本發(fā)明涉及光譜分析領(lǐng)域，特別涉及一種在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

X射線指電磁波譜中波長介于0.01-10nm的電磁波，其特性通常由能量(Kev)和波長(nm)來決定。X射線熒光(XRF)是一種原子內(nèi)部變化所引起的現(xiàn)象。穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)由原子核和核外電子組成，核外電子以其特有的能量在原子核外運動。當內(nèi)層電子(如K層)受到足夠多能量的X射線照射時，內(nèi)層電子就會脫離原來的軌道，電子釋放出來，從而形成相應(yīng)的電子空穴，此時處于較高殼層的電子(如L層)就會躍遷到該較低的電子層上來彌補相應(yīng)的電子空穴。由于不同電子層的電子能量不同，這些能量差值以二次X射線的形式釋放出來，就形成了X射線熒光(XRF)。不同的元素所釋放出來的二次射線具有特定的能量特征。通過對XRF光譜的檢測可以測量元素的種類，現(xiàn)有技術(shù)中有效的元素測量范圍為11號元素(Na)到92號元素(U)。

由于XRF光譜與樣品的化學(xué)結(jié)合狀態(tài)無關(guān)，經(jīng)過多年的發(fā)展，臺式和手持式X射線熒光光譜分析已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于固體、液體和粉末的測試。如在公開號為CN102735705 B的中國專利中公開了一種便攜式XRF檢測儀，其典型結(jié)構(gòu)包括用于將X射線引導(dǎo)至試樣的X射線源以及響應(yīng)該試樣發(fā)射的X射線的檢測器。分析子系統(tǒng)對信號進行定量和定性分析，對特定元素種類鑒別和含量分析。但現(xiàn)有技術(shù)中的此類臺式和手持式X射線熒光光譜儀不能對過程工業(yè)中的樣品進行快速聯(lián)系的分析，也不能在分析數(shù)據(jù)后對整個過程反饋進行自動化控制，從而提升整個流程的效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服已有的X射線熒光光譜儀不能對過程工業(yè)中的樣品進行快速聯(lián)系的分析，也不能在分析數(shù)據(jù)后對整個過程反饋進行自動化控制的缺陷，從而提供一種在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)，包括檢測子系統(tǒng)、自控子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；其中，

所述檢測子系統(tǒng)包括X射線源、X射線檢測器以及樣品采集器；X射線源所發(fā)出的X射線入射到樣品采集器內(nèi)，所述樣品采集器內(nèi)的樣品在X射線的激發(fā)下生成二次X射線，X射線檢測器對該二次X射線能量進行檢測，包含有檢測結(jié)果的信號傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)；

所述自控子系統(tǒng)用于將以流體形態(tài)存在的樣品從高溫高壓或者低溫低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變到常溫常壓狀態(tài)，并將所述以流體形態(tài)存在的樣品傳輸?shù)綐悠凡杉髦幸詡錂z測子系統(tǒng)進行分析測試；所述自控子系統(tǒng)同時還將以流體形態(tài)存在的樣品的溫度和壓力參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，接收并執(zhí)行來自數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的指令；

所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)接收來自檢測子系統(tǒng)的檢測信號，通過二次X射線的波長來鑒別樣品的元素種類，通過二次X射線的強度來計算元素在所述樣品內(nèi)的含量；所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)還接收來自自控子系統(tǒng)的信號，根據(jù)該信號來控制自控子系統(tǒng)，使樣品滿足進入到樣品采集器的條件，并預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

上述技術(shù)方案中，所述樣品采集器為一盒狀結(jié)構(gòu)，其包括盒體21、一個流體進樣口22、一個流體出樣口23、一個樣品檢測窗口24、一個流體狀態(tài)檢測器接口25；所述流體進樣口22位于盒體21的一側(cè)且位置較低處；所述流體出樣口23位于盒體21的另一側(cè)且位置較高處；所述樣品檢測窗口24位于所述盒體21的上表面；所述流體狀態(tài)檢測器接口25位于盒體21的一側(cè)。

上述技術(shù)方案中，所述樣品采集器在安裝時需保證樣品采集器內(nèi)的樣品、X射線源、X射線檢測器三者的角度和距離一致性。

上述技術(shù)方案中，所述自控子系統(tǒng)具體包括：反應(yīng)器或管線、泵、換熱裝置、溫度計、流量計、三通閥；

以流體形態(tài)存在的樣品從反應(yīng)器或管線流出后，依次經(jīng)流量控制泵、變壓器、換熱裝置、溫度計、流量計、三通閥傳輸?shù)綐悠凡杉?；以流體形態(tài)存在的樣品當需要從樣品采集器內(nèi)流出時，其從樣品采集器流出后直接傳輸?shù)椒磻?yīng)器或管線。

上述技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進一步包括：信號放大反饋電路、元素種類鑒別模塊、元素含量計算模塊、控制模塊；其中，所述信號放大反饋電路對所接收到的信號加以放大；所述元素鑒別模塊依據(jù)檢測信號中所包含的二次X射線的波長來鑒別樣品的元素種類；元素含量計算模塊依據(jù)檢測信號中所包含的二次X射線的強度來計算元素在所述試樣內(nèi)的含量；所述控制模塊根據(jù)從自控子系統(tǒng)所接收的樣品溫度信息和壓力信息對自控子系統(tǒng)中的換溫裝置和變壓器進行控制，使流體樣品滿足進入到樣品采集器的條件，還能夠預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)能夠?qū)α黧w形態(tài)存在的樣品實現(xiàn)在線檢測與分析，具有實時性高的優(yōu)點；

2、本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)能夠根據(jù)檢測過程中的參數(shù)對檢測、分析過程做自動化控制，具有自動化程度高的優(yōu)點；

3、本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)采用了樣品采集器，該樣品采集器能夠避免以流體形態(tài)存在的樣品對X射線檢測器和X射線源的污染，且有助于提高測量精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)是樣品采集器一個側(cè)面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(b)是樣品采集器另一個側(cè)面上的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。

為了便于理解，對本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)實現(xiàn)定性分析與定量分析的依據(jù)進行說明。

定性分析依據(jù)：根據(jù)掃描測量的譜圖進行譜峰的檢索并與標準譜的比對確定樣品的元素(或化合物)組成。主要依據(jù)莫塞萊定律：特征X射線譜的頻率的平方根與原子序數(shù)成正比，即：

式中，v表示頻率，Z表示原子序數(shù)，Q為常數(shù)，σ為屏蔽常數(shù)。

定量分析依據(jù)：通過將測得的特征X射線熒光光譜強度轉(zhuǎn)換成濃度的過程。

C_i＝K_iI_iM_iS_i；

其中，C表示待測元素的濃度、下標i表示待測元素、K表示儀器校正因子、I表示待測元素的X射線熒光純強度、M表示元素間吸收增強效應(yīng)校正、S表示樣品物理形態(tài)因素。

參考圖1，本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)包括：檢測子系統(tǒng)、自控子系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

所述檢測子系統(tǒng)包括X射線源、X射線檢測器以及樣品采集器；X射線源所發(fā)出的X射線入射到樣品采集器內(nèi)，所述樣品采集器內(nèi)的樣品在X射線的激發(fā)下生成二次X射線，X射線檢測器對該二次X射線能量進行檢測，包含有檢測結(jié)果的信號傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

圖2(a)和圖2(b)為樣品采集器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，樣品采集器用于避免以流體形態(tài)存在的樣品對X射線檢測器和X射線源的污染。所述樣品采集器為一盒狀結(jié)構(gòu)，其包括盒體21、一個流體進樣口22、一個流體出樣口23、一個樣品檢測窗口24、一個流體狀態(tài)檢測器接口25；所述流體進樣口22位于盒體21的一側(cè)且位置較低處；所述流體出樣口23位于盒體21的另一側(cè)且位置較高處；所述樣品檢測窗口24位于所述盒體21的上表面，其可用碳酸脂或者金剛石薄膜制成；所述流體狀態(tài)檢測器接口25位于盒體21的一側(cè)。所述盒體21本身可采用聚四氟乙烯、不銹鋼、玻璃、石英中的任意一種實現(xiàn)。所述樣品采集器在安裝時應(yīng)保證樣品采集器內(nèi)的樣品、X射線源、X射線檢測器三者的角度和距離一致性，從而提高測量精度。

所述自控子系統(tǒng)用于將來自反應(yīng)器或者管線的以流體形態(tài)存在的樣品(也可簡稱流體樣品)從高溫高壓或者低溫低壓狀態(tài)轉(zhuǎn)變到常溫常壓狀態(tài)，并將所述以流體形態(tài)存在的樣品傳輸?shù)綐悠凡杉髦幸詡錂z測子系統(tǒng)進行分析測試；所述自控子系統(tǒng)同時還將以流體形態(tài)存在的樣品的溫度和壓力參數(shù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，能接收并執(zhí)行來自數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)的指令。

如圖1所示，在一個實施例中，所述自控子系統(tǒng)具體包括：反應(yīng)器或管線(可以從反應(yīng)器直接獲得樣品，也可以從工廠的管線里面獲得樣品)、泵、換熱裝置、溫度計、流量計、三通閥；以流體形態(tài)存在的樣品從反應(yīng)器或管線流出后，依次經(jīng)流量控制泵、變壓器、換熱裝置、溫度計、流量計、三通閥傳輸?shù)綐悠凡杉?，從樣品采集器的流體進樣口流入，其中的三通閥主要用于流量控制或者截止控制；以流體形態(tài)存在的樣品當需要從樣品采集器內(nèi)流出時，其從流體出樣口流出后直接傳輸?shù)椒磻?yīng)器或管線。

所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)接收來自檢測子系統(tǒng)的檢測信號，根據(jù)前文所述的定性分析依據(jù)通過二次X射線的波長來鑒別樣品的元素種類，根據(jù)前文所述的定量分析依據(jù)通過二次X射線的強度來計算元素在所述樣品內(nèi)的含量；所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)還接收來自自控子系統(tǒng)的信號(如流體樣品的溫度和壓力參數(shù))，根據(jù)樣品溫度和壓力特征來控制自控子系統(tǒng)中的換溫裝置和變壓器，使流體樣品滿足進入到樣品采集器的條件，并預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

如1所示，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)進一步包括：信號放大反饋電路、元素種類鑒別模塊、元素含量計算模塊、控制模塊；其中，所述信號放大反饋電路對所接收到的信號加以放大；所述元素鑒別模塊依據(jù)檢測信號中所包含的二次X射線的波長來鑒別樣品的元素種類；元素含量計算模塊依據(jù)檢測信號中所包含的二次X射線的強度來計算元素在所述試樣內(nèi)的含量；控制模塊根據(jù)從自控子系統(tǒng)所接收的樣品溫度信息和壓力信息對自控子系統(tǒng)中的換溫裝置和變壓器進行控制，使流體樣品滿足進入到樣品采集器的條件，還能夠預(yù)先判斷采集樣品的條件是否滿足。

本發(fā)明的在線X射線熒光光譜分析系統(tǒng)在進行檢測時，如圖3所示，首先開啟流量控制泵，流體(溶液是流體的一種)通過傳輸線路進入到樣品采集器內(nèi)，當其充滿樣品采集器后，調(diào)節(jié)流量并開始檢測過程，X射線檢測器探測來此樣品的特征X射線波長及其強度，然后將特征X射線波長及其強度傳輸給數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)根據(jù)樣品的特征X射線波長及其強度確定樣品中所含元素的種類與含量；當檢測完畢后，用清潔劑或清水清潔內(nèi)部管道，之后流量控制泵排水，檢測過程結(jié)束。

最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。