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ARL9900X射线荧光光谱仪SC探测器故障处理

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DOI:10.3969/j.issn.1001-232x.2013.02.019SC detector fault handling of ARL9900 X-ray fluorescence spectrometry.Xie Huan (M inistryof Quality and Measure of Fujian Province Sansteel Group Company Ltd.,Sanming 365000,China )Abstract:This paper introduces the operating principles of X-ray fluorescence spectrometry,then expounds how to use malfunction analysis with the method of angle scans and energy profileto confirm the malfunction of SC detector SO that it can get replacement and handling timely,nextanalyzes fault causes of SC detector according to its operating principles and structure,and finallysums up the experience of its operation and maintenance。

Key words:X-ray fluorescence spectrometry;SC detector;fault handing1 前 言X射线荧光光谱法是-种非破坏性的仪器分析方法,广泛应用于钢铁、有色、石油、化工、耐火、水泥等行业,ARL9900X射线荧光光谱仪由光管、色散系统、探测系统组成,工作原理如图 1所示,样品由光管发出的初级 X射线照射后,发出各组成元素生成的次级X射线,次级 X射线与分光晶体处成 0,探测器处在 2O位置,其中波长满足布拉格定律的待测元素的 X射线荧光被晶体分光,然后射入探测器,在-定时间内计数,完成-个元素的测定后,晶体和探测器转向另-个角度进行下-个元素的测定。荧光仪由多个晶体,准直器,探测器组成 ,不同元素对应的不同的分析条件uj。

次荧样品图 1 X射 线荧光光谱仪原理 图2 故障现象ARL9900X射线荧光光谱仪在进行烧结矿、转炉渣日常分析时,铁元素(TFe)无成分,而其它元素成分正常。

作者简介:谢欢,男,1982年出生,理化检测工程师,主要从事分析仪器的应用及检修维护工作。E-mail:tangmanli2001###yahoo.corn.cn2013年第2期 分 析 仪 器 873 故障分析与处理[2]首先只有 TFe元素无成分,其它元素正常,重要参数监控无异常,初步判定问题出在 TFe元素分析条件相关的部件上,由 Winxrf 3.0分析软件查得,TFe元素采用 Fekal,2a谱线分析,分析条件为:LiF200分光晶体,SC探测器,0.25准直器组合;接下来对仪器进行角度扫描和能量描迹,经过角度扫描,确定TFe元素理论 20与实际2e-致,经过能量描迹,发现 Feka,2a的能谱图异常,且其强度由2.8 kcps/s降到 0.7kcps/s,基本没强度,因此故障点应集中在 LiF200晶体和 SC探测器及其信号处理电路上,下面通过逐项排查找出实际故障点:(1)选用不同晶体和探测器 SC组合,进行能量描迹~晶体 LiF200,LiF220分别与测角仪的探测器 SC组合,测量 Fekal,2a的能量描迹,两种组合能谱图均不正常,选用 LiF200晶体分别与 SC探测器和 FPC探测器组合,测量 Fekal,2a的能量描迹,使用 SC探测器的能谱图异常,而FPC探测器能谱图正常。说明问题不在晶体上,将 LiF200晶体问题排除。

(2)仪器参数监控,SC探测器的高压正常,将探测器高压衰减板故障排除。

(3)检查 SC探测器信号处理电路。SC探测器接收的电信号直接进入前置放大板上的 SC通道进行信号放大,其信号处理原理与 FPC通道完全相同,因此在前置放大板上将 SC探测器输出信号插头和FPC探测器输出信号插头互换,SC探测器输出信号经 FPC探测器的前置放大电路作某元素能量描迹时,其强度值为 0;而将 FPC探测器的输出信号经 SC探测器前置放大电路作某元素能量描迹时,其强度值为正常值,说明 SC探测器信号处理电路正常 。

铍窗 光阴极通过以上分析,最后确定 SC探测器本身已经损坏 ,重新更换 SC探测器 ,对 Fekal,2a进行 能量描迹,能谱图正常,TFe元素含量正常,故障已排除。因为 SC探测器为高精密度进 口部件,更换需要花费好几万,为减少其故障,我们结合其工作原理和电路分析,对故障产生原因进行进-步探讨,总结相关使用维护经验。

4 故障原因探讨4.1 SC探测器工作原理[1x射线探测器是-种将 X射线光子能量转换成电脉冲的装置,ARL9900X射线荧光光谱仪中使用两种探测器:充气正比计数器(FPC探测器,适用于中、长波长的检测);闪烁计数器(SC探测器,适用于短波长)。其中闪烁计数器由二部分组成:即闪烁材料和光电倍增管。闪烁材料是-种磷光体,并掺有激活剂。它们有-种特性,即当 X射线射入这种材料时会发出可见光。例如,NaI(掺 T1)晶体,在X射线照射下能发出蓝色光。这样,就将 X射线光子转换成可见光光子。闪烁晶体在光路上与-个合适的光电倍增管偶合,光电倍增管是由-些称作打拿极的阳极和光阴极组成,打拿极以连续增势方式排列 ,以相继-级级地加速 由光阴极发 出的光电子。根据打拿极的数量和光电倍增管使用的高压,在内部最后可放大至 10 ~1o 数量级。因为 NaI(掺 T1)晶体极易吸湿,应隔绝水汽,所以整个组件用铍窗密封起来,闪烁晶体发出的可见光射人光电倍增管的光阴极上时,光阴极就发射光电子。闪烁计数器也是正比计数器,它产生的脉冲幅值和入射光子能量成正比,脉冲强度和光子数成正比,SC探测器 内部结构如图 2所示 :阴极光电倍增管图 2 SC探测器 内部结构大器88 分 析 仪 器 2013年第2期4.2 原 因探究及对策口]结合 SC探测器工作原理及 内部结构,总结了造成 sC探测器损坏的因素:(1)光电倍增管的暗电流的影响。光电倍增管在无辐射作用下的阳极输出电流称为暗电流,其严重影响测量信号的下限值。暗电流主要来源于光阴极的热发射,因此降低热噪声:保证管脚或管座之间的清洁,防止漏电流而引起电子噪音,保持测量空间环境内较低的室温,是减小光电倍增管暗电流的有效方法 。

(2)暗盒的轻微漏光以及工作环境的温升会使SC探测器损坏。

(3)闪烁体 NaI单晶体的潮解,会使 SC探测器发生辉光放电,从而损坏探测器。

因此,定期检查仪器的运行状态,作好真空、高压、温度等参数的监控,控制化验室的温湿度,保持良好工作环境,作好仪器 日常点检和维护,是延长SC探测器寿命,避免其故障的有效途径。

5 结束语SC探测器故障的处理,主要建立在对仪器原理和功能的详细解析,相关参数的监控比对,运用角度扫描和能量描迹的分析方法上。这些思维方法同样适用于 ARL9900X射线荧光光谱仪的其它部件及其它仪器的故障处理上,同时进-步探究故障原因,制定对策,这样才能减少仪器的故障率,延长仪器使用寿命,保障好仪器分析工作的顺利开展。

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