X射线衍射仪控制系统设计

发布时间：2020-11-10 06:40

　　 随着科学技术的发展,X射线衍射仪在我国众多科学领域内都发挥着越来越重要的作用,尤其是在材料学、医学、药学、冶金等科学和生产领域的应用愈加广泛,这对X射线衍射仪的性能也提出了更高的要求。进口X射线衍射仪精度高,技术先进,但也造价昂贵,而我国在X射线衍射仪的研究领域相对较落后,为了推动国产X射线衍射仪的发展,推广X射线衍射仪在科研领域的应用,研制一台拥有自主知识产权的国产高精度X射线衍射仪具有深远的意义。本文分析了X射线衍射仪的研究背景,深入了解了X射线衍射仪的工作原理,通过对功能需求进行分析,提出了基于ARM和CPLD的衍射仪控制系统设计方案,并在分析和研究的基础上,实现并验证了该方案。在具体工作上,本文完成了控制系统硬件电路原理图的设计和印刷电路板的设计。系统采用STM32F4芯片作为主控制芯片,它完成衍射仪控制的主要任务,并在CPLD的配合下完成脉冲的计数。此外,本次系统设计采用CAN总线的通信方式实现控制板与附件的通信,经过测试证明通信可靠,并通过软件设计实现了对附件类型的“实时”检测。设计了简洁高效的电机控制算法使测角仪可以按照匀速、加速-匀速-减速等方式运行,在此基础上还制定了有效的复位策略可显著减小测角仪因复位而造成的误差等。在论文的最后,对衍射仪控制板在实际工作环境中针对功能和稳定性进行了测试,测试结果满足设计要求。以刚玉??_2?_3为测试样本,使用本系统对其进行扫描检测,检测结果与标准衍射谱图形状吻合,证明该系统能够满足设计要求,实现了预期的全部功能。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH74
【部分图文】：

3得到完整的衍射图谱。X 射线衍射仪系统框图如图 1.1 所示：图1.1X 射线衍射仪框图X 射线衍射仪的基本工作原理是：在 X 射线管两端加一个高压，X 射线管的阴极产生电子流碰撞到阳极产生 X 射线[16]。X 射线以一定的角度照射到样本上时，将会发生衍射现象，衍射波被探测器接收并转换成电信号，然后经后续电路处理后得到数字信号[17]。测量过程中，射线管与探测器按照一定扫描步宽和强度计数时间进行扫描，最后使用计算机对得到的衍射角度和强度数据进行处理得到最终的衍射谱图。1.2 研究内容与研究意义20 世纪 40 年代，飞利浦公司向市场推出第一台 X 射线衍射仪以来[18]，X 射线衍射仪经过了翻天覆地的变化

X 射线衍射仪以 X 射线作为主要的检测手段，对操作人员的保护也是 X 射线衍射仪的重要任务。一般的 X 射线衍射仪都会配备铅制的外壳。如图 2.1 所示：图2.1 衍射仪铅制外壳窗口玻璃同样也使用铅制玻璃，这些都属于硬性的保护错误。但也难免操作人员会疏忽失误，例如衍射仪留有开关门用于放置样品，如果门没有关好就打开 X 射线势必会造成射线的泄露。因此这些操作也需要软件系统上进行干预，如果检测到门没

导致测角仪两臂相撞或撞到机箱底部，影响仪器正常工作，甚至会损坏射线管或探测器。测角仪实物图如图 2.2 所示：图2.2 测角仪实物图测角仪的两臂实际可以转动的范围要大于正常使用所需要转动的范围，正常情况下测角仪在正常范围内转动，但是不排除发生故障时测角仪会越过这个范围，如果两臂同时向上转动到 90°则会发生碰撞，若无限向下转动则会与机箱底部相撞，损坏探测器或射线管，这都是要避免的。硬件设计上，在测角仪的上下限位置都装有限位开关，当测角仪转动到正常范围的最大值或最小值时就会触碰到开关，开关信号传入到控制板，控制板接收到信息后要及时进行处理，防止测角仪发生碰撞。因此在软件设计上要着重考虑安全性问题，避免损坏仪器，造成损失。
【参考文献】

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本文编号：2877610