Energiedispersive Messtechnik zur Elementerkennung

XRF Analyse

XRFline - ein Elementsensitives Detektorsystem zur Analyse und zum Sortieren von Metallen nach Hauptelement oder Legierung im Prozess.

LLA-Cen4 - ein 4-kanal Röntgenfluoreszenzdetektor mit schnellem Digital Pulse Processor für wissenschaftliche Anwendungen.

XRFline - Röntgenfluoreszenz Prozessmesstechnik

Schematische Illustration On-line XRF analyser line
Schematische Illustration On-line XRF analyser line

Die On-line XRF analyser line XRFline ist zur Detektion von Elementen mit Ordnungszahlen größer als Titan geeignet (in Spezialfällen auch darunter). Das System basiert auf modernster Röntgendetektortechnologie. Die Leistungsfähigkeit der KETEK Silizium-Drift-Detektoren (SDD) ist gekennzeichnet durch:

■ Hohe Zählraten (>1Mcps)
■ Hervorragendes Signal-Rausch Verhältnis
■ Hervorragende Energieauflösung (~130 eV)
■ Großen Energiebereich (0.2keV bis 30 keV)

Um das Potential der SDD´s voll auszuschöpfen werden wassergekühlte Hochleistungs-Röntgenröhren eingesetzt. Dadurch ist die Empfindlichkeit des Systems hoch genug um zwischen verschiedenen Legierungen von rostfreiem Stahl, Bronzen, Messing usw. zu unterscheiden.

Die Auflösung quer zum Förderband ist weitgehend frei wählbar (die kleinste mögliche Spurbreite ist 25mm) und wird für jedes System an die Größe des zu analysierenden Materials angepasst. Die Auflösung entlang des Förderbandes hängt im Wesentlichen von der Bandgeschwindigkeit ab, wobei als kleinste mögliche Auflösung etwa 1/100 der Bandgeschwindigkeit angenommen werden kann (z.B. 25mm bei 2.5 m/s). Daraus ergibt sich für hohen Durchsatz als kleinste Pixelgröße etwa 25 mm x 25 mm. Größere Objekte werden in mehreren Pixel zu sehen sein und als ein Objekt beurteilt. Kleinere Objekte werden als einzelne Objekte erkannt solange sie sich ausreichend getrennt voneinander auf dem Förderband befinden.

Durch Reduktion der Bandgeschwindigkeit und erhöhen der Messzeit je Pixel kann eine höhere Sensibilität für die Identifikation von Elementen geringer Konzentration oder geringer Menge erreicht werden (Legierungen, Seltene Erden, Platingruppe).

Das Gehäuse der XRFline erfüllt die Strahlenschutzrichtlinien des deutschen Strahlenschutzgesetzes. Der Strahlenschutz am und um das Förderband muss anlagenseitig, entsprechend der Gesetzgebung am Aufstellungsort, ausgeführt werden. Desweiteren ist das Gehäuse nach Schutzgrad IP 65 ausgeführt um einen wartungsfreien 24h/7d Betrieb zu gewährleisten.

Ein vorkonfigurierter Industrie-PC inklusive Bedien- und Analysesoftware ist im Lieferumfang enthalten. Aufgrund der großen Materialvielfalt muss die Analysesoftware der Anwendung angepasst werden.
Das Analyseergebnis kann über eine Standard Gigabit Ethernet Verbindung in Echtzeit an eine externe Prozessüberwachung (z.B. SPS) übertragen werden.

Mögliche Anwendungsgebiete:
■ Aussortieren störender Materialien aus Stoffströmen (z.B. meatballs, Bleiglas)
■ Sortierung von Stoffströmen nach Legierungen (z.B. Stähle, Bronzen, Messing)
■ Überwachung und/oder Analyse von Ausgangsströmen (z.B. Shredder, Bergbau)
■ Überwachung und/oder Analyse von Eingangsströmen (z.B. Stahlwerk)

Technische Spezifikation

Detektor Typ Silicon Drift Detector (SDD) von KETEK GmbH
Röntgenröhre Hochleistungsröhre mit Wasserkühlung
Messspuren angepasst an Förderbandbreite und Objektgröße
Pixelgröße quer zum Band ≥ 25 mm
Pixelgröße entlang des Bandes Min. 1/100 * Bandgeschwindigkeit (m/s)
Prozessschnittstelle 1 Gigabit Ethernet
Spannungsversorgung 230 V / 16 A
Umgebungstemperatur +5 °C bis +45 °C

Publikationen und Konferenzen

■ Vortrag auf der Sensor-Based-Sorting Konferenz 2016 in Aachen/Germany 
   "A newly developed XRF-Sensor with high sensitivity for increased sorting efficiency."

LLA-Cen4 - 4-Element Röntgenfluoreszenzdetektor für den wissenschaftlichen Bereich

LLA_Cen4 - Röntgenfluoreszenzdetektor
LLA_Cen4 - Röntgenfluoreszenzdetektor

LLA-Cen4   -   4-Element Röntgenfluoreszenzdetektor 

Das Detektorsystem LLA-Cen4 besteht aus 4 Einzeldetektoren basierend auf modernster Röntgenfluoreszenzdetektortechnologie. Die Leistungsfähigkeit der KETEK Silizium-Drift-Detektoren (SDD) ist gekennzeichnet durch hohe Zählraten (>1Mcps), ein hervorragendes Signal-zu-Hintergrund Verhältnis, hervorragende Energieauflösung (<130 eV) und einen großen Energiebereich (0.2keV bis 30 keV).

Die 4 Detektoren sind unter einem Winkel von 45° ringförmig um den Primärstrahlkanal angeordnet, so dass sich die Detektorachsen in einem Punkt auf der Primärstrahlachse schneiden. Der Messpunkt liegt auf der auf der Achse des Primärstrahlkanales 5 mm vor der Vorderkante des Detektorsystems.

Für den LLA-Cen4 stehen 3 verschiedene Varianten zur Auswahl:
■ 28 mm²  sensitive Fläche bestehend aus 4 Stück H07-Detektoren (4 x 7 mm²)
■ 80 mm²  sensitive Fläche bestehend aus 4 Stück H20-Detektoren (4 x 20 mm²)
■ 120 mm²  sensitive Fläche bestehend aus 4 Stück H30-Detektoren (4 x 30 mm²)

Die Vorteile des 4-kanaligen Systems gegenüber einem 1-kanaligen System mit vergleichbarer sensitiver Fläche sind:
■ dünnere Detektorfenster und daher höhere Empfindlichkeit bei niedrigen Energien
■ bessere Energieauflösung (z.B. <129 eV für einen 20 mm² und <136 eV für einen 80 mm² Detektor)
■ 4-fache Zählrate (4  x  >1Mcps)

Applikationen für den LLA-Cen4 sind z.B.:
■ ‘On the fly‘ Röntgenfluoreszenz-Scans
■ XANES/EXAFS Messungen an massiven Proben oder Proben mit sehr geringer Konzentration die für Absorptionsmessungen nicht geeignet sind.

Darstellung LLA-Cen4 Detektionseinheit

LLA-DPP4   -   4 Kanal Digital Pulse Prozessor

Der LLA-DPP ist ein kostengünstiger 4 Kanal Digital Pulse Prozessor mit hohem Durchsatz und Echtzeit Datenübertragung.

Mit dem bei LLA entwickelten 4-kanal DPP ist es möglich Spektren mit einer Messzeit von nur 1 ms aufzunehmen und via GBit-LAN in Echtzeit zu einem angeschlossenen PC zur weiteren Verarbeitung zu übertragen.

Die mitgelieferte Software erlaubt das Speichern aller gemessenen Einzelspektren aber auch das Aufsummieren einer beliebigen Anzahl aufeinanderfolgenden Spektren für lange Messzeiten.

Die Daten in den 2048-Kanal breiten Spektren werden dabei nicht bearbeitet oder in irgendeiner Weise korrigiert.
Der DPP ist ausgelegt für ramped reset type Vorverstärkersignale in einem Bereich von -2V bis +2V z.B. für KETEK GmbH SDD´s, für andere Vorverstärkersignale bitte Anfragen.

Merkmale:
■ 4 Kanäle
■ Digitale I/O TTLin  und  TTLout  zum externen triggern
■ Peaking time: 0,1 bis 1,6 Mikrosekunden
■ Einstellbarer flat top und threshold

LLA-DPP4 4-kanal digital pulse Prozessor

XRF SCI Softwarepaket

XRF SCI Software
XRF SCI Software

XRF SCI Setting- und Steuerungssoftware

Eine einfache Software dient zum Einstellen der Detektorparameter, wie Verstärkung, Peaking time, Flattop oder Treshold sowie zur Überwachung von Parametern wie der SDD-Chip-Temperatur.

Ebenfalls enthalten sind Optionen zur Steuerung der Spektrenerfassung wie Messzeit, Dateipfad und -name. Wahlweise können separate Dateien von jedem Kanal oder eine einzelne Datei mit den Summenspektrum aller 4 Kanäle gespeichert werden. Ein einfacher Scan-Modus ermöglicht außerdem das Erfassen und Speichern einer fortlaufenden Anzahl von Spektren in einer einzigen Datei.

Kontrolloptionen:
• Manuelle Auslösung durch die Software
• Starten / Stoppen über TTLin
• von anderer Software über Ethernet (UDP-Pakete)

Geräteinformationen LLA-Cen4_DPP4