X射线荧光光谱分析仪设计

摘要

本文为白云鄂博矿高值综合利用基础及关键技术研究的一部分，旨在以一种快速有效、环境友好的方式完成白云鄂博矿中有价值元素的分选工作。工作重点是为X荧光分选设备研制的可行性提供理论依据并在此基础上完成设备前端信号采集与处理电路的设计。
　　在实际的工业分选过程中，为保证生产效率，矿石经过检测区域的时间通常在0.05s-0.5s之间，且由于现场干扰因素较多，现有的X荧光分析设备在实时性与稳定性方面不能满足要求，所以研究一种适用于白云鄂博矿元素识别的X荧光光谱分析仪器势在必行。
　　文中研究搭建的实验平台包括高压X射线发射器、X荧光探测器、特定供电电路、高速信号采集与处理电路以及各种配比的Nb-Fe元素分析纯样品等。在数据采集阶段首先将荧光探测器发出的电阶梯信号数字化后进行存储，保证信号的完整性，打破了传统仪器首先利用模拟电路进行信号处理再进行数据存储分析的方式，解决了传统荧光仪吞吐量低，处理速度慢等问题。使其信号处理速度达到实际的工业要求。
　　通过对采集到的信号进行快速傅里叶分析，设计出参数适宜的滤波器进行滤波，然后对阶梯信号进行量化分类处理，绘制谱线。通过对配置的五氧化二铌样品进行0.5s数据采集与处理并绘制256道谱线，可以看出，铌元素的Kα与Kβ特征峰绘制明显，通过与传统标准谱线（256道址）进行对比，可以确定铌元素特征峰所在的横坐标位置准确。使用粉末压片法配制了铌元素含量分数分别为1%，2%，……10%的铌铁混合样品，分别绘制采样时间为0.5秒的谱线，绘制半峰宽（FWHM）面积与质量分数之间的相关性曲线，得其线性相关系数是0.9964，大于实际工作中要求R=0.8的要求，认定利用该方法进行元素定量识别是可行的。随着元素品位的增加，相对测量误差降低，与识别高品位矿石目标相匹配。
　　最后，以理论研究为依据进行仪器的设计，并对实际矿石样品进行测试，分别绘制特性不同的代表性元素谱线，通过标准比对，证明了方法与设备的可用性，综合分析各项性能指标，认为各项参数得到了优化，设计达到了预期目的。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 课题研究背景介绍

1.2 现行选矿技术简介

1.3 X射线荧光光谱仪介绍

1.4 选题目的及意义

2 全数字化EDXRF可行性分析

2.1 传统模拟X射线荧光仪简介

2.2 传统模拟X射线荧光仪的弊端

2.3 全数字化X射线荧光仪的设计

2.4 可行性分析结论

3 硬件电路设计

3.1 总体设计方案

3.2 荧光探测器

3.3 模数转换电路

3.4 数字信号处理芯片

3.5 核心部件总体连接图

3.6 本章小结

4 硬件逻辑的搭建

4.1 开发环境简介

4.2 信号处理流程的设计

4.3 本章小结

5 测试结果及讨论

5.1 测试结果分析

5.2 设备不足性分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录A 谱线绘制算法程序

附录B AD转换程序

附录C 微分环节程序

附录D 元素成形程序

在学研究成果

致谢