隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,X射線(xiàn)衍射儀在我國(guó)眾多科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,尤其是在材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、冶金等科學(xué)和生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用愈加廣泛,這對(duì)X射線(xiàn)衍射儀的性能也提出了更高的要求。進(jìn)口X射線(xiàn)衍射儀精度高,技術(shù)先進(jìn),但也造價(jià)昂貴,而我國(guó)在X射線(xiàn)衍射儀的研究領(lǐng)域相對(duì)較落后,為了推動(dòng)國(guó)產(chǎn)X射線(xiàn)衍射儀的發(fā)展,推廣X射線(xiàn)衍射儀在科研領(lǐng)域的應(yīng)用,研制一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)高精度X射線(xiàn)衍射儀具有深遠(yuǎn)的意義。本文分析了X射線(xiàn)衍射儀的研究背景,深入了解了X射線(xiàn)衍射儀的工作原理,通過(guò)對(duì)功能需求進(jìn)行分析,提出了基于ARM和CPLD的衍射儀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并在分析和研究的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了該方案。在具體工作上,本文完成了控制系統(tǒng)硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)和印刷電路板的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用STM32F4芯片作為主控制芯片,它完成衍射儀控制的主要任務(wù),并在CPLD的配合下完成脈沖的計(jì)數(shù)。此外,本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用CAN總線(xiàn)的通信方式實(shí)現(xiàn)控制板與附件的通信,經(jīng)過(guò)測(cè)試證明通信可靠,并通過(guò)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)附件類(lèi)型的“實(shí)時(shí)”檢測(cè)。設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)潔高效的電機(jī)控制算法使測(cè)角儀可以按照勻速、加速-勻速-減速等方式運(yùn)行,在此基礎(chǔ)上還制定了有效的復(fù)位策略可顯著減小測(cè)角儀因復(fù)位而造成的誤差等。在論文的最后,對(duì)衍射儀控制板在實(shí)際工作環(huán)境中針對(duì)功能和穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試,測(cè)試結(jié)果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。以剛玉??_2?_3為測(cè)試樣本,使用本系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行掃描檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)衍射譜圖形狀吻合,證明該系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的全部功能。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TH74
【部分圖文】：

3得到完整的衍射圖譜。X 射線(xiàn)衍射儀系統(tǒng)框圖如圖 1.1 所示：圖1.1X 射線(xiàn)衍射儀框圖X 射線(xiàn)衍射儀的基本工作原理是：在 X 射線(xiàn)管兩端加一個(gè)高壓，X 射線(xiàn)管的陰極產(chǎn)生電子流碰撞到陽(yáng)極產(chǎn)生 X 射線(xiàn)[16]。X 射線(xiàn)以一定的角度照射到樣本上時(shí)，將會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射波被探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)后續(xù)電路處理后得到數(shù)字信號(hào)[17]。測(cè)量過(guò)程中，射線(xiàn)管與探測(cè)器按照一定掃描步寬和強(qiáng)度計(jì)數(shù)時(shí)間進(jìn)行掃描，最后使用計(jì)算機(jī)對(duì)得到的衍射角度和強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到最終的衍射譜圖。1.2 研究?jī)?nèi)容與研究意義20 世紀(jì) 40 年代，飛利浦公司向市場(chǎng)推出第一臺(tái) X 射線(xiàn)衍射儀以來(lái)[18]，X 射線(xiàn)衍射儀經(jīng)過(guò)了翻天覆地的變化

X 射線(xiàn)衍射儀以 X 射線(xiàn)作為主要的檢測(cè)手段，對(duì)操作人員的保護(hù)也是 X 射線(xiàn)衍射儀的重要任務(wù)。一般的 X 射線(xiàn)衍射儀都會(huì)配備鉛制的外殼。如圖 2.1 所示：圖2.1 衍射儀鉛制外殼窗口玻璃同樣也使用鉛制玻璃，這些都屬于硬性的保護(hù)錯(cuò)誤。但也難免操作人員會(huì)疏忽失誤，例如衍射儀留有開(kāi)關(guān)門(mén)用于放置樣品，如果門(mén)沒(méi)有關(guān)好就打開(kāi) X 射線(xiàn)勢(shì)必會(huì)造成射線(xiàn)的泄露。因此這些操作也需要軟件系統(tǒng)上進(jìn)行干預(yù)，如果檢測(cè)到門(mén)沒(méi)

導(dǎo)致測(cè)角儀兩臂相撞或撞到機(jī)箱底部，影響儀器正常工作，甚至?xí)䲟p壞射線(xiàn)管或探測(cè)器。測(cè)角儀實(shí)物圖如圖 2.2 所示：圖2.2 測(cè)角儀實(shí)物圖測(cè)角儀的兩臂實(shí)際可以轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍要大于正常使用所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的范圍，正常情況下測(cè)角儀在正常范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，但是不排除發(fā)生故障時(shí)測(cè)角儀會(huì)越過(guò)這個(gè)范圍，如果兩臂同時(shí)向上轉(zhuǎn)動(dòng)到 90°則會(huì)發(fā)生碰撞，若無(wú)限向下轉(zhuǎn)動(dòng)則會(huì)與機(jī)箱底部相撞，損壞探測(cè)器或射線(xiàn)管，這都是要避免的。硬件設(shè)計(jì)上，在測(cè)角儀的上下限位置都裝有限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)測(cè)角儀轉(zhuǎn)動(dòng)到正常范圍的最大值或最小值時(shí)就會(huì)觸碰到開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)信號(hào)傳入到控制板，控制板接收到信息后要及時(shí)進(jìn)行處理，防止測(cè)角儀發(fā)生碰撞。因此在軟件設(shè)計(jì)上要著重考慮安全性問(wèn)題，避免損壞儀器，造成損失。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2877610