基于現(xiàn)場總線的X射線能譜分析儀軟件設(shè)計(jì)

X射線熒光分析儀近年來廣泛應(yīng)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、無損的物理分析，其分析結(jié)果不僅依賴于該儀器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，還取決于所使用的分析方法。因此，自從X射線熒光分析儀研制成功以后，無論在國際還是在國內(nèi)，分析方法和軟件開發(fā)的研究成為改善儀器分析精度、擴(kuò)大使用范圍的主要研究內(nèi)容。近年來，隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)化學(xué)分析方法因其無法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)輸入逐漸被現(xiàn)代電子測量分析儀器所取代，本文結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對開發(fā)應(yīng)用于自動(dòng)化生產(chǎn)總線結(jié)構(gòu)中的X射線熒光分析儀物質(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)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，多余的能量以X射線的形式釋放出來。各種元素所發(fā)出的X射線光子具有不同的特征能量，稱為該元素的X特征射線。因此，利用連續(xù)X射線轟擊樣品，使之產(chǎn)生熒光光譜，再通過由單板機(jī)構(gòu)成的多道脈沖幅度分析器和計(jì)算機(jī)對特征譜線進(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(jié)果經(jīng)總線直接傳送至中控室實(shí)現(xiàn)真正的閉環(huán)控制。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

1.2 譜數(shù)據(jù)處理
由圖1可知，由射線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(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通過軟件對X射線能譜的常規(guī)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而對樣品的含量做定性和定量分析。譜數(shù)據(jù)處理包括：原始譜數(shù)據(jù)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(jì)算等內(nèi)容。
(1)原始譜數(shù)據(jù)的光滑預(yù)處理
由于測量過程的統(tǒng)計(jì)性原理誤差，使得X射線譜形式帶有統(tǒng)計(jì)漲落的特點(diǎn)。所獲取的X射線譜統(tǒng)計(jì)誤差更為明顯。在尋峰時(shí)，計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)漲落可能被誤認(rèn)為是一個(gè)譜峰，因此需要對譜先進(jìn)行光滑預(yù)處理。本系統(tǒng)選用二階多項(xiàng)式五點(diǎn)光滑法。具體計(jì)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(jì)數(shù)。在進(jìn)行譜線光滑時(shí)，可以重復(fù)數(shù)次，以達(dá)到需要的光滑效果。?
(2)自動(dòng)尋峰?
從獲取的X射線譜中找到峰位并換算成相應(yīng)的能量是X射線能譜定性分析的基礎(chǔ)。本軟件系統(tǒng)選用比較法作為計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋峰的方法。具體方法如下
如果第i道計(jì)數(shù)滿足以下不等式：

則認(rèn)為峰位在i-1，i，i+l道中，再從這三道中選出計(jì)數(shù)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(tǒng)的能量刻度?
能量刻度是確定本測量系統(tǒng)的道址m與Ｘ射線能量E之關(guān)系。即：

經(jīng)過自動(dòng)尋峰得到特征X射線的峰位m，代入(3)式即可求解出該峰位對應(yīng)的X射線能量。經(jīng)與元素特征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(zhǔn)確計(jì)算特征峰的凈峰面積是定量分析的依據(jù)。為此，必須根據(jù)實(shí)際情況確定特征峰的邊界道址。由于采用的半導(dǎo)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(jì)數(shù)的依據(jù)。
(5)凈峰面積計(jì)算
本系統(tǒng)選用沃森法計(jì)算凈峰面積(圖2)。在峰邊界L、H內(nèi)取點(diǎn)F作為計(jì)算本底的寬度(F又稱為面積因子)，β₁，β₂為左、

2 軟件開發(fā)
2.1 軟件系統(tǒng)構(gòu)成
軟件系統(tǒng)是進(jìn)行能譜分析實(shí)現(xiàn)物質(zhì)元素定性、定量分析的基礎(chǔ)，也是“熒光分析儀”的重要組成部分，本系統(tǒng)以Windows98為工作平臺(tái)，Microsoft Visual C++6.0為開發(fā)工具。
(1)軟件系統(tǒng)框圖
計(jì)算機(jī)通過接口與硬件多道脈沖幅度分析器(MCA)相連，轉(zhuǎn)換結(jié)果直接