基於現場總線的X射線能譜分析儀軟體設計

介紹了自動尋峰、譜數據的光滑、能量刻度、峰邊界道的確定和峰面積計算等能譜數據的數學計算方法，並對現場總線實時譜數據處理方法及軟體開發做一探討。
關鍵詞：螢光儀 軟體開發 能譜

X射線螢光分析儀近年來廣泛應用於建材、冶金、採礦等行業，可對物料或產品成份組成和含量進行快速、無損的物理分析，其分析結果不僅依賴於該儀器的各項技術指標，還取決於所使用的分析方法。因此，自從X射線螢光分析儀研製成功以後，無論在國際還是在國內，分析方法和軟體開發的研究成為改善儀器分析精度、擴大使用範圍的主要研究內容。近年來，隨著現場總線技術的不斷發展，傳統化學分析方法因其無法實現數位化自動輸入逐漸被現代電子測量分析儀器所取代，本文結合實踐經驗對開發應用於自動化生產總線結構中的X射線螢光分析儀物質成分定量分析的能譜分析方法和軟體開發做一探討。
1 能譜分析
1.1 基本測量原理
高能光子(X射線)或高速帶電粒子轟擊樣品中的原子時，會將自己的一部分能量傳遞給原子，從而激發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，多餘的能量以X射線的形式釋放出來。各種元素所發出的X射線光子具有不同的特徵能量，稱為該元素的X特徵射線。因此，利用連續X射線轟擊樣品，使之產生螢光光譜，再通過由單板機構成的多道脈衝幅度分析器和計算機對特徵譜線進行檢測、鑑別、分析，則可對樣品中的元素組成進行定性或定量分析。並將分析結果經總線直接傳送至中控室實現真正的閉環控制。其結構框圖如圖1所示：

1.2 譜數據處理
由圖1可知，由射線探測器得到的能譜脈衝信號經放大器和多道分析器，進入微機系統。計算機通過軟體對X射線能譜的常規數據進行處理，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
由於測量過程的統計性原理誤差，使得X射線譜形式帶有統計漲落的特點。所獲取的X射線譜統計誤差更為明顯。在尋峰時，計數的統計漲落可能被誤認為是一個譜峰，因此需要對譜先進行光滑預處理。本系統選用二階多項式五點光滑法。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道光滑前及光滑後的計數。在進行譜線光滑時，可以重複數次，以達到需要的光滑效果。?
(2)自動尋峰?
從獲取的X射線譜中找到峰位並換算成相應的能量是X射線能譜定性分析的基礎。本軟體系統選用比較法作為計算機自動尋峰的方法。具體方法如下
如果第i道計數滿足以下不等式：

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射線能量E之關係。即：

經過自動尋峰得到特徵X射線的峰位m，代入(3)式即可求解出該峰位對應的X射線能量。經與元素特徵X射線能量庫的逐一檢索、查證，即可確定待測元素的種類。
(4)峰邊界道的確定?
準確計算特徵峰的淨峰面積是定量分析的依據。為此，必須根據實際情況確定特徵峰的邊界道址。由於採用的半導體探測器具有很好的能量解析度，對於較高含量的元素，一般都能得到清晰的譜峰。因此，我們採用譜峰的全寬度做為確定本底計數的依據。
(5)淨峰面積計算
本系統選用沃森法計算淨峰面積(圖2)。在峰邊界L、H內取點F作為計算本底的寬度(F又稱為面積因子)，β₁，β₂為左、

　

2 軟體開發
2.1 軟體系統構成
軟體系統是進行能譜分析實現物質元素定性、定量分析的基礎，也是「螢光分析儀」的重要組成部分，本系統以Windows98為工作平臺，Microsoft Visual C++6.0為開發工具。
(1)軟體系統框圖
計算機通過接口與硬體多道脈衝幅度分析器(MCA)相連，轉換結果直接