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XR100 SDD

图 1. XR-100 型硅漂移探测器及配套电源 PX5

 


图 2. 硅漂移探头元件示意图

 

XR-100SDD 系列产品由新型高性能 X 射线硅漂移探头,前置放大器(前放)和致冷系

统组成。采用热电致冷技术保持硅漂移探头(SDD)的低温工作环境,而在两级热电致冷器上 亦安装了输入场效应管(FET)和新型温度反馈控制电路,这样探头组件的温度保持在约零下 55 摄氏度左右,并通过组件上的温度传感器显示实时温度。探头采用 TO-8 封装,并利用不 透光和不透气(真空封装适用)的薄铍(Be)窗以实现封装后的软 X 射线探测。

 

XR-100SDD 系列产品无需采用昂贵的低温制冷系统即可获得非常优越的性能,它标志着
X 射线探测器生产技术上的一个突破。

 

产品特性:
1. 高计数率:500,000 CPS(每秒计数, counts per second);
2. 能量分辨率:125eV(半高全宽,FWHM,对应峰值为 5.9keV 的情况);
3. 高峰本比(Peak-to-background ratio):8200:1; 4. 面积 25mm2,厚度 500μm;
5. 内置多层准直器;
6. 不需要液氮制冷。

 

应用范围:
1. X 射线荧光分析;
2. 用于 RoHS/WEEE 标准检测的 X 射线荧光谱仪;
3. OEM 和其他专业应用;
4. 生产工艺流程反馈控制;
5. 高校和科研院所实验室研究;

 

产品参数: 本产品可以适应于用户不同应用时的参数需求。

I. 高能量分辨应用:
1. 超高能量分辨率:125eV(对应峰值为 5.9keV 的情况);
2. 峰化时间(Peaking time):11.2μs;
3. 计数率:100,000 CPS;
4. 峰本比: 8200:1;

II. 快速峰化应用:
1. 能量分辨率:155eV(对应峰值为 5.9keV 的情况);
2. 峰化时间(Peaking time):0.8μs; 3. 计数率:500,000 CPS;
III. 手持设备应用:
1. 能量分辨率:150eV(对应峰值为 5.9keV 的情况);

2. 峰化时间(Peaking time):3.2μs;

3. 探测器探头温度保持在 250K(-24oC)
4. 计数率:200,000 CPS;

 

XRF 设备由此开始 ... ...

 


图 3. Amptek 硅漂移探测器(SDD)测得的 55Fe 能谱

 

产品说明

 

XR-100SDD 型硅漂移探测器(SDD)是 Amptek 公司出品的一款新型 X 射线探测器,它 标志着 X 射线探测器生产工艺的变革。XR-100SDD 因其体积小,性能优越且价格便宜等特 点,是 OEM 手持式和台式 X 射线荧光谱仪设备的理想选择;而且它在保证优异的能量分辨 的同时还能达到相当高的计数率,可以满足各种参数需求;另外封装采用和 Amptek 出品的 其他探测器一样的 T0-8 型外壳,方便用户升级现有系统以及和其他 Amptek 产品配套。

 

硅漂移探测器工作原理和硅 PIN(Si-PIN)光电二极管类似,但它利用单电极结构大大提升 了性能。Amptek 公司专门为 X 射线能谱测量应用优化了其所有硅漂移探测器产品。

 

同样的探头面积下,硅漂移探测器电容比传统硅 PIN 探测器电容低很多,则所需成型时 间变短,电子学噪声也会大大降低。因此硅漂移探测器可以相同(较高)的计数率下得到比

传统探测器好的能量分辨率。另外为引导电子移动到相当小的低电容阳极上,探测器中的电 极结构是特制的。

 

 

产品参数

 

常规参数

探头类型

硅漂移探测器(SDD)

探头尺寸

25mm2

硅晶体厚度

500μm

准直器

内置多层准直器(ML)

能量分辨率(@55Fe, 5.9keV
峰)

 

125-140eV FWHM (11.2μs 峰化时间)

峰本比(Peak to Background)

8200:1 (5.9keV 和 2keV 计数比)

铍(Be)窗厚度

0.5mil (12.5μm)

电荷敏感型前置放大器

Amptek 定制可复位放大器

增益稳定性(温飘)

<20ppm/ oC (一般情况下)

外壳尺寸

3 x 1.75 x 1.13 inch, 7.6 x 4.4 x 2.9 cm

重量

4.4 ounces (125g)

总功率

<1W

保修期

一年

产品寿命

五到十年,因具体应用而异

环境温度

0~+50oC

 

仓储和物流要求

长时间仓储:干燥条件下存放十年以上 仓储/物流需求:-20 到+50 oC,10%到 90%湿度(无冷凝器)

 

TUV Certification Certificate #: CU 72072412 02
Tested to: UL 61010-1: 2004 R7 .05
CAN/CSA-C22.2 61010-1: 2004

输出参数

前置放大器电源

电压正负 8 到 9V,电流 15mA,噪声峰峰值小于 50mV

 

探头电源

电压-90 到-150V,电流 25μA; 输入需要非常稳定:<0.1%的波动。

 

 

 

制冷器电源

最大电压 3.5V,最大电流 350mA,噪声峰峰值小于 100mV; 注意:XR-100SDD 探测器自身包含温度控制器

输出参数

前置放大器灵敏度

一般为 1mV/keV(不同探测器可能略有不同)

前置放大器极性

正脉冲信号输出(最大负载为 1k 欧姆)

前端放大器反馈

复位

温度显示灵敏度

利用 PX5/X-123 等直接读取温度(单位:开尔文)

可选配置或配件

 

 

 

 

 

 

 

 

X-123SDD

硅漂移探测器(SDD)也有对应的 X-123SDD 谱仪配置。 该集成化配置包含了 X 射线探头,前置放大器,DP5 数字脉冲 处理和多道分析模块,以及 PC5 电源模块。而用户仅需提供+5V
的直流输入和到您的电脑的 USB/RS232/以太网连接。

包含硅漂移探测器的 X-123SDD 谱仪产品

真空配件

和所有 Amptek 真空配件兼容

OEM

和所有 Amptek OEM 配件兼容

 

注意事项:
1. 硅漂移探测器需要负高压,而前放输出为正脉冲。
这和标准 Si-PIN 探测器所要求的正高压,而前方输出为负脉冲正好相反;
2. PX5 电源模块可以输出正或负的高压。若您为 XR100SDD 配套订购了 PX5 模块,则 PX5
必须设置为负高压输出。
在使用 XR-100CR 探测器时,因错误设定 PX5 为负高压输出导致的探测器损坏不在保修范 围之内。
而使用 XR-100SDD 探测器时,因设定 PX5 为正高压输出导致的探测器损坏亦不在保修范围 之内。

 

 

准直器的使用

 

为提高能谱测量的质量,绝大部分 Amptek 生产的探测器都带有内部准直器。 探测器有效面元(active volume)边缘部分和 X 射线的相互作用会因不完全电荷收集产生
一些小脉冲信号,进而影响测得的能谱数据。而且这些信号可能正处在用户所关心的元素所 在的能量范围,降低了信噪比。而内部准直器则可以限制 X 射线只能打到有效面元内,这 就避免了噪声信号的产生。
不同类型的探测器中准直器的应用各有优点:提高峰本比(P/B);消除边界效应;消除 假尖峰信号。

 

 

真空环境中的应用

 

XR-100SDD 型产品可以工作在 10-8 托的真空环境到大气压下工作,而真空环境应用有如 下两种方案:
1) XR-100SDD 的探头和前放均置于真空室内部:
a. 为保证 XR-100SDD 的正常工作,需避免器件过热,并做好输入的 1W 功率的良 好导热;即利用 XR-100SDD 封装上的四个安装孔,根据具体真空室位形设计散热,将器件 热量传导到真空室壁上;
b. 在 CF(Conflat Flange)刀口法兰上利用可选的真空馈通端子(如 9DVF 型,九接 口)连接 XR-100SDD 和真空室外的 PX5 电源。
2) XR-100SDD 全部置于真空室外:需利用可选的真空探测器延长组件(如 EXV9 型加 长管,长 9 英寸)和标准 CF 刀口法兰窗口(通过 O 圈密封)配套。

 

图 4. 真空条件使用中可选的延长组件

图 5. 高采样率 X 射线束线系统中 Amptek 高性能 SDD 的应用(定制法兰,4 个 SDD 探测器)

 

 

其他系统说明及性能曲线


图 6. SDD 的能量分辨率和峰化时间曲线

 

图 7. Si-PIN 和 SDD 探测器的分辨率-峰化/成形时间曲线对比

 

 

图 8. 对应不同峰化时间的能量分辨率和输入计数率曲线(SDD 配套 DP5 使用) 该图也表示了最大输出计数率曲线(黑色虚线)。而系统工作参数在该曲线右边区域时, 尽管输入计数率很高,但输出计数率仍会小于最大值,具体情况见下图 9。

 

图 9. 不同峰化时间下 SDD 的输入计数率和输出计数率曲线(输出效率)


由于 SDD 探测器具有更小的电容,在成型放大器中较短的成形时间即可保证较好的能量 分辨率。通常使用 9.6μs 或更小的成形时间,这极大提高了系统的输出效率。

图 10. 使用 SDD 得到的 55Fe 能谱

 

图 11. 不同峰化时间下 SDD 探测器的能量分辨率和对应能量峰值曲线

 

图 12. 综合考虑铍窗(及保护膜)的传输效率及和 Si 晶体的相互作用效率后不同能量的传 输率曲线。


曲线的低能量部分由铍窗厚度决定(0.3mil/8μm 或 0.5mil/12.5μm),而高能量部分则由 Si 晶体有效厚度决定:500μm。

 

传输效率文件:包含传输效率方面系数和常见问题解答的.zip 格式文件,仅提供基本信息, 不能作为定量分析依据。

 

 

SDD 应用中的各种能谱图

利用高性能硅漂移探测器(SuperSDD)和 Mini-X型X 射线管测得的不同样品的荧光能谱:

图 13. SS316 型不锈钢

 

图 14. PVC 样品(RoHS/WEEE 标准)

 

图 15. CaCl2 溶液(800ppm Ca, 1200 ppm Cl)

 

图 16. 含有少量 KCl 的原油(1100ppm)中的 S 元素

 

图 17. 汽车催化剂

 

图 18. 铂金(Pt)戒指

 

完整的 X 射线荧光谱仪(XRF)系统

 

 

图 19. 安装于 MP1 型平板上的 XR100SDD 探测器和 Mini-X 发生器

 

完整XRF系统包括:

1. XR-100SDD 型硅漂移探测器;

2. PX5 型数字脉冲处理器,多道分析器及电源;

3. Mini-X 型 USB 控制 X 射线管;

4. XRF-FP 定量分析软件;

5. MP1 型 XRF 系统安装平台。

 

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