Sistema de detección X-123SDD

El X-123SDD es una solución completa de detección de rayos X con un detector de deriva de silicio en un paquete compacto que cabe en la mano.

Sin el uso de nitrógeno líquido

Fig. 1 Espectrómetro X-123SDD.

X-123SDD incluye

Detector de deriva de silicio (SDD) y preamplificador
Procesador y analizador de pulsos digitales
Fuente de alimentación y software compatibles con tu PC

Ventajas

Compacidad del sistema
Facilidad de uso
Tamaño pequeño (7 x 10 x 2,5 cm)
Bajo consumo de energía (2,5 W)
Peso ligero (180 g)
Conectores USB, RS232 y Ethernet

Solicitud

Análisis de fluorescencia de rayos X (XRF)
Cumplimiento de RoHS/WEE para instrumentación
Control de procesos tecnológicos
Arte y Arqueología

Detector

Detector de deriva de silicio (SDD) para detección de rayos X
Refrigeración termoeléctrica de 2 etapas
Área: 25 mm2
Espesor: 500 micras
Colimador multicapa

Características generales

Resolución: 125-140 keV, FWHM a 5,9 keV
Rango de energía óptimo: de 1 keV a 40 keV
Velocidad máxima de conteo: hasta 5,6 x 105 eventos por segundo

El X-123SDD es el resultado de 15 años de desarrollo de detectores de rayos X por parte de Amptek. La filosofía de la empresa siempre ha sido la de producir detectores compactos, de bajo consumo, de alto rendimiento y fáciles de manejar. El X-123SDD es un ejemplo de esta filosofía y es una combinación del detector de rayos X de deriva de silicio XR-100SDD y su preamplificador sensible a la carga; el procesador de pulsos digitales DP5, MCA, software y fuente de alimentación PC5 en una única carcasa. Y todo esto requiere únicamente +5 V DC y conexión a un ordenador mediante USB, RS232 o Ethernet.

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Fig.2 Espectro de 55Fe obtenido utilizando un detector de deriva de silicio (SDD).

Descripción

El X-123SDD combina los componentes de espectrometría de rayos X de alta calidad de Amptek en un solo paquete: (1) un detector de rayos X XR-100SDD con preamplificador, (2) un procesador de pulsos digitales DP5 con MCA y (3) una fuente de alimentación PC5. El resultado es un sistema completo que cabe en la mano sin sacrificar el rendimiento. El X-123SDD requiere solo +5 V CA y una conexión a PC estándar para funcionar. Con el X-123, cualquiera puede adquirir rápidamente espectros de rayos X de alta calidad.

El X-123SDD utiliza un detector de deriva de silicio (SDD) similar a un fotodiodo Si-PIN, pero con una estructura de electrodos única que proporciona una mejor resolución y velocidad de conteo. El SDD está montado en un enfriador termoeléctrico con un transistor de efecto de campo de entrada y está conectado a un preamplificador sensible a la carga. El enfriamiento termoeléctrico reduce el nivel de ruido eléctrico en el detector y el preamplificador, pero al mismo tiempo el enfriamiento permanece abierto y comprensible para el usuario: funciona como un sistema de aire acondicionado convencional.

El procesador de pulsos DP5 es un procesador de pulsos digitales (DPP) de segunda generación que reemplaza tanto al amplificador de señal como al analizador multicanal (MCA) que se encuentran en sistemas similares. El uso de tecnología digital proporciona mejoras en los siguientes parámetros clave: (1) mejor rendimiento, como mejor resolución y mayor tasa de conteo; (2) excelente flexibilidad en la configuración de ajustes seleccionados a través del software; (3) estabilidad y reproducibilidad mejoradas de los resultados. El DPP digitaliza la señal de salida del preamplificador mediante procesamiento de señal digital en tiempo real, detecta la amplitud de pico y recopila estos valores en histogramas de memoria, generando un espectro de energía. Luego, el espectro se transfiere al PC del usuario. El PC5 proporciona energía al detector, bajo voltaje a los preamplificadores y alto voltaje de polarización al detector, y alimenta el enfriamiento termoeléctrico, que proporciona un control de bucle cerrado con una diferencia de temperatura máxima de 85 °C. Todo esto se controla mediante el software proporcionado. X-123SDD se alimenta a +5 V con una corriente de aproximadamente 300 mA.

El sistema completo está alojado en una carcasa de aluminio de 7 x 10 x 2,5 cm 3 . El detector está montado en un cable de extensión que va de 0 a 22,86 cm de longitud (hay bridas de vacío disponibles). En la configuración estándar, solo se requieren 2 conexiones: fuente de alimentación (+5V) y una conexión a PC (USB, RS232 o Ethernet). También están disponibles varias entradas y salidas adicionales si el X123 se integra con otros equipos. Esto incluye una cadena de analizadores multicanal y memoria de señal selectiva, control de tiempo y un analizador de un solo canal. El X-123SDD viene completo con software de adquisición y control de datos. También incluye una interfaz de programación de aplicaciones (API) DLL para integrar la unidad con software personalizado. Se puede agregar opcionalmente software para análisis de espectro de rayos X, hardware de vacío, varias opciones de colimador y montaje y tubos de rayos X para crear un sistema XRF compacto completo.

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Fig.3 Diagrama de bloques del X-123SDD y diagrama de conexión.

Características del X-123SDD

General

Resolución energética

125 - 140 eV (ancho completo a la mitad del máximo) a 5,9 keV. Depende del tiempo pico y la temperatura.

Nivel de ruido eléctrico

73 eV (ancho a la mitad del máximo)

Relación señal/ruido

20.000:1 (relación de conteo de 5,9 keV a 1 keV)

Rango de energía

Eficiencia >25% para rayos X con energías de 1 a 25 keV. Puede funcionar fuera de este rango, pero con menor eficiencia.

Velocidad máxima de conteo

Depende de la hora punta. Los parámetros recomendados se presentan en la siguiente tabla:

Tiempo pico DP5 (µs)	9.6	4.8	2.4	0,8
Tiempo de formación (µs)	4.4	2.2	1.0	0,4
Velocidad máxima recomendada	4,9 x 10 ⁴	1,0 x 10 ⁵	1,9 x 10 ⁵	5,6 x 10 ⁵
Resolución típica (eV FWHM a 5,9 keV)	130	135	140	155

Detector y preamplificador

Tipo de detector

Detector de deriva de silicio (SDD)

Área del detector

25 mm2 (área del colimador 17 mm2)

Espesor del detector

500 micrones

Espesor Sea de la ventana

0,5 milésimas (12,5 µm)

Colimador

Multicapa

Refrigeración termoeléctrica

2 etapas (ΔTmax=85°)

Tipo de preamplificador

Sensible a la carga, fabricado por Amptek.

Relación de conversión del preamplificador

1 mV/keV (típico)

Procesador de pulsos digitales (DPP)

Ganar

La combinación de ganancia gruesa y fina proporciona una ganancia continua de 0,84 a 127,5

Amplificación aproximada

Software seleccionable de 1.12 a 102.0 en 16 pasos:

1,12, 2,49, 3,78, 5,26, 6,56, 8,39, 10,10, 11,31,

14,56, 17,77, 22,42, 30,83, 38,18, 47,47, 66,26, 102,0

Mejora sutil

Software seleccionable de 0,75 a 1,25, con resolución de 10 bits.

Escala completa

Pulso de entrada de 1000 mV con ganancia X1

Estabilidad

<20 ppm/°C (típico)

Forma del pulso

Trapezoidal (Un amplificador semigaussiano con tiempo de modelado t tiene un tiempo pico de 2,2t y es comparable a una forma trapezoidal del mismo tiempo pico)

Frecuencia de reloj del ADC

De 20 a 80 MHz

Hora pico

30 valores diferentes seleccionables por software de 0,2 a 102 µs, correspondientes a tiempos de modelado semigaussiano de 0,1 a 45 µs.

Meseta

16 valores seleccionables por software para cada tiempo pico (dependiente del tiempo pico), >0,05 µs.

Recuperación

Asimétrico, 16 tasas de convolución seleccionables por software.

Tiempo de resolución de dos pulsos

120 nanosegundos

Tiempo muerto

1.05 hora punta. Sin tiempo de conversión.

Velocidad máxima de conteo

4x10 ⁶ s-1

Ajuste de tiempo muerto

Ajuste manual. Precisión hasta 1%.

Opciones de selección de pulso

Rechazo de superposición, clasificación por tiempo de subida, paso a través

Analizador multicanal (MCA)

Número de canales

Seleccionable por software: 8000; 4000; 2000; 1000; 500; o 250 canales

Bytes por canal

3 bytes (24 bits) - 16,7 x 106 señales

Horario de apertura

De 10 ms a 466 días

Tiempo de transferencia de datos

1.000 canales en 12 ms (USB) o 280 ms (RS-232)

Tiempo de conversión

Desaparecido

Programar

Tiempo, número total de facturas, número de facturas por ROI, número de facturas transmitidas a través de 1 canal

Base de tiempo MCS

Desde 10 ms/canal hasta 300 s/canal

Controles externos de MCA

Entrada: El pulso se transmite solo cuando el sistema lógico externo lo permite. Controlado por software.

Canales de E/S auxiliares

Analizador de canal único (SCA)

8 SCA

Salida digital

Dos salidas independientes con 8 configuraciones programables: INCOMING_COUNT, PILEUP, MCS_TIMEBASE, etc.

Entrada digital

Dos entradas independientes, seleccionables por software desde

MCA_GATE, CONTADOR_EXTERNO

E/S

Dos líneas de E/S comunes para la aplicación del usuario

Osciloscopio digital

Los datos del osciloscopio se muestran en la computadora. El software selecciona si se muestra la forma de la señal de salida, la señal de entrada al ADC, etc. Se utilizan para depurar equipos.

Conectores

USB

USB 2.0 (12 Mbps)

De serie

Estándar RS232

Ethernet

10base-T

Nutrición

Entrada nominal

+5 VCC a 500 mA (2,5 W) (normal). La corriente depende en gran medida del ΔT del detector. El rango es de 300 a 800 mA a 5 VCC. Adaptador de CA incluido.

Rango de voltaje de entrada

De 4 V a 5,5 V (con corrientes de 0,4 - 0,7 A)

El comienzo del proceso de transición

2 A durante <100 µs

Alto voltaje

Multiplicador interno, controlado por software, de -95 a -1500 V

Fuente de alimentación de refrigeración

Controlador de retroalimentación ΔTmax = 85 °C

Dimensiones generales

Dimensiones

7 x 10 x 2,5 cm, sin incluir la extensión

Longitud de la extensión

3,8 centímetros

Peso

180 gramos

General

Temperatura de funcionamiento

Desde -20 %C hasta +50 %C

Garantizar

1 año

Tiempo medio de servicio

5 - 10 años, dependiendo del uso

Almacenamiento y transporte

Larga vida útil: más de 10 años en ambiente seco

Almacenamiento y transporte típicos: -20 °C a +50 °C, 10 a 90 % de humedad sin condensación

Correspondencia

Compatible con RoHS

Certificación TUV

Número de certificado:CU 72101153 01

Probado según: UL 61010-1: 2009 R10.08

CAD/CSA-C22.2 61010-1-04 + Gi1

Conectores

USB

Conector mini USB estándar. (El X-123SDD no se alimenta mediante USB).

RS232

Conector para auriculares estándar de 2,5 mm.

PuntaTransmisiónPara PC Recibir DB9 pin 2 (a DB25 pin 3)AnilloRecibirPara PC Transmitir DB9 pin 3 (a DB25 pin 2)MangaTierraPara PC Tierra DB9 pin 5 (a DB25 pin 7)

Ethernet

Conector Ethernet estándar (RJ-45)

Nutrición

Hirose MQ172-3PA (55), conector de acoplamiento: MQ172-3SA-CV

Auxiliar

2x8 16 pines 2 mm (número de pieza de Samtec ASP-135096-01). Compatible con el número de pieza de Samtec TCMD-08-S-XX.XX-01. Contactos impares de la fila superior, contactos pares de la fila inferior. Contacto superior derecho = 1, contacto inferior derecho = 2.

Alfiler #	Nombre	Alfiler #	Nombre
1	SCA1	2	SCA2
3	SCA3	4	SCA4
5	SCA5	6	SCA6
7	SCA7	8	SCA8
9	ENTRADA AUXILIAR 1	10	SALIDA AUXILIAR 1
11	ENTRADA AUXILIAR 2	12	SALIDA AUXILIAR 2
13	IO2	14	IO3
15	Tierra	16	Tierra

Interfaz de software

Ministerio de Salud Pública y Política Social

El X-123SDD se puede controlar mediante la pantalla DPPMCA de Amptek y el software dedicado. Este programa controla y configura completamente el X-123, adquiere y muestra los datos. Admite ROI, calibración, búsqueda de picos, etc. El software DPPMCA incluye una interfaz para análisis XRF y un paquete de software. Se ejecuta en Windows XP PRO SP3 o posterior.

Kit de desarrollo de software

El X-123SDD incluye un kit de desarrollo de software (SDK) gratuito. El usuario puede utilizar este kit para escribir su propio código para controlar el X-123SDD y resolver sus propios problemas.

Software de demostración de VB

El software de demostración de VB se ejecuta en una computadora personal y permite al usuario configurar el X-123SDD, iniciar y detener la recopilación de datos y guardar archivos de datos. Viene con el código fuente y el usuario puede modificarlo. Este software está destinado a demostrar cómo controlar el X-123SDD de forma manual o a través de la interfaz USB o RS-232 utilizando comandos básicos sin un SDK. Esto es necesario principalmente cuando se escribe software para plataformas que no sean Windows.

Opción

Están disponibles otros espesores de ventana de berilio bajo pedido especial (0,3 mil - 7,5 µm).
Un conjunto de colimadores para trabajar con grandes caudales.
Equipo de vacío
Se puede utilizar como componente de sistemas OEM.

x123_h

Fig.4 X-123SDD en versiones extendidas.

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Fig.5 X-123 con preamplificador PA-230 en la carcasa. Esta opción es similar al detector X-123 en sí, excepto que el detector/preamplificador se extrae de la carcasa de la electrónica y se conecta a ella mediante un cable flexible.

Trabajando en el vacío

El X-123SDD puede funcionar tanto en aire como en vacío a presiones de hasta 10-8 Torr. Hay dos opciones para operar el X-123SDD en vacío: 1) El detector y preamplificador del X-123SDD se pueden colocar dentro de la cámara. Para evitar el sobrecalentamiento y la disipación de 1 W de potencia necesaria para operar el X-123SDD, se debe garantizar una buena conductividad térmica hacia las paredes de la cámara mediante cuatro orificios de montaje. 2) El X-123SDD se puede ubicar fuera de la cámara de vacío; se utiliza un puerto ConFlat estándar para la detección de rayos X en la cámara.

Información adicional sobre el sistema

Fig. 6 Gráfico de resolución en función del tiempo pico para un detector de deriva de silicio (SDD).

Fig.7 Dependencia de la resolución del tiempo de formación/tiempo de pico para el detector Si-PIN y SDD.

Fig.8 Resolución versus tasa de conteo para diferentes tiempos pico.

Fig.9 Espectro de 55Fe a partir de 4 millones de mediciones obtenidas con un detector de deriva de silicio (SDD).

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Fig.10 Gráfico de resolución versus energía para diferentes tiempos de pico obtenidos con un detector de deriva de silicio (SDD).

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Fig.11 La figura combina el efecto de la permeabilidad del vidrio de berilio (incluida la capa protectora) y la interacción con el detector SDD. La región de baja energía en el gráfico está determinada por el espesor del vidrio de berilio: 0,3 mil (8 μm) o 0,5 mil (12,5 μm), mientras que la región de alta energía está caracterizada por el espesor de la zona activa del detector SDD.

Espectros adicionales