???? X射線熒光分析儀近年來廣泛應用于建材、冶金、采礦等行業，可對物料或產品成份組成和含量進行快速、無損的物理分析，其分析結果不僅依賴于該儀器的各項技術指標，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，分析方法和軟件開發的研究成為改善儀器分析精度、擴大使用范圍的主要研究內容。近年來，隨著現場總線技術的不斷發展，傳統化學分析方法因其無法實現數字化自動輸入逐漸被現代電子測量分析儀器所取代，本文結合實踐經驗對開發應用于自動化生產總線結構中的X射線熒光分析儀物質成分定量分析的能譜分析方法和軟件開發做一探討。
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，會將自己的一部分能量傳遞給原子，從而激發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X射線轟擊樣品，使之產生熒光光譜，再通過由單板機構成的多道脈沖幅度分析器和計算機對特征譜線進行檢測、鑒別、分析，則可對樣品中的元素組成進行定性或定量分析。并將分析結果經總線直接傳送至中控室實現真正的閉環控制。其結構框圖如圖1所示：

1.2 譜數據處理
??? 由圖1可知，由射線探測器得到的能譜脈沖信號經放大器和多道分析器，進入微機系統。計算機通過軟件對X射線能譜的常規數據進行處理，從而對樣品的含量做定性和定量分析。譜數據處理包括：原始譜數據的光滑；自動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；峰面積計算等內容。
??????? (1)原始譜數據的光滑預處理
??? 由于測量過程的統計性原理誤差，使得X射線譜形式帶有統計漲落的特點。所獲取的X射線譜統計誤差更為明顯。在尋峰時，計數的統計漲落可能被誤認為是一個譜峰，因此需要對譜先進行光滑預處理。本系統選用二階多項式五點光滑法。具體計算公式為：

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數。在進行譜線光滑時，可以重復數次，以達到需要的光滑效果。?
??????? (2)自動尋峰?
??? 從獲取的X射線譜中找到峰位并換算成相應的能量是X射線能譜定性分析的基礎。本軟件系統選用比較法作為計算機自動尋峰的方法。具體方法如下
??? 如果第i道計數滿足以下不等式：

??? 則認為峰位在i-1，i，i+l道中，再從這三道中選出計數最大的道址即為峰位。k為找峰閾值，一般取值為1—1.5。
??????? (3)系統的能量刻度?
??? 能量刻度是確定本測量系統的道址m與Ｘ射線能量E之關系。即：

??? 經過自動尋峰得到特征X射線的峰位m，代入(3)式即可求解出該峰位對應的X射線能量。經與元素特征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?
??? 準確計算特征峰的凈峰面積是定量分析的依據。為此，必須根據實際情況確定特征峰的邊界道址。由于采用的半導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數的依據。
??????? (5)凈峰面積計算
??? 本系統選用沃森法計算凈峰面積(圖2)。在峰邊界L、H內取點F作為計算本底的寬度(F又稱為面積因子)，β₁，β₂為左、

2 軟件開發
2.1 軟件系統構成
??? 軟件系統是進行能譜分析實現物質元素定性、定量分析的基礎，也是“熒光分析儀”的重要組成部分，本系統以Windows98為工作平臺，Microsoft Visual C++6.0為開發工具。
??????? (1)軟件系統框圖
??? 計算機通過接口與硬件多道脈沖幅度分析器(MCA)相連，轉換結果直接通過接口部分送入計算機，由計算機完成采集、顯示、處理以及數據通訊。整個軟件系統主要包括文件管理、數據采集、譜數據顯示、數據通訊、能量刻度、系數標定、譜分析等幾部分，其結構如圖3所示。

??????? (2)主要的類
??? 本軟件是多任務系統，在軟件設計時通過建立不同的“類”來管理各項任務。下面簡單介紹軟件中建立的主要“類”：
??????? (1)主框架類。主要完成生成各模塊的工具條、狀態條及返回程序的主界面對話框。
??????? (2)應用程序類。主要完成創建文檔模塊類，啟動應用程序。
??????? (3)文檔類。主要完成譜數據管理的功能。如打開、保存譜數據文件；能量刻度；譜分析計算。?
??????? (4)視類。主要完成屏幕顯示的功能。如譜線顯示；含量顯示；加亮操作；數據采集等。
??????? (5)子框架類。完成與框架窗口有關的功能。
??? 根據需要，除了上述的主要的類外，本軟件還包括許多為獲得用戶輸入的對話框建立的對話框類。如：編輯元素庫對話框類，手動計算含量對話框類，系數標定對話框類。尋峰求分辨率對話框類，能量刻度的對話框類，選擇測量樣品種類對話框類以及設置采集參數對話框和串口數據通訊類等。
2.2 主要模塊功能簡介
??????? (1)譜數據顯示模塊?
??? 該軟件系統采用Windows標準窗口界面，主要由菜單條、工具條、狀態條、譜線顯示區等幾部分組成。窗口如圖4所示。

??? 菜單條包括文件、采集、顯示、分析、查看等各主要功能項，點擊菜單條中項目可彈出下拉菜單。
??? 工具條中加入了較常用的功能按鈕。如：開始測量、停止測量、清除數據、轉樣、能量刻度等功能。
??? 狀態條中顯示當前光標所在的道址、能量、計數、縱坐標大小、測量時間、測量狀態等信息。在測量顯示區內，為測量時便于觀察數據情況，直接以譜線形式顯示全譜的情況，監測整體測量情況。含量顯示區在主窗口的右上角，每次樣品測量結束后，顯示含量更新，在測量過程中可顯示前一樣品的分析含量。
??? 該軟件是一個多文檔用戶窗口，可以同時打開多個譜文件，便于幾條譜線的對比、查看。?
??????? (2)數據采集模塊?
??? 數據采集模塊包括參數設置、開始測量、停止測量、清除數據、控制轉樣五部分。系統與多道脈沖幅度分析器之間通過并口進行數據傳輸。?
??????? (3)能量刻度模塊?
??? 能量刻度是指道址和能量的關系。經標準元素樣品檢測，在本儀器中道址與能量具有良好的線性關系，所以采用直線來描述能量刻度曲線。?
??????? (4)系數標定模塊?
??????? X熒光分析是根據樣品中被分析元素的特征射線峰的峰面積與樣品中該元素的含量成分正比線性關系的原理進行樣品分析的。在進行樣品分析前，必須先進行系數標定，即建立樣品中被分析元素特征峰峰面積與該元素化學分析結果之間的工作曲線。
??????? (5)譜分析模塊?
??? 譜分析模塊包括：尋峰、譜光滑、含量計算等。?
??????? (6)數據通訊模塊?
??? 在自動化生產線上，配料比例是根據樣品分析系統返回給總控制系統的樣品分析結果，然后再由總控制系統向自動進料系統發控制命令，以調整配料的。本軟件系統與總控制系統之間采用通訊協議，通過485接口完成樣品分析結果數據向總線控制系統的傳輸，從而實現整個生產系統的自動閉環控制。樣品測量結束后，系統立即分析，當控制系統向系統發出取數命令后，本系統立即響應?將分析結果傳輸給控制系統。
??????? (7)文件管理模塊?
??? 當每次測量結束時，系統可根據用戶選擇的測樣種類，將樣品譜數據和分析結果文件自動保存在相應的文件夾下。??
3 系統分析準確性驗證?
??? 將本系統用于水泥生料分析，其結果與化學分析比較見表l。

??????? (1)實踐證明，本系統分析方法簡單、快速、準確，與化學分析結果相比其測量準確性及重復性平均算術偏差均符合設計要求。?
??????? (2)系統可實時采集、顯示、自動處理樣品X射線譜數據，并可以保存全譜數據文件和計算結果數據文件，便于信息交流、存檔。?
??????? (3)采用Modbus通訊協議，通過485接口實現與自動生產線其他控制部分的樣品分析結果數字化傳輸。

參考文獻：

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