具有环境温度检测器的X射线仪器制造技术

一种X射线分析器，包括：至少一个检测器，其被配置成检测来自被X射线源照射的测试对象的次级X射线，并且提供对应的能量信号；温度传感器，其被配置成感测与检测器相关的温度；以及信号处理器，其被配置成处理所述能量信号并提供针对X射线事件的经温度补偿的输出。提供针对X射线事件的经温度补偿的输出。提供针对X射线事件的经温度补偿的输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有环境温度检测器的X射线仪器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年4月9日提交的美国临时专利申请第63/007,487号的优先权的权益，该美国临时专利申请的内容通过引用整体并入本文。


[0003]本公开内容的示例实现方式涉及用于进行X射线分析的仪器，更具体地涉及使用在可变环境温度下操作的能量色散检测器而无需对该检测器进行温度控制的X射线分析器。

技术介绍

[0004]X射线光谱仪仪器，例如X射线荧光(XRF)仪器，被配置成测量从样品发射的X射线的能量分布。根据所发射的X射线的能谱，可以计算样品材料的化学组成。在这样的仪器中，利用能量色散半导体检测器来测量X射线能谱，其中入射到检测器上的X射线在半导体中生成电子
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空穴对，并且检测器由此收集与X射线能量成比例的电荷。电荷由通常位于检测器附近的电荷灵敏前置放大器(charge sensitive pre
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amplifier)例如场效应晶体管(FET)接收并放大。电荷灵敏前置放大器将来自每个入射X射线的电荷转换成其高度与X射线能量成比例的电压脉冲信号。然后，这些电压脉冲信号可以由一个或更多个次级放大器进一步放大，所述一个或更多个次级放大器通常位于X射线仪器内的至少一个印刷电路板(PCB)上。
[0005]能量色散半导体X射线检测器通常被冷却和控制成保持恒定的低温，这是因为：在环境温度下，由半导体中的热诱导电子
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空穴对生成的漏电流可能过高。漏电流会生成随温度变化的连续背景噪声，并且可能干扰对X射线生成的信号的准确测量。冷却至
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10℃至
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20℃的范围内的温度通常利用热电冷却装置等来实现。然而，提供冷却并且使检测器与周围环境之间保持热隔离的要求增加了X射线检测器的成本和复杂性。需要向冷却装置提供电力，并且为了使冷却有效地工作，检测器需要处于真空或减压环境下以防止热传导和冷凝。
[0006]在具有在环境温度下操作的检测器的仪器中，不需要提供冷却电力。此外，检测器不需要处于真空下，这意味着检测器窗口不必保持通常的高真空水平。环境温度仪器中的窗口的功能仅是使光、灰尘和湿气远离检测器芯片并让X射线进入。那么，窗口可以潜在地由更便宜的材料制成，并且可以避免真空封装的加工成本和包装成本。然而，为了获得准确且可重复的测量结果，需要对检测器的性能的温度相关性进行校正。
[0007]因此，存在对于下述X射线分析仪器的需要：在该X射线分析仪器中，X射线检测器不需要冷却，并且因此与当前实践中使用的检测器相比将明显更小、更便宜并且使用更少的电力。对于低成本、手持式或便携式X射线分析仪器而言，消除对于冷却和产生可靠的准确结果的要求将是特别有利的。

技术实现思路

[0008]在本公开内容的示例实现方式中，提供了一种用于确定测试对象的元素组成的X射线分析器。在示例实现方式中，分析器包括检测器，该检测器被配置成检测来自被X射线源照射的测试对象的次级X射线(例如，X射线荧光)并且提供对应的能量信号。分析器还包括温度传感器，该温度传感器被配置成感测检测器附近的温度。分析器还包括信号处理器，该信号处理器被配置成处理所述能量信号并提供针对X射线事件的经温度补偿的输出。
[0009]能量信号包括具有脉冲高度的脉冲，并且经温度补偿的输出包括根据温度对脉冲高度的增益进行的调整。此外，脉冲呈现由检测器的温度诱导泄漏引起的偏移，并且经温度补偿的输出还包括利用根据温度的偏移对脉冲高度进行的调整。
附图说明
[0010]图1是根据本公开内容的X射线分析器的示例实现方式的示意图。
[0011]图2是示出根据本公开内容的示例实现方式的与检测器温度的变化相关联的脉冲高度的变化以及得出温度补偿的方法的图。
[0012]图3是描绘根据本公开内容的示例实现方式的与检测器温度的变化相关联的由脉冲泄漏引起的能量信号的变化以及得出温度补偿的方法的图。
[0013]图4是描绘根据本公开内容的示例实现方式的作为能量的函数的脉冲高度以及基于不同的增益和泄漏偏移得出温度补偿的方法的图。
[0014]图5是描绘根据本公开内容的通过使用较小的检测器来实现对检测器温度变化的期望的增益响应范围的替选实现方式的基础的图。
[0015]图6是根据本公开内容的示例实现方式的具有检测器和两个温度传感器的X射线分析器的示意图。
[0016]图7是根据本公开内容的示例实现方式的具有检测器和一个温度传感器的X射线分析器的示意图。
[0017]图8是根据本公开内容的示例实现方式的设计具有至少一个在没有温度控制的情况下操作的检测器的X射线分析器的方法的流程图。
[0018]图9是根据本公开内容的示例实现方式的操作具有至少一个环境温度检测器的X射线仪器的替选方法的流程图。
具体实施方式
[0019]参照图1，在本公开内容的示例实现方式中，提供具有X射线源2和X射线检测器6的X射线分析器1或检测系统。优选地，X射线检测器是在环境温度下操作或没有辅助温度控制的硅漂移检测器(Silicon Drift Detector，SDD)。X射线源被配置成在X射线测试或校准操作期间生成初级X射线以照射测试对象4。检测器6优选地被配置成检测在被初级X射线照射时从测试对象4发射的次级X射线。X射线分析器1还包括处理器100。处理器100包括共同用于处理由检测器6接收的能量信号的硬件、固件或软件或者硬件、固件和软件的任何组合。在本文中，处理器100是指处理与测试相关的所有信号和值的设施，并且可以包括分立的或集成的电子装置或电路系统。根据本公开内容的X射线分析器1包括至少一个温度传感器10。处理器100还被配置用于校正X射线能谱，以考虑由检测系统产生的电子脉冲的增益、零
偏移和分辨率方面的温度诱导变化。
[0020]在当前公开的实现方式中，温度传感器10被配置成感测与检测器6相关的温度。如果检测器6不具有任何冷却或温度稳定设施，则检测器对次级X射线的响应将发生变化，并且这种变化将是实质性的并且取决于检测器的操作温度。为了使分析器1提供表示X射线响应(次级X射线)的光谱的准确且可重复的读数，由处理器100对由于温度变化引起的检测器响应的变化进行补偿。
[0021]常规系统在没有温度控制系统的情况下不能在环境温度下操作，并且这些系统不对零偏移和分辨率的变化进行补偿。
[0022]表1示出了根据检测器的温度针对前置放大器设置的增益的示例。(前置放大器可以在检测器附近使用，并且可以与检测器共享相同的热环境。关于示例实现方式的详细描述，参见图6和图7)。注意，在高于约负20摄氏度(
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20℃)的温度下，增益快速变化，并且在0℃到
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5℃之间，增益每摄氏度变化约1％。可以预期的是，在0℃到20℃(室温)之间，增益的变化速率将甚至更快。还应注意，对位于印刷电路板(PCB)上的典型次级放大器的增益的温度相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种X射线分析器，包括：至少一个检测器，其被配置成：检测来自被X射线源照射的测试对象的次级X射线，并且提供对应的能量信号；温度传感器，其被配置成感测与所述至少一个检测器相关的温度；以及信号处理器，其被配置成处理所述能量信号并提供针对X射线事件的经温度补偿的输出。2.根据权利要求1所述的X射线分析器，其中，所述信号处理器包括温度补偿器。3.根据权利要求2所述的X射线分析器，其中，所述能量信号包括具有脉冲高度的脉冲，并且所述温度补偿器被配置成根据所述温度来调整所述脉冲高度的增益。4.根据权利要求3所述的X射线分析器，其中，所述脉冲高度包括由所述至少一个检测器的温度诱导的脉冲泄漏引起的偏移，并且所述温度补偿器被配置成利用根据所述温度的偏移对所述脉冲高度进行补偿。5.根据权利要求4所述的X射线分析器，其中，所述温度补偿器还被配置成通过利用经加宽的脉冲宽度对所述脉冲高度进行补偿来调整所述输出的能量分辨率。6.根据权利要求4所述的X射线分析器，其中，所述温度补偿器还包括校准表，所述校准表指定所述增益的温度相关性和所述偏移的温度相关性。7.根据权利要求6所述的X射线分析器，其中，所述校准表是在校准过程中根据经验得出的，在所述校准过程中，所述测试对象和校准温度下的脉冲高度是已知的。8.根据权利要求3所述的X射线分析器，其中，所述信号处理器包括前置放大器，所述前置放大器与所述至少一个检测器热接触并且被配置成产生所述脉冲，并且其中，所调整的增益是前置放大器增益。9.根据权利要求3所述的X射线分析器，其中，所述信号处理器包括次级放大器，所述次级放大器被配置成对所述增益以及产生所述脉冲做出贡献，其中，所述次级放大器与测量第二温度的第二温度传感器接触。10.根据权利要求1所述的X射线分析器，其中，所述温度传感器与所述至少一个检测器物理接触。11.根据权利要求1所述的X射线分析器，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得，
申请(专利权)人：埃维登特科学公司，
类型：发明
国别省市：