[发明专利]一种基于单色器快速扫描控制系统的数据采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采集XAFS谱的方法，尤其涉及一种基于单色器快速扫描控制系统的数据采集方法。

背景技术

自从第一台同步辐射光源兴建以来，同步辐射技术已经成为科学研究上的一门重要的实验技术。随着同步辐射技术的发展，X射线吸收精细结构谱(XAFS谱)系统也得到了快速发展。XAFS谱需要两方面的信息，一是单色光的能量值，一般取-200-1000eV，二是这个能量值对应的某种物质的吸收系数。同步辐射光束线站采用单色器获得单色X射线，该单色器通过转动两块晶体，改变布拉格角度，将入射的白光，变为出射时的单色光。一定能量的单色光对应于单色器的一个角度位置，当单色器转动到某一角度，就称其转动到某一能量点。当单色器转动到一能量点时，通过ADC同步采样当前的前电离室和后电离室的数据，取数毫秒内的平均值，该平均值即为该能量点对应的吸收系数，获取XAFS谱的整个过程在几秒到十几秒完成。

目前，XAFS谱已经成为了研究物质结构的重要实验方法，发展新的实验技术、利用新的实验技术研究新型材料已经成为XAFS系统发展的重要方向。于是一种新型单色器快速扫描控制系统就孕育而生了，以下简称为QXAFS系统。

QXAFS系统作为X射线吸收精细结构谱(XAFS)光束线站发展新系统的首选目标，是因为：

QXAFS系统可与普通XAFS系统兼容硬件设备，不需要另外增加附属的光学元件或实验器件，即QXAFS系统与普通XAFS系统使用相同的硬件设备。如图3所示，该系统由光束线站1和实验站2组成，光束线站1包括：单色器306、电机307、电机驱动器308、电机控制器309、电机控制器主机310和编码器311。实验站2包括：前电离室301、后电离室302、高压电源(图中未示)、电流放大器303、ADC(模数转换器)304和计算机305。

与QXAFS系统不同的是，普通XAFS系统只能采用能量逐点扫描的方法采样数据，如图1所示，包括以下步骤：步骤S101，系统初始化；步骤S102，单色器转动到初始能量点；步骤S103，ADC初始化；步骤S104，ADC开始采样；步骤S105，ADC停止采样；步骤S106，计算采样平均值，该平均值即为该能量点对应的吸收系数；步骤S107，判断单色器是否转动到终止能点，如果转动到终止能量点，则执行步骤S109，否则执行步骤S108；步骤S108，单色器转动到下一个能量点，并返回步骤S104；步骤S109，单色器停止转动，同时ADC采样结束。按照上述能量逐点扫描的方法，由于每个能量点的采样时间需数秒，一个XAFS谱采样需300-500个能量点，则测量一个XAFS谱需要20-60min，由于测量时间过长，大大制约了其在实验中的广泛使用。

因此，目前需要开发一种基于QXAFS系统的数据采样方法，以满足实验要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服上述现有技术的不足，提供一种基于单色器快速扫描控制系统的数据采集方法，在单色器持续转动的同时ADC持续采样，可以快速获取XAFS谱的能量值和对应的吸收系数，能大幅度节省采样时间，提高测量效率，更为重要的是可以开展时间分辨的XAFS实验。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于单色器快速扫描控制系统的数据采集方法，用于快速获取样品的XAFS谱，所述XAFS谱由横坐标为能量值、纵坐标为吸收系数的多个数据点构成，所述系统包括ADC、计算机和单色器，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，初始化所述系统，包括设定单色器的转速w；

步骤2，所述计算机控制单色器转动到初始能量点，并启动ADC；

步骤3，所述计算机控制单色器以所述转速w持续转动，并控制ADC以恒定速度持续采样，所述计算机根据预设的每份数据的采样时间长度t同步分割所述ADC采样的数据，求取每份数据的平均值，将第i个平均值作为所述XAFS谱的第i个数据点纵坐标对应的吸收系数，并根据式(1)计算所述第i个数据点横坐标对应的能量值，

第i个数据点对应的能量值＝初始能量值±单位角度能量值×单色器转过的角度α(1)

其中，初始能量值为单色器的初始能量点对应的能量值，单位角度能量值为单色器转过每单位角度所对应的能量值，单色器转过的角度α＝w*t*i；

步骤4，所述单色器转动到终止能量点后，所述计算机控制单色器停止转动，同时控制ADC停止采样。