能量色散X射線熒光光譜在線分析中的難點(diǎn)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(yīng)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(jìn)步，同時在實際應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(diǎn)問題，研究具體的解決辦法，這是一個現(xiàn)實且迫切的任務(wù)，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(diǎn);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(yùn)用中得到充分普及。但就具體的應(yīng)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(diǎn)問題需要找到切實可行的辦法進(jìn)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(yīng)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(jìn)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?？?，同時也能夠保證分析結(jié)果的高度穩(wěn)定和準(zhǔn)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(jìn)而完成定性與定量的精確分析。

計算機(jī)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(jìn)行分解的擬合應(yīng)用功能?？紤]到能量色散型儀器的實際優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用領(lǐng)域都得到了非常大范圍和深度的應(yīng)用。

2 能量色散X射線熒光光譜在在線分析中的難點(diǎn)及其解決方法

能量色散X射線熒光光譜是進(jìn)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(jìn)行分析，是相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的核心內(nèi)容，也是該系統(tǒng)進(jìn)行建設(shè)的關(guān)鍵部分。在實際的運(yùn)行過程中，需要對一些技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行分析，研究其更有效的解決措施，進(jìn)而能夠形成對整個技術(shù)的完善和促進(jìn)作用。

2.1 能量色散X射線熒光光譜設(shè)備

從設(shè)備運(yùn)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(yīng)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(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢形成相得益彰的應(yīng)用效果。波長色散型儀器的研發(fā)運(yùn)用時間更早，相對技術(shù)也更成熟一些，從技術(shù)特點(diǎn)看，更適用于接收強(qiáng)度較低的熒光檢測。其問題是要采用較為復(fù)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(yán)格要求檢測環(huán)境，使其符合既定標(biāo)準(zhǔn)，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(yīng)用投入成本高，一般都在實驗室環(huán)境應(yīng)用。能量色散型儀器克服了波長色散型分析的部分缺點(diǎn)，其優(yōu)勢表現(xiàn)在儀器簡單，設(shè)備無需復(fù)雜的分光系統(tǒng)，并采用半導(dǎo)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(qiáng)，尤其是其在線功能強(qiáng)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(qiáng)。

2.2 數(shù)據(jù)采集難點(diǎn)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(jìn)行采集，并將這些采集的數(shù)據(jù)傳輸給計算機(jī)系統(tǒng)，由計算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。計算機(jī)系統(tǒng)主要采用Windows作為操作平臺，該運(yùn)行環(huán)境下需要對硬件設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動，而硬件驅(qū)動程序編寫非常費(fèi)時和費(fèi)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(yīng)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(jī)的I/O口對數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(yīng)用程序中，數(shù)據(jù)采集進(jìn)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(jìn)程在實踐的過程中得以充分落實，同時在應(yīng)用進(jìn)程完結(jié)之后，要對其相關(guān)資源進(jìn)行有效銷毀，所以在系統(tǒng)資源進(jìn)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(jìn)程之后，要把相對應(yīng)的主執(zhí)行線程進(jìn)行啟動，主執(zhí)行線程把相關(guān)任務(wù)完成之后，就要對其進(jìn)行終止，然后停用與之相對應(yīng)的各類進(jìn)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(jìn)程程序需要線程執(zhí)行其任務(wù)內(nèi)容，該線程由操作系統(tǒng)和應(yīng)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(yīng)用需求，來針對相對應(yīng)的應(yīng)用程序線程進(jìn)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(rèn)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(qiáng)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(jī)的相關(guān)程序和效能層，這樣能夠更簡單方便的訪問相應(yīng)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(jìn)行編譯處理和運(yùn)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(qiáng)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(yīng)用程序的全局變量進(jìn)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(yīng)用寄存器操作系統(tǒng)，也會針對此類寄存器進(jìn)行應(yīng)用，在這樣的情況下就會導(dǎo)致兩方面存在一定的沖突或者矛盾，因此在應(yīng)用寄存器之前，要著重做好寄存器值壓棧保護(hù)，針對寄存器應(yīng)用完成之后要使原值得到有效的恢復(fù)。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(diǎn)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(jī)的相關(guān)軟件硬件設(shè)備等等進(jìn)行科學(xué)合理的控制。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，要針對該系統(tǒng)進(jìn)行不斷的優(yōu)化升級學(xué)習(xí)，進(jìn)一步更新切實有效的應(yīng)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(qiáng)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(jìn)行集約化的管理，對于各類信息進(jìn)行科學(xué)合理的配置，以此使整個系統(tǒng)更安全穩(wěn)定，在運(yùn)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(yīng)用程序，設(shè)置了相對應(yīng)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(wù)。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(luò)、安全、軟件、系統(tǒng)等相關(guān)內(nèi)容針對登錄用戶和默認(rèn)用戶都可以有效配置，為其量身打造提供相對應(yīng)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(yīng)的配件，同時針對具體的啟動情況進(jìn)行及時有效的監(jiān)管，在應(yīng)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(jìn)行兩種以上的配置。

2.4 安裝程序難點(diǎn)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(yīng)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(yīng)用程序被充分開發(fā)之后，要在第一時間針對相對應(yīng)的安裝程度和發(fā)布程序進(jìn)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(yīng)該做好相應(yīng)的設(shè)置工作，可以避免因為反復(fù)設(shè)置導(dǎo)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(yīng)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(diǎn)問題，所有核心文件要進(jìn)行科學(xué)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(jìn)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(yīng)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(jìn)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(jìn)而可以對整個技術(shù)的在線運(yùn)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(yīng)用機(jī)構(gòu)，是一個巨大的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[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(xué)，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(xué)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。