量低于全能量。

    以上两个图结合了通过铍窗(包括保护涂层)的透射效应和硅探测器中的相互作用。曲线的低能量部分由铍窗口的厚度决定,而高能量部分则由 Si 探测器的有效深度的厚度决定。根据所选的窗口,90% 的入射光子以 2 至 3 keV 的能量到达探测器。根据所选的探测器,90% 的光子在高达 9 至 12 keV 的能量下被检测到。

    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。

  • 规格参数 +


    X-123 规格参数

    系统性能

    能量分辨率 139 至 260 eV FWHM @ 5.9 keV。取决于探测器、峰值时间和温度。
    能量范围 1.5 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 50% 死时间的推荐最大值如下所示。

     

    DP5 峰值时间(µs) 2.4 6.4 25.6
    成形时间(µs) 1.0 2.9 11.6
    推荐的最大计数率 1.2 x 105 4.6 x 104 1.2 x 104

    探测器和前置放大器

    探测器类型 SI-PIN(也有 SDD 或 CdTe)
    探测器面积 6 mm2 至 25 mm2
    探测器厚度 500 µm
    铍窗厚度 1 密耳(25 µm)或 0.5 密耳(12.5 µm)
    准直器 多层
    热电制冷器 2 级
    前置放大器类型 Amptek 定制设计,通过高压连接复位。

    脉冲处理器

    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
    峰值时间 有 24 个软件可选的介于 0.8 和 102 µs 之间的峰值时间,约为对数间隔,对应于 0.4 至 45 µs 的半高斯整形时间。
    死时间 总死时间是峰值时间的 1.05 倍。无转换时间。
    快速通道脉冲对分辨时间 120 ns

    MCA

    通道数 软件可选择:8k、4k、2k、1k、0.5k 或 0.25k 通道
    预设 时间、总计数、ROI 计数、单通道计数

    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 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。附带交流适配器。
    输入范围 4 V 至 6 V(300 至 200 mA,最大 500 mA)
    高压电源 内部倍增器,可调至 400 V
    制冷器电源 Δ_Tmax = 85 °C 的闭环控制器

    一般信息和环境

    工作温度 -30°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 迷你插孔
    RS232 标准 2.5 mm 立体声音频插孔。

     

    发送 至 PC 接收 DB9 引脚 2(DB25 引脚 3)
    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-123 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-123,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-123 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-123 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-123 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、RS232 或以太网接口使用最基本的调用(不使用 SDK)手动控制 X-123。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。

    准直器应用

    Amptek 的大多数探测器都包含内部准直器,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。根据探测器类型,准直器可以

    • 改善峰背比(P/B)
    • 消除边缘效应
    • 消除假峰

    真空应用

    X-123 可在空气或低至 10-8 托的真空下工作。X-123 可通过标准真空法兰压缩 O 形端口连接到真空室。可选型号 EXV5(5 英寸)或 EXV9(9 英寸)真空探测器延长管适用于此应用。请参见上面的图 5。单击此处了解有关真空应用和选件的更多信息

  • 应用 +


    RoHS/WEEE 合规性

    RoHS/WEEE [电气电子设备有害物质/废物限制] 指令要求电子行业在 2006 年 7 月之前证明产品符合特定元素和化合物(Cr VI、Pb、Cd、Hg、Br PBB/PBDE)的最大浓度要求。作为质量保证计划的一部分,X-123 可通过 XRF 验证是否符合 RoHS/WEEE 要求。它使用户能够快速、准确、无损地测量指定元素的浓度。公司可以验证供应商的合规性并证明自己的合规性。X-123 为 OEM 和最终用户提供了一个功能强大的 X 射线光谱仪系统,该系统实用、小巧、操作简单,可快速投入使用,从而最大限度地缩短上市时间。由于所有接线均在内部,因此光谱仪端不需要额外的工程设计。它只需一个 +5 VDC 输入电源和一个连接到计算机的 USB 或 RS232 接口。

    X-123 不会因为尺寸而牺牲性能。55Fe 5.9 keV 峰的分辨率为 145 eV FWHM 至 260 eV FWHM,具体取决于探测器类型和峰值时间。由于 X-123 是一款完全封装好的光谱仪,因此它是快速产品开发的理想选择,为 OEM 提供了最快的上市时间。

    图 8.RoHS/WEEE 示例频谱。

    X-123 典型的 Si-PIN 结果

    图 9.109Cd 下多元素样品的 X 射线荧光(XRF)。

    图 10.109Cd 下铅(Pb)的 X 射线荧光(XRF)。

    图 11.109 Cd 下 PC 板上几个位置的 X 射线荧光(XRF)。

    图 12.109Cd 下各种元素的 X 射线荧光(XRF)。

  • 选件和其他信息 +


    可选附件

    • 其他铍窗厚度可单独订购(0.3 密耳 – 7.5 µm)。
    • 用于高通量应用的准直器套件。
    • 真空附件
    • OEM 应用

    图 13.X-123 探测器延长管选项。

    图 14.带 PA-230 前置放大器和外壳的 X-123(选项 6)。此选项的性能与 X-123 相同;探测器/前置放大器不在电子器件盒中,而是通过软排线连接。此选项允许您从电子器件盒远程定位探测器。有关更多信息,请参阅 OEM 页面。

    真空应用

    X-123 可在空气或低至 10-8 托的真空下工作。X-123 可通过标准真空法兰压缩 O 形端口连接到真空室。可选型号 EXV5(5 英寸)或 EXV9(9 英寸)真空探测器延长管适用于此应用。请参见上面的图 13。单击此处了解有关真空应用和选件的更多信息。

  • 机械 +


    机械尺寸

    图 15.

    安装硬件

    图 16.带安装板和直角支架的 X-123。

    图 17.X-123 安装板。

    图 18.X-123 直角安装支架。

    下载 X-123 STP 文件

    下载 TO-8 STP 文件

    Amptek Si-PIN 和 SDD 探测器的机械尺寸

  • 文档 +