隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,X射線衍射儀在我國眾多科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)都發(fā)揮著越來越重要的作用,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X射線衍射儀的性能也提出了更高的要求。進口X射線衍射儀精度高,技術(shù)先進,但也造價昂貴,而我國在X射線衍射儀的研究領(lǐng)域相對較落后,為了推動國產(chǎn)X射線衍射儀的發(fā)展,推廣X射線衍射儀在科研領(lǐng)域的應(yīng)用,研制一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)高精度X射線衍射儀具有深遠的意義。本文分析了X射線衍射儀的研究背景,深入了解了X射線衍射儀的工作原理,通過對功能需求進行分析,提出了基于ARM和CPLD的衍射儀控制系統(tǒng)設(shè)計方案,并在分析和研究的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)并驗證了該方案。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)計和印刷電路板的設(shè)計。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數(shù)。此外,本次系統(tǒng)設(shè)計采用CAN總線的通信方式實現(xiàn)控制板與附件的通信,經(jīng)過測試證明通信可靠,并通過軟件設(shè)計實現(xiàn)了對附件類型的“實時”檢測。設(shè)計了簡潔高效的電機控制算法使測角儀可以按照勻速、加速-勻速-減速等方式運行,在此基礎(chǔ)上還制定了有效的復(fù)位策略可顯著減小測角儀因復(fù)位而造成的誤差等。在論文的最后,對衍射儀控制板在實際工作環(huán)境中針對功能和穩(wěn)定性進行了測試,測試結(jié)果滿足設(shè)計要求。以剛玉??_2?_3為測試樣本,使用本系統(tǒng)對其進行掃描檢測,檢測結(jié)果與標準衍射譜圖形狀吻合,證明該系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計要求,實現(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)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH74
【部分圖文】：

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

X 射線衍射儀以 X 射線作為主要的檢測手段，對操作人員的保護也是 X 射線衍射儀的重要任務(wù)。一般的 X 射線衍射儀都會配備鉛制的外殼。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錯誤。但也難免操作人員會疏忽失誤，例如衍射儀留有開關(guān)門用于放置樣品，如果門沒有關(guān)好就打開 X 射線勢必會造成射線的泄露。因此這些操作也需要軟件系統(tǒng)上進行干預(yù)，如果檢測到門沒

導(dǎo)致測角儀兩臂相撞或撞到機箱底部，影響儀器正常工作，甚至?xí)䲟p壞射線管或探測器。測角儀實物圖如圖 2.2 所示：圖2.2 測角儀實物圖測角儀的兩臂實際可以轉(zhuǎn)動的范圍要大于正常使用所需要轉(zhuǎn)動的范圍，正常情況下測角儀在正常范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動，但是不排除發(fā)生故障時測角儀會越過這個范圍，如果兩臂同時向上轉(zhuǎn)動到 90°則會發(fā)生碰撞，若無限向下轉(zhuǎn)動則會與機箱底部相撞，損壞探測器或射線管，這都是要避免的。硬件設(shè)計上，在測角儀的上下限位置都裝有限位開關(guān)，當測角儀轉(zhuǎn)動到正常范圍的最大值或最小值時就會觸碰到開關(guān)，開關(guān)信號傳入到控制板，控制板接收到信息后要及時進行處理，防止測角儀發(fā)生碰撞。因此在軟件設(shè)計上要著重考慮安全性問題，避免損壞儀器，造成損失。
【參考文獻】

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1 李非;韓鎮(zhèn);李棟嬋;李申予;袁俊生;;θ-2θ型X射線衍射儀測定水溶液的結(jié)構(gòu)[J];分析試驗室;2014年09期

2 張超;劉明華;;X射線衍射儀在錦綸66纖維研究中的應(yīng)用[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2014年23期

3 王力春;馬健;羅敬鋒;;X射線衍射法檢驗有機炸藥初探[J];刑事技術(shù);2014年03期

4 馬禮敦;;X射線晶體學(xué)的百年輝煌[J];物理學(xué)進展;2014年02期

5 崔建軍;高思田;邵宏偉;杜華;王鶴巖;;X射線衍射儀角度校準的光學(xué)新方法[J];天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版);2014年08期

6 權(quán)淑麗;鄭開宇;;X射線衍射儀在冶金行業(yè)的應(yīng)用[J];浙江冶金;2013年03期

7 陳文岳;韓躍新;陳曉龍;;X射線輻射分選的原理及其應(yīng)用[J];現(xiàn)代礦業(yè);2013年04期

8 黃燕妮;王少云;;USB、RS232/RS422接口轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計[J];電子設(shè)計工程;2012年22期

9 潘方;;RS 232串口通信在PC機與單片機通信中的應(yīng)用[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2012年13期

10 才磊;;第112號元素的中文定名[J];中國科技術(shù)語;2011年03期

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1 殷廣輝;基于STM32的CAN總線通信節(jié)點設(shè)計[D];吉林大學(xué);2017年

2 張晗;基于STM32F4的故障錄波系統(tǒng)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2012年

3 寧宗夏;PID參數(shù)對控制系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

4 夏冰芝;X射線對花背蟾蜍胚胎發(fā)育的影響及肺蛋白的差異表達[D];西北師范大學(xué);2007年

本文編號：2877610