[发明专利]一种基于Si-PIN探测器阵列的高分辨率X射线能谱仪

说明书

本发明公开了一种基于Si‑PIN探测器阵列的高分辨率X射线能谱仪，能谱仪的探测器选用m行×n列的Si‑PIN探测器阵列，每一行探测器共用一个电荷灵敏放大器，共有n列，探测器检测到的X射线经放大器放大后分别被送入时间甄别单元与信号滤波加权单元，形成n路时间信号和单路能量信号。在数字多道脉冲幅度分析器的内部，时间信号与能量信号经离线校正模块和梯形成形模块的处理，提取到精确的脉冲幅值，最终输出X射线的能谱。本发明的有益效果是增大了探测器检测X射线尤其是高能X射线时的探测效率，解决了常规情况下使用探测器阵列时引入较大噪声的问题，提高了信噪比，有效提高了X射线能谱仪的能量分辨率。

技术领域

本发明涉及核仪器技术领域，尤其涉及一种使用Si-PIN探测器阵列的高分辨率X射线能谱仪。

背景技术

X射线能谱仪是一种利用不同元素特征X射线能量的不同来展谱从而进行成分分析的仪器，它主要由探测器、放大器、脉冲幅度分析器组成，现已在选矿、化工、冶金、地质勘查、环境监测、生物医学等领域发挥重要作用。当前，研制高分辨率的X射线能谱仪已经成为核仪器领域的研究热点。

Si-PIN探测器是一种以半导体材料Si作为探测器基体，采用P-I-N(Positive-Intrinsic-Negative)结构,包括一层P型半导体(多数载流子是空穴，受主杂质为主导)、一层N型半导体(多数载流子为电子，施主杂质为主导，)以及二者中间的本征半导体I层，结合平面工艺和离子注入工艺制作出的高性能核辐射探测器，它具有结电容小、漏电流低、响应时间快、抗磁场干扰能力强、位置分辨率好、能量分辨率高等特点，因此是适用于高分辨率能谱仪的理想探测器。

通用能谱仪主要分为模拟型和数字型两大类。近年来，随着微电子技术的快速发展，大规模的现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)得以实现，基于FPGA的数字多道能谱仪也相继被研制出来。数字能谱仪通过数字滤波、数字脉冲反堆积和数字峰值保持等算法取代传统的模拟成形放大电路、峰值采样电路等，从而实现高计数率、低温漂和小型化，因此成为当前X射线能谱仪设计的首选方案。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于Si-PIN探测器阵列的高分辨率X射线能谱仪，解决了常规情况下使用单一Si-PIN探测器测量X射线尤其是高能X射线时探测效率低，计数率下降，能量分辨率变差的问题。

一种基于Si-PIN探测器阵列的高分辨率X射线能谱仪，包括Si-PIN探测器阵列、电荷灵敏放大器阵列、RC有源滤波单元、信号加权单元、时间甄别单元及数字多道脉冲幅度分析器；

所述Si-PIN探测器阵列是由Si-PIN探测器组合成m行×n列的探测器阵列，所有Si-PIN探测器阴极相连，每一行Si-PIN探测器阳极并联，并通过偏置电阻连接高压电源；

所述每一行Si-PIN探测器使用同一个电荷灵敏放大器，不同行间使用的电荷灵敏放大器组成电荷灵敏放大器阵列；

Si-PIN探测器阵列将接收到的X射线转换为电荷信号，并通过电荷灵敏放大器阵列放大后获得核脉冲信号。

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

改善了单一Si-PIN探测器应用于X射线检测时探测效率低、计数率不足的缺点，同时解决了使用大规模Si-PIN探测器阵列时噪声大、信噪比低、系统能量分辨率差的问题。

附图说明

图1是基于Si-PIN探测器阵列的高分辨率X射线能谱仪系统原理图；

图2是Si-PIN探测器阵列与电荷灵敏放大器阵列结构示意图；

图3是数字多道能谱仪系统内部框图；

图4是本发明电荷灵敏放大器电路图；