能量色散X射線熒光光譜在線分析中的難點及措施

張偉 陳樹軍 尹兆余 周洪軍

摘 要：近些年來，隨著我國在X射線檢測應用領(lǐng)域的拓展，使得整個國家在相關(guān)生產(chǎn)和技術(shù)的研發(fā)方面取得了巨大進步，同時在實際應用的過程中，也同時暴露出一些技術(shù)上的問題。尤其是在線分析環(huán)節(jié)，因為各方面設(shè)計和具體應用環(huán)節(jié)上存在的各種現(xiàn)實問題，在在線分析過程中，缺乏應有的針對性和適用性，使得整個檢測工作面臨著一些非常大的考驗。針對這些分析中的難點問題，研究具體的解決辦法，這是一個現(xiàn)實且迫切的任務，要從根本上有效完成。

關(guān)鍵詞：能量色散X射線熒光光譜;在線分析;難點;方法

能量色散X射線熒光光譜能夠表征整個元素的存在及含量，其檢測的方式和方法已經(jīng)形成了較為成熟的技術(shù)體系，并在實際的運用中得到充分普及。但就具體的應用過程中所暴露出來的一些問題看，尤其是在線分析中有著一些亟待提高和解決的現(xiàn)實問題，并限制和影響了整個設(shè)備的性能發(fā)揮，這些現(xiàn)實難點問題需要找到切實可行的辦法進行有效徹底的解決，通過對一些關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的優(yōu)化和完善，實現(xiàn)整個光譜分析的實用性和穩(wěn)定性的充分保障。

1 能量色散X射線分析技術(shù)應用概述

在實際的探測環(huán)節(jié)有針對性的利用能量色散X射線熒光，是非常實用的無損探測分析技術(shù)，可以實現(xiàn)非損傷性探測功能，同時對探測物的構(gòu)成及其成分含量等也可以進行非常精確的探測和分析。相比于其他一些傳統(tǒng)探測技術(shù)，該技術(shù)的分析速度非常快，同時也能夠保證分析結(jié)果的高度穩(wěn)定和準確。該技術(shù)所探測分析的對象包括塊狀固體、固體粉末、液體、漿體以及氣體混合物等，通過對這些檢測物中各元素的探測，進而完成定性與定量的精確分析。

計算機及其相關(guān)信息技術(shù)的迅速發(fā)展及充分使用，使得能量色散X射線熒光分析技術(shù)在數(shù)據(jù)的處理上得到了極大的提升，其在線分析技術(shù)對原有的分析方式和方法是一種非常徹底的優(yōu)化和完善。不但實現(xiàn)了相關(guān)生產(chǎn)領(lǐng)域的充分自動化流程化檢測，同時也實現(xiàn)了智能化的實施效果，使得檢測效率和檢測質(zhì)量都得到充分保障。一些專業(yè)軟件的開發(fā)，使得整個檢測的處理能力有了更大改善，尤其是能量色散處理等方面，已經(jīng)研發(fā)出可扣除基本面并對重疊峰進行分解的擬合應用功能。考慮到能量色散型儀器的實際優(yōu)點，包括價格、操作成本、結(jié)構(gòu)、功耗、輻射性、并行工作能力等，在更多的應用領(lǐng)域都得到了非常大范圍和深度的應用。

2 能量色散X射線熒光光譜在在線分析中的難點及其解決方法

能量色散X射線熒光光譜是進行待測物構(gòu)成及含量精確測量的主要憑據(jù)，因此有著非常重要的價值，并對實際的檢測精確度和穩(wěn)定性有著非常巨大的影響。在線對能量色散X射線熒光光譜進行分析，是相關(guān)技術(shù)應用的核心內(nèi)容，也是該系統(tǒng)進行建設(shè)的關(guān)鍵部分。在實際的運行過程中，需要對一些技術(shù)難點進行分析，研究其更有效的解決措施，進而能夠形成對整個技術(shù)的完善和促進作用。

2.1 能量色散X射線熒光光譜設(shè)備

從設(shè)備運用角度來看，X射線熒光分析可以分為兩種，即波長色散型儀器與能量色散型儀器。從實際的應用情況來看，兩種技術(shù)方法都得到了充分發(fā)展，并能夠根據(jù)自身的技術(shù)特點和技術(shù)優(yōu)勢形成相得益彰的應用效果。波長色散型儀器的研發(fā)運用時間更早，相對技術(shù)也更成熟一些，從技術(shù)特點看，更適用于接收強度較低的熒光檢測。其問題是要采用較為復雜的分光技術(shù)，因為設(shè)備體積相對來說比較大，所以要嚴格要求檢測環(huán)境，使其符合既定標準，能量色散X射線熒光光譜在線分析時對系統(tǒng)資源占用較大，且建設(shè)和應用投入成本高，一般都在實驗室環(huán)境應用。能量色散型儀器克服了波長色散型分析的部分缺點，其優(yōu)勢表現(xiàn)在儀器簡單，設(shè)備無需復雜的分光系統(tǒng)，并采用半導體探測器完成對光子的探測。同時，該設(shè)備對環(huán)境適用性較強，尤其是其在線功能強大，對數(shù)據(jù)的分析效率高，速度快，且成本較低，實用性更強。

2.2 數(shù)據(jù)采集難點及解決措施

能量色散X射線熒光光譜的分析，需要對數(shù)據(jù)進行采集，并將這些采集的數(shù)據(jù)傳輸給計算機系統(tǒng)，由計算機系統(tǒng)應用軟件對數(shù)據(jù)進行分析和處理。計算機系統(tǒng)主要采用Windows作為操作平臺，該運行環(huán)境下需要對硬件設(shè)備進行驅(qū)動，而硬件驅(qū)動程序編寫非常費時和費力，而操作系統(tǒng)因為版本不同其驅(qū)動也要做出調(diào)整。數(shù)據(jù)采集和處理因此形成了一定難度，具體操作過程中對于那些在線要求不高的應用軟件系統(tǒng)，需要更加便捷的即插即用數(shù)據(jù)采集方法。通過訪問查詢方式直接從計算機的I/O口對數(shù)據(jù)進行讀取，還要保證多線程操作以確保數(shù)據(jù)訪問和查詢等采集方式的正常進行。

2.2.1 線程設(shè)計

針對Windows系統(tǒng)的平臺支持功能來說，在相關(guān)應用程序中，數(shù)據(jù)采集進程是其中至關(guān)重要的內(nèi)容，在實踐的過程中要充分做好數(shù)據(jù)采集工作，同時要確保不同進程在實踐的過程中得以充分落實，同時在應用進程完結(jié)之后，要對其相關(guān)資源進行有效銷毀，所以在系統(tǒng)資源進程完結(jié)之后，會完全的關(guān)閉或者直接的釋放出來。線程是整個能量色散X射線熒光光譜分析中的內(nèi)部執(zhí)行程序單元，在系統(tǒng)創(chuàng)建整個進程之后，要把相對應的主執(zhí)行線程進行啟動，主執(zhí)行線程把相關(guān)任務完成之后，就要對其進行終止，然后停用與之相對應的各類進程，以此確保整個系統(tǒng)資源能夠最大限度優(yōu)化配置，確保線程工作的穩(wěn)定性。工作狀態(tài)下，進程程序需要線程執(zhí)行其任務內(nèi)容，該線程由操作系統(tǒng)和應用軟件配合建立。通過這一的過程，使得用戶可以按照具體的應用需求，來針對相對應的應用程序線程進行有針對性的創(chuàng)設(shè)。線程分配CPU資源，時間單位為ms級，可以認定其為同步操作。

2.2.2 訪問硬件管理

硬件訪問時將硬件性能挖掘并利用的基本方式，硬件訪問效率決定了整個系統(tǒng)的整體效率和分析質(zhì)量，尤其是最時間和節(jié)奏的控制上可以提供強有力的支持作用。系統(tǒng)的內(nèi)嵌匯編功能能夠確保用戶有針對性地操作計算機的相關(guān)程序和效能層，這樣能夠更簡單方便的訪問相應的硬件，硬件訪問更為便捷容易。硬件訪問需要匯編的嵌入，直接將匯編代碼寫入系統(tǒng)，并進行編譯處理和運行。嵌入?yún)R編在具體執(zhí)行單元相對較為簡單，采用面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)性設(shè)計，使得其表現(xiàn)效果更加直接直觀，可視性強化。具體來說，要著重關(guān)注以下兩方面注意事項：

第一個方面主要指的是在匯編代碼里面針對應用程序的全局變量進行訪問的過程中，所涉及的寄存器類型要有效匹配變量的類型。第二個方面主要指的是因為直接應用寄存器操作系統(tǒng)，也會針對此類寄存器進行應用，在這樣的情況下就會導致兩方面存在一定的沖突或者矛盾，因此在應用寄存器之前，要著重做好寄存器值壓棧保護，針對寄存器應用完成之后要使原值得到有效的恢復。用內(nèi)嵌匯編寫關(guān)于端口讀寫的相關(guān)函數(shù)，利用此類函數(shù)能夠更有效地讀取自硬件端口的數(shù)據(jù)等。

2.3 注冊表難點及解決措施

注冊表在整個系統(tǒng)中是核心所在，同時對于整個Windows系統(tǒng)來說就像大腦一樣，對于計算機的相關(guān)軟件硬件設(shè)備等等進行科學合理的控制。隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，要針對該系統(tǒng)進行不斷的優(yōu)化升級學習，進一步更新切實有效的應用更高版本的Windows，并且在其中著重做好相關(guān)注冊表的設(shè)計工作，通過更系統(tǒng)完善而且功能更為強大的注冊表數(shù)據(jù)庫來針對相關(guān)的管理系統(tǒng)和硬件設(shè)施進行集約化的管理，對于各類信息進行科學合理的配置，以此使整個系統(tǒng)更安全穩(wěn)定，在運行效率方面得到更顯著的提升。在Windows的注冊表中，鍵值下面也保存著各類用戶的相關(guān)個性化配置應用程序，設(shè)置了相對應的個性化用戶使用界面，這樣能夠為用戶提供個性化的服務。各種硬件軟件的配置都存放在了這里，配置、驅(qū)動程序、即插即用、硬件、網(wǎng)絡、安全、軟件、系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容針對登錄用戶和默認用戶都可以有效配置，為其量身打造提供相對應的配置信息。Windows得到不斷的升級和優(yōu)化，這樣能夠根據(jù)不同用戶的需求配備相對應的配件，同時針對具體的啟動情況進行及時有效的監(jiān)管，在應用不同配置的過程中，所涉及的配置內(nèi)容也會有很大的差異性，因此針對相關(guān)用戶來說，不需要進行兩種以上的配置。

2.4 安裝程序難點及解決措施

對系統(tǒng)設(shè)計所涉及的程序編寫以及對數(shù)據(jù)分發(fā)處理方面，需要基于數(shù)據(jù)庫的各項應用程序完成各種信息的調(diào)用，數(shù)據(jù)庫程序的安裝以及對相關(guān)參數(shù)的配置，這是在實際工作中不可忽缺的一個環(huán)節(jié)，其中某一個數(shù)據(jù)庫應用程序被充分開發(fā)之后，要在第一時間針對相對應的安裝程度和發(fā)布程序進行有效發(fā)布，否則會引起錯誤。包括安裝路徑的設(shè)置，以及一些參數(shù)內(nèi)容的設(shè)置，都是一個非常專業(yè)的操作流程。其在出廠之前，應該做好相應的設(shè)置工作，可以避免因為反復設(shè)置導致系統(tǒng)的整個工作狀態(tài)受到影響，并會給企業(yè)用戶和相關(guān)訪問用戶帶來一定的不便。在線檢測功能的實現(xiàn)，需要數(shù)據(jù)庫應用程序發(fā)揮其關(guān)鍵性的支持作用。從目前來看，對數(shù)據(jù)庫的安裝和調(diào)整是一個非常重要的技術(shù)難點問題，所有核心文件要進行科學合理的分類，然后在三個不同分組中有效匯總，軟件系統(tǒng)結(jié)合相關(guān)文件功能進行分類。安裝程序在設(shè)計中需要有針對性的完善和發(fā)展，形成對整個應用系統(tǒng)的充分支持作用。

3 結(jié)語

綜上所述，能量色散X射線熒光光譜分析是廣泛用于實際生產(chǎn)生活的一項重要技術(shù)內(nèi)容，主要用于對不同元素的成分及其含量等進行精確檢測。該檢測的優(yōu)勢非常顯著，包括：無破損、精度高、實施方便、成本低等，因此被廣泛用于各工業(yè)生產(chǎn)和安全檢查檢測等領(lǐng)域。從目前來看，該技術(shù)還處于持續(xù)完善和創(chuàng)新發(fā)展的階段，通過不斷將各種技術(shù)內(nèi)容融入整個系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的功能和性能得到有效提升，進而可以對整個技術(shù)的在線運用等形成積極的建設(shè)性作用。而相關(guān)技術(shù)的完善和發(fā)展，對于相關(guān)企業(yè)和應用機構(gòu)，是一個巨大的發(fā)展。

參考文獻：

[1]鄭躍斌，韓文秀.能量色散X射線熒光軟件的設(shè)計和優(yōu)化[D].四川大學，2015.

基金項目：遼寧省工業(yè)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化項目（2018106012）;遼寧省“百千萬人才工程”資助項目（遼人社[2019]45號）;遼寧省自然科學基金項目（2019-MS-107）;遼寧省“興遼英才計劃”項目（XLYC1807168）

作者簡介：張偉（1980— ），男，漢族，黑龍江密山人，本科，教授，高級工程師，主要從事儀器儀表研發(fā)工作。