入射的X射线会和硅原子相互作用,X射线能量每损失3.62eV就会在硅晶体产生一个电子-空穴对。随着入射能量的不同,能量损失或以光电效应为主,或以康普顿散射(Compton scattering)为主。而探测器吸收X射线能量并产生电子-空穴对的几率(即探测效率)随着硅的厚度增大而变大。
为提高电子-空穴队收集效率,需要在硅晶体上加约100到200伏的电压,而具体大小则取决于硅的厚度。在室温下工作时,该偏压对半导体而言过高,很可能漏电甚至击穿硅晶体。但在XR-100CR型探测器中首次应用了热电制冷技术,保证探头在低温下工作,这样漏电流大大减少,从而可以实现在高偏压下的正常工作。另外高偏压还能降低探测器的电容,进而降低系统噪声。
热电制冷器同时对硅探测器以及场效应晶体管(为电荷敏感前置放大器提供输入)进行冷却。对场效应管的冷却能减少它的漏电流,同时能增加跨导(transconductance),二者都能减少系统的电子学噪声。
实际上光电二极管探测器无法直接光学自复位,因此XR-100CR系列产品应用一种新颖的反馈控制方法来实现电荷敏感前置放大器的自复位。没有继续采用传统产品中的复位晶体管,而是通过发射一个精确的电荷脉冲到场效应管中来实现自复位,其中利用了到探测器的高压连接和探测器电容。该方法避免了自复位晶体管的噪声问题,系统的能量分辨率进一步提高。
利用热电制冷的探测器内部元件的温度会随着室温的变化而改变,故为即时监控这些元件的温度,在硅基底上还安装了一个用于温度监控的二极管芯片。低于-20oC的情况下,XR-100CR的性能在几摄氏度的范围内都不会有明显变化,故在通常室温条件下使用时无需采用闭合环路的温度反馈控制电路,但在OEM手持式X射线荧光谱仪设备应用中则强烈推荐使用温度反馈控制电路。主动温度控制(ATC)模块在PX2CR中是可选的,而在PX5中是默认标配的。
常规参数 | |
探头类型 | 硅PIN探测器(Si-PIN) |
硅基底尺寸 | 6-25mm2 |
硅基底厚度 | 300或500μm |
准直器 | 多层准直器 |
能量分辨率(@55Fe, 5.9keV峰) | 145-230eV FWHM (取决于探测器类型和成形时间常数) |
本底计数 | <3x10-3/s,(对应2-150keV峰值,7mm2/300μm探测器) |
铍(Be)窗厚度 | 1mil (25μm)或0.5mil (12.5μm) |
电荷敏感型前置放大器 | Amptek定制设计(通过高压连接复位) |
增益稳定性(温飘) | <20ppm/ oC (一般情况下) |
外壳尺寸 | 3 x 1.75 x 1.13 inch, 7.6 x 4.4 x 2.9 cm |
重量 | 4.9 ounces (139g) |
总功率 | <1W |
保修期 | 一年 |
产品寿命 | 五到十年,因具体应用而异 |
环境温度 | 0~+40oC |
仓储和物流要求 |
长时间仓储:干燥条件下存放十年以上 一般仓储/物流:-20到+50 oC,10%到90%湿度(无冷凝器) |
TUV Certification Certificate #: CU 72072412 01 Tested to: UL 61010-1: 2004 R7 .05 CAN/CSA-C22.2 61010-1: 2004 |
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输入参数 | |
前置放大器电源 | 电压正负8到9V,电流15mA,噪声峰峰值小于50mV |
探头电源 |
电压100到200V,电流1μA(因探头种类而异); 输入需要非常稳定:<0.1%的波动。 |
制冷器电源 |
最大电压4V,噪声峰峰值小于100mV,最大电流350mA 注意:XR-100CR探测器自身包含温度控制器 |
输出参数 | |
复位输出波形 |
XR100CR的输出在+5和-5V之间; 复位周期会随探测器类型和计数率不同而变化。 |
前置放大器灵敏度 | 一般为1mV/keV(不同探测器可能略有不同) |
前置放大器极性 | 负脉冲信号输出(最大负载为1k欧姆) |
前端放大器反馈 | 经过探测器电容复位 |
温度显示灵敏度 |
PX2CR中770mV相当于-50 oC; 利用PX5可通过软件直接读取温度(单位:开尔文)。 |
前置放大器输出 | 同轴电缆BNC接头 |
功率和信号 | 六针雷莫(LEMO)接头(Part# ERA.1S.306.CLL) |
互连电缆 | 单独使用XR100CR:六针雷莫接头(Part# FFA.1S.306.CLAC57)到九针D型接口;配套使用PX5:六针雷莫到六针雷莫接头;长均五英尺。 |
针脚1 | 温度监控二极管 |
针脚2 | 探测器正偏压(高压),最大为+100~200V |
针脚3 | 前置放大器-9V电源 |
针脚4 | 前置放大器+9V电源 |
针脚5 | 致冷器电源返回 |
针脚6 | 致冷器电源输入(电压范围:0~+4V,电流350mA) |
外壳 | 接地和屏蔽 |
图2a. X-123配置,包含探测器,前置放大器,数字处理器及电源的一体化设计。
图2b. 探测器,前置放大器及封装。
图3. XR100CR探测器加长选项
传输效率文件:包含传输效率方面系数和常见问题解答的.zip格式文件,仅提供基本信息,不能作为定量分析依据。
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