新型的热释电晶体X射线发生器的出现.ppt

热释电晶体光源用于X射线荧光分析及控制电子学研究 中国科学院高能物理研究所 高旻 背景及意义（1） X射线荧光分析方法是一种元素种类和含量的检测方法，已经广泛的应用于各种空间物质及化学材料检测领域。 CE-1卫星和CE-2卫星有效载荷X射线谱仪利用太阳发射的高能光子激发月表物质产生的特征X射线来检测月表矿物元素含量及相对丰度。 2013年发射的CE-3巡视器搭载粒子激发X射线谱仪利用α粒子源激发进行X射线荧光分析。 背景及意义（2） 由于放射源强度受安全性限制，在空间探测中使用的放射源强度一般较小；同时放射源激发能量较小也制约了相应的元素探测水平。普通X光管通过加热灯丝发出电子束，使用30kV左右高压加速电子轰击金属靶，从而产生X射线。这种类型的X光管使用较高高压并且需要很好的制冷，同时功率一般较大。这些因素限制了X光管在空间及地面便携式应用方面的发展。新型的热释电晶体X射线发生器的出现，将会使这种情况得到改善。 背景及意义（3） 背景及意义（4） 热释电晶体以钽酸锂（LiTaO3），铌酸锂（LiNbO3）为代表，广泛的应用在红外线探测方面。近年来国际上逐渐开始关注这类晶体在X射线方面应用。其原理是利用这类晶体温度变化产生的强电场电离稀薄气体，并加速电子轰击金属靶，从而激发靶原子产生特征X射线及韧致辐射。这种X射线能量可以高达200keV，同时X射线强度也可以受控调整。 发射器装置仿照Cool-X设计模式，采用半导体封装工艺，使用的普通半导体封装壳为TO-8 封装，并使用25 微米薄Be 片镀铜作为发射窗口，整个封装直径为14mm、高度5-7mm。晶体采用钽酸锂LiTaO3小型2级半导体制冷片作为加热制冷装置，使最高温差可以达到99度；同时在晶体侧面使用小型热敏电阻检测晶体温度变化。 Cool-X温度变化曲线计数率曲线 热释电晶体光源及控制电路 热释电晶体光源及控制电路 为了能够满足低功耗的要求，选用低功耗的ARM器件，用C++语言编写控制程序使用PID算法对温度进行精确控制。能够通过计算机通过USB对加热器的温升速率进行控制。 对成形电路输出的信号进行寻峰，再使用峰保电路进行峰值保持，使用ARM自带的ADC对峰保电路的输出信号进行采集，转换成数字信号后通过USB传输到计算机上。 ARMSTM32F103VET6 ARM 32位的Cortex?-M3 CPU 存储器 低功耗 2个12位模数转换器，1us转换时间(16通道) 调试模式 串行线调试(SWD)和JTAG接口 多达7个定时器 多达9个通信接口 多达2个I2C接口(SMBus/PMBus) 多达3个USART接口，支持ISO7816，LIN，IrDA接口和调制解调控制 多达2个SPI同步串行接口(18兆位/秒) CAN接口(2.0B 主动) USB 2.0全速接口 PID控制（1） PID（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation。目前，PID控制及其控制器在工程的自动控制上已经得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器。 PID控制（2） 调节制冷器的温度，使得温度增加，使温度达到某个固定值。如果开始离这个这目标温度远就快速加热（比例效果），到最后要使得温度误差小就微调（积分效果），最后准确的把温度调整到最佳（微分效果）。实际上温度是有一个惯性在那里，开始速度调节的时候温度不会突变，也不会一下子就达到稳定值，它慢慢增加直到稳定。 PID控制（3） 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。 对于温度系统：P（比例）20-60，I（积分）3-10，D（微分）0.5-3  温度控制曲线 计数率曲线 谢谢