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熱電致冷技術(shù)——無(wú)需液氮！
XR-100CR型硅PIN探測(cè)器及配套電源PX5
XR-100探頭組件示意圖
XR-100CR系列產(chǎn)品無(wú)需采用昂貴的低溫制冷系統(tǒng)即可獲得非常優(yōu)越的性能，它標(biāo)志著X射線探測(cè)器生產(chǎn)技術(shù)上的一個(gè)突破。
產(chǎn)品特性：
1. 硅PIN光電二極管探頭；
2. 兩級(jí)熱電致冷器；
3. 探頭溫度實(shí)時(shí)顯示；
4. 鈹（Be）窗；
5. 多層準(zhǔn)直器；
6. 密封封裝（TO-8）；
7. 檢測(cè)范圍寬，適于多種應(yīng)用；
8. 操作簡(jiǎn)單，易上手。
應(yīng)用范圍：
1. X射線熒光分析；
2. RoHS/WEE標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)；
3. 便攜式設(shè)備；
4. OEM應(yīng)用；
5. 核醫(yī)療學(xué)；
6. 高校和科研院所教學(xué)研究；
7. 藝術(shù)和考古學(xué)；
8. 生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控；
9. 穆斯堡爾譜儀；
10. 航空及宇航應(yīng)用；
11. 核電站輻射監(jiān)控；
12. 有毒物垃圾場(chǎng)檢測(cè)；
13. 粒子誘發(fā)X射線熒光分析（PIXE）。
配件：
1. MP1型X射線熒光分析系統(tǒng)裝配平臺(tái)
2. 真空應(yīng)用相關(guān)配件；
3. 準(zhǔn)直套裝（高通量應(yīng)用）；
4. 實(shí)驗(yàn)室XRF開(kāi)發(fā)套裝；
簡(jiǎn)要理論說(shuō)明
入射的X射線會(huì)和硅原子相互作用，X射線能量每損失3.62eV就會(huì)在硅晶體產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)。隨著入射能量的不同，能量損失或以光電效應(yīng)為主，或以康普頓散射(Compton scattering)為主。而探測(cè)器吸收X射線能量并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)的幾率（即探測(cè)效率）隨著硅的厚度增大而變大。
為提高電子-空穴隊(duì)收集效率，需要在硅晶體上加約100到200伏的電壓，而具體大小則取決于硅的厚度。在室溫下工作時(shí)，該偏壓對(duì)半導(dǎo)體而言過(guò)高，很可能漏電甚至擊穿硅晶體。但在XR-100CR型探測(cè)器中**應(yīng)用了熱電制冷技術(shù)，保證探頭在低溫下工作，這樣漏電流大大減少，從而可以實(shí)現(xiàn)在高偏壓下的正常工作。另外高偏壓還能降低探測(cè)器的電容，進(jìn)而降低系統(tǒng)噪聲。
熱電制冷器同時(shí)對(duì)硅探測(cè)器以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管（為電荷敏感前置放大器提供輸入）進(jìn)行冷卻。對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管的冷卻能減少它的漏電流，同時(shí)能增加跨導(dǎo)（transconductance），二者都能減少系統(tǒng)的電子學(xué)噪聲。
實(shí)際上光電二極管探測(cè)器無(wú)法直接光學(xué)自復(fù)位，因此XR-100CR系列產(chǎn)品應(yīng)用一種新穎的反饋控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)電荷敏感前置放大器的自復(fù)位。沒(méi)有繼續(xù)采用傳統(tǒng)產(chǎn)品中的復(fù)位晶體管，而是通過(guò)發(fā)射一個(gè)精確的電荷脈沖到場(chǎng)效應(yīng)管中來(lái)實(shí)現(xiàn)自復(fù)位，其中利用了到探測(cè)器的高壓連接和探測(cè)器電容。該方法避免了自復(fù)位晶體管的噪聲問(wèn)題，系統(tǒng)的能量分辨率進(jìn)一步提高。
利用熱電制冷的探測(cè)器內(nèi)部元件的溫度會(huì)隨著室溫的變化而改變，故為即時(shí)監(jiān)控這些元件的溫度，在硅基底上還安裝了一個(gè)用于溫度監(jiān)控的二極管芯片。低于-20oC的情況下，XR-100CR的性能在幾攝氏度的范圍內(nèi)都不會(huì)有明顯變化，故在通常室溫條件下使用時(shí)無(wú)需采用閉合環(huán)路的溫度反饋控制電路，但在OEM手持式X射線熒光譜儀設(shè)備應(yīng)用中則強(qiáng)烈推薦使用溫度反饋控制電路。主動(dòng)溫度控制（ATC）模塊在PX2CR中是可選的，而在PX5中是默認(rèn)標(biāo)配的。
產(chǎn)品參數(shù)
| 常規(guī)參數(shù) | |
| 探頭類型 | 硅PIN探測(cè)器(Si-PIN) |
| 硅基底尺寸 | 6-25mm2 |
| 硅基底厚度 | 300或500μm |
| 準(zhǔn)直器 | 多層準(zhǔn)直器 |
| 能量分辨率(@55Fe， 5.9keV峰) | 145-230eV FWHM (取決于探測(cè)器類型和成形時(shí)間常數(shù)) |
| 本底計(jì)數(shù) | <3x10-3/s，（對(duì)應(yīng)2-150keV峰值，7mm2/300μm探測(cè)器） |
| 鈹(Be)窗厚度 | 1mil (25μm)或0.5mil (12.5μm) |
| 電荷敏感型前置放大器 | Amptek定制設(shè)計(jì)（通過(guò)高壓連接復(fù)位） |
| 增益穩(wěn)定性（溫飄） | <20ppm>oC (一般情況下) |
| 外殼尺寸 | 3 x 1.75 x 1.13 inch， 7.6 x 4.4 x 2.9 cm |
| 重量 | 4.9 ounces (139g) |
| 總功率 | <1W |
| 保修期 | 一年 |
| 產(chǎn)品壽命 | 五到十年，因具體應(yīng)用而異 |
| 環(huán)境溫度 | 0~+40oC |
| 倉(cāng)儲(chǔ)和物流要求 | 長(zhǎng)時(shí)間倉(cāng)儲(chǔ)：干燥條件下存放十年以上 一般倉(cāng)儲(chǔ)/物流：-20到+50 oC，10%到90%濕度（無(wú)冷凝器） |
| TUV Certification Certificate #: CU 72072412 01 Tested to: UL 61010-1: 2004 R7 .05 CAN/CSA-C22.2 61010-1: 2004 | |
| 輸入?yún)?shù) | |
| 前置放大器電源 | 電壓正負(fù)8到9V，電流15mA，噪聲峰峰值小于50mV |
| 探頭電源 | 電壓100到200V，電流1μA（因探頭種類而異）； 輸入需要非常穩(wěn)定：<0.1%的波動(dòng)。 |
| 制冷器電源 | **電壓4V，噪聲峰峰值小于100mV，**電流350mA 注意：XR-100CR探測(cè)器自身包含溫度控制器 |
| 輸出參數(shù) | |
| 復(fù)位輸出波形 | XR100CR的輸出在+5和-5V之間； 復(fù)位周期會(huì)隨探測(cè)器類型和計(jì)數(shù)率不同而變化。 |
| 前置放大器靈敏度 | 一般為1mV/keV（不同探測(cè)器可能略有不同） |
| 前置放大器極性 | 負(fù)脈沖信號(hào)輸出（**負(fù)載為1k歐姆） |
| 前端放大器反饋 | 經(jīng)過(guò)探測(cè)器電容復(fù)位 |
| 溫度顯示靈敏度 | PX2CR中770mV相當(dāng)于-50 oC； 利用PX5可通過(guò)軟件直接讀取溫度（單位：開(kāi)爾文）。 |
| 前置放大器輸出 | 同軸電纜BNC接頭 |
| 功率和信號(hào) | 六針雷莫（LEMO）接頭（Part# ERA.1S.306.CLL） |
| 互連電纜 | 單獨(dú)使用XR100CR：六針雷莫接頭（Part# FFA.1S.306.CLAC57）到九針D型接口；配套使用PX5：六針雷莫到六針雷莫接頭；長(zhǎng)均五英尺。 |
六針LEMO接頭針腳輸出
| 針腳1 | 溫度監(jiān)控二極管 |
| 針腳2 | 探測(cè)器正偏壓（高壓），**為+100~200V |
| 針腳3 | 前置放大器-9V電源 |
| 針腳4 | 前置放大器+9V電源 |
| 針腳5 | 致冷器電源返回 |
| 針腳6 | 致冷器電源輸入（電壓范圍：0~+4V，電流350mA） |
| 外殼 | 接地和屏蔽 |
選配組件
2. 高通量應(yīng)用時(shí)候的準(zhǔn)直器套件；
3. 真空應(yīng)用相關(guān)配件；
4. OEM應(yīng)用；
5. X-123配置。
圖2a. X-123配置，包含探測(cè)器，前置放大器，數(shù)字處理器及電源的一體化設(shè)計(jì)。
圖2b. 探測(cè)器，前置放大器及封裝。
圖3. XR100CR探測(cè)器加長(zhǎng)選項(xiàng)
XR100CR的數(shù)字脈沖處理器和電源模塊 XR-100CR系列產(chǎn)品的電源由PX5(數(shù)字脈沖處理器和電源模塊組合)提供，而PX5自身的直流輸入來(lái)源于交流電適配器。PX5提供了數(shù)字脈沖處理放大器（0.2~100us峰化時(shí)間），多道分析功能以及探測(cè)器所需的所有電源。
XR-100CR/PX5的組合系統(tǒng)能確保開(kāi)機(jī)1分鐘后穩(wěn)定工作。
圖5. 硅PIN和硅漂移探測(cè)器的分辨率和峰化/成形時(shí)間關(guān)系曲線
圖6. 不同峰化時(shí)間下探測(cè)器能量分辨率和輸入計(jì)數(shù)率（ICR）關(guān)系，對(duì)應(yīng)XR100CR和PX5情況
圖7. 不同峰化時(shí)間下的PX5輸出能力
準(zhǔn)直器的使用
探測(cè)器有效面元(active volume)邊緣部分和X射線的相互作用會(huì)因不完全電荷收集產(chǎn)生一些小脈沖信號(hào)，進(jìn)而影響測(cè)得的能譜數(shù)據(jù)。而且這些信號(hào)可能正處在用戶所關(guān)心的元素所在的能量范圍，降低了信噪比。而內(nèi)部準(zhǔn)直器則可以限制X射線只能打到有效面元內(nèi)，這就避免了噪聲信號(hào)的產(chǎn)生。
不同類型的探測(cè)器中準(zhǔn)直器的應(yīng)用各有優(yōu)點(diǎn)：提高峰本比（P/B）；消除邊界效應(yīng)；消除假尖峰信號(hào)。
真空環(huán)境中的應(yīng)用 XR-100CR型產(chǎn)品可以工作在10-8托的真空環(huán)境到大氣壓下工作，而真空環(huán)境應(yīng)用有如下兩種方案：
1) XR-100CR的探頭和前放均置于真空室內(nèi)部：
a. 為保證XR-100CR的正常工作，需避免器件過(guò)熱，并做好輸入的1W功率的良好導(dǎo)熱；即利用XR-100CR封裝上的四個(gè)安裝孔，根據(jù)具體真空室位形設(shè)計(jì)散熱，將器件熱量傳導(dǎo)到真空室壁上；
b. 在CF（Conflat Flange）刀口法蘭上利用可選的真空饋通端子（如9DVF型，九接口）連接X(jué)R-100CR和真空室外的PX5電源。
2) XR-100CR全部置于真空室外：需利用可選的真空探測(cè)器延長(zhǎng)組件（如EXV9型，長(zhǎng)9英寸）和標(biāo)準(zhǔn)CF刀口法蘭窗口（通過(guò)O型金屬環(huán)密封）配套。
效率曲線
圖8（線性坐標(biāo)）. XR-100CR型探測(cè)器的對(duì)應(yīng)完全能量沉積的內(nèi)稟探測(cè)效率。
圖9（對(duì)數(shù)坐標(biāo)）. 考慮各種效應(yīng)后的收集效率，其中也包含了光電效應(yīng)的概率影響。
傳輸效率文件：包含傳輸效率方面系數(shù)和常見(jiàn)問(wèn)題解答的.zip格式文件，僅提供基本信息，不能作為定量分析依據(jù)。
XR-100在探路者（PathFinder）計(jì)劃中在火星著陸?。?！
圖10. 承蒙芝加哥大學(xué)提供。
完整的XRF系統(tǒng)
圖11. 完整的X射線熒光譜儀系統(tǒng)
圖12. XR100CR和Mini-X安裝在MP1平臺(tái)上示意圖
2. PX5型數(shù)字脈沖處理器，多道分析模塊和電源；
3. Mini-X型USB控制X射線管；
4. XRF-FP定量分析軟件；
5. MP1型XRF系統(tǒng)裝配平臺(tái)。
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暫無(wú)數(shù)據(jù)！
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