熱釋電晶體光源用于X射線熒光分析及控制電子學(xué)研究

1、熱釋電晶體光源用于X射線熒光分析及控制電子學(xué)研究中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所高旻背景及意義（1）X射線熒光分析方法是一種元素種類(lèi)和含量的檢測(cè)方法，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種空間物質(zhì)及化學(xué)材料檢測(cè)領(lǐng)域。CE-1衛(wèi)星和CE-2衛(wèi)星有效載荷X射線譜儀利用太陽(yáng)發(fā)射的高能光子激發(fā)月表物質(zhì)產(chǎn)生的特征X射線來(lái)檢測(cè)月表礦物元素含量及相對(duì)豐度。2013年發(fā)射的CE-3巡視器搭載粒子激發(fā)X射線譜儀利用粒子源激發(fā)進(jìn)行X射線熒光分析。背景及意義（2）由于放射源強(qiáng)度受安全性限制，在空間探測(cè)中使用的放射源強(qiáng)度一般較??；同時(shí)放射源激發(fā)能量較小也制約了相應(yīng)的元素探測(cè)水平。普通X光管通過(guò)加熱燈絲發(fā)出電子束，使用30kV左右高壓加速電子轟

2、擊金屬靶，從而產(chǎn)生X射線。這種類(lèi)型的X光管使用較高高壓并且需要很好的制冷，同時(shí)功率一般較大。這些因素限制了X光管在空間及地面便攜式應(yīng)用方面的發(fā)展。新型的熱釋電晶體X射線發(fā)生器的出現(xiàn)，將會(huì)使這種情況得到改善。背景及意義（3）背景及意義（4）熱釋電晶體以鉭酸鋰（LiTaO3），鈮酸鋰（LiNbO3）為代表，廣泛的應(yīng)用在紅外線探測(cè)方面。近年來(lái)國(guó)際上逐漸開(kāi)始關(guān)注這類(lèi)晶體在X射線方面應(yīng)用。其原理是利用這類(lèi)晶體溫度變化產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)電離稀薄氣體，并加速電子轟擊金屬靶，從而激發(fā)靶原子產(chǎn)生特征X射線及韌致輻射。這種X射線能量可以高達(dá)200keV，同時(shí)X射線強(qiáng)度也可以受控調(diào)整。發(fā)射器裝置仿照Cool-X設(shè)計(jì)模式，

3、采用半導(dǎo)體封裝工藝，使用的普通半導(dǎo)體封裝殼為T(mén)O-8 封裝，并使用25 微米薄Be 片鍍銅作為發(fā)射窗口，整個(gè)封裝直徑為14mm、高度5-7mm。晶體采用鉭酸鋰LiTaO3小型2級(jí)半導(dǎo)體制冷片作為加熱制冷裝置，使最高溫差可以達(dá)到99度；同時(shí)在晶體側(cè)面使用小型熱敏電阻檢測(cè)晶體溫度變化。Cool-X溫度變化曲線計(jì)數(shù)率曲線熱釋電晶體光源及控制電路熱釋電晶體光源及控制電路為了能夠滿(mǎn)足低功耗的要求，選用低功耗的ARM器件，用C+語(yǔ)言編寫(xiě)控制程序使用PID算法對(duì)溫度進(jìn)行精確控制。能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)通過(guò)USB對(duì)加熱器的溫升速率進(jìn)行控制。對(duì)成形電路輸出的信號(hào)進(jìn)行尋峰，再使用峰保電路進(jìn)行峰值保持，使用ARM自帶的AD

4、C對(duì)峰保電路的輸出信號(hào)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后通過(guò)USB傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上。ARMSTM32F103VET6ARM 32位的Cortex-M3 CPU 存儲(chǔ)器 低功耗 2個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，1us轉(zhuǎn)換時(shí)間(16通道) 調(diào)試模式 串行線調(diào)試(SWD)和JTAG接口多達(dá)7個(gè)定時(shí)器多達(dá)9個(gè)通信接口多達(dá)2個(gè)I2C接口(SMBus/PMBus) 多達(dá)3個(gè)USART接口，支持ISO7816，LIN，IrDA接口和調(diào)制解調(diào)控制多達(dá)2個(gè)SPI同步串行接口(18兆位/秒) CAN接口(2.0B 主動(dòng)) USB 2.0全速接口PID控制（1）PID（比例積分微分）英文全稱(chēng)為Proportion Integration Differentiation。目前，PID控制及其控制器在工程的自動(dòng)控制上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器。 PID控制（2）調(diào)節(jié)制冷器的溫度，使得溫度增加，使溫度達(dá)到某個(gè)固定值。如果開(kāi)始離這個(gè)這目標(biāo)溫度遠(yuǎn)就快速加熱（比例效果），到最后要使得溫度誤差小就微調(diào)（積分效果），最后準(zhǔn)確的把溫度調(diào)整到最佳（微分效果）。實(shí)際上溫度是有一個(gè)慣性在那里，開(kāi)始速度調(diào)節(jié)的時(shí)候溫度不會(huì)突變，也不會(huì)一下子就達(dá)到穩(wěn)定值，它慢慢增加直到穩(wěn)定。PID控制（3）在實(shí)際調(diào)試中，