ZASTOSOWANIE RODOWISKA LABVIEW DO STEROWANIA PO- MIARAMI Z WYKORZYSTANIEM DYFRAKTOMETRU RENTGENOW- SKIEGO X PERT MPD

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie ZASTOSOWANIE RODOWISKA LABVIEW DO STEROWANIA PO- MIARAMI Z WYKORZYSTANIEM DYFRAKTOMETRU RENTGENOW- SKIEGO X PERT MPD Wykonał: Piotr Maj Promotor: prof. dr hab. Tomasz Stobiecki KRAKÓW 2005

Pragn serdecznie podzikowa: prof. dr hab. Tomaszowi Stobieckiemu za umoliwienie mi pracy w swoim zespole, za powicony czas, zaangaowanie oraz cenne wskazówki mgr in. Mirosławowi ołdziowi za konsultacje oraz przekazan wiedz z zakresu elektroniki i programowania dr hab. in. Pawłowi Grybosiowi za pomoc w zrozumieniu zasad działania i komunikacji modułu do detekcji pozycyjnej mgr in. Wiesławowi Powronikowi i mgr in. Jarkowi Kanakowi za pomoc w obsłudze dyfraktometru oraz rady zwizane z pomiarami 2

Spis treci 1. Wstp... 4 2. Opis stanowiska do dyfrakcyjnych pomiarów rentgenowskich z układem do akwizycji danych z paskowego detektora krzemowego... 7 2.1. Elementy stanowiska pomiarowego... 7 2.1.1. Lampa rentgenowska... 8 2.1.2. Detektory dyfraktometru i geometria pomiaru dyfrakcyjnego... 8 2.1.3. Goniometr... 9 2.1.4. Półprzewodnikowy detektor paskowy z elektronik odczytu... 9 2.1.5. Konwerter... 13 2.1.6. Karta pomiarowa... 16 2.2. Elementy programowe... 17 2.2.1. Opis rodowiska LabVIEW... 17 2.2.2. Obsługa interfejsu szeregowego z poziomu rodowiska LabVIEW... 23 2.2.3. Konfiguracja sprztu pomiarowego firmy National Instruments... 25 2.2.4. Obsługa karty pomiarowej z poziomu rodowiska LabVIEW... 27 2.3. Interfejsy... 31 2.3.1. RS 232... 31 2.3.2. Interfejs do komunikacji z detektorem... 33 2.4. Opis działania układu do akwizycji danych z krzemowego detektora paskowego.. 34 2.4.1. Akwizycja widma z detektora paskowego... 34 2.4.2. Obsługa programu... 36 3. Pomiary testowe... 47 3.1. Pomiar widma energetycznego... 47 3.2. Pomiary widm dyfrakcyjnych układów wielowarstwowych... 48 4. Podsumowanie... 53 5. Literatura... 54 3

1. Wstp Metaliczne lub półprzewodnikowe układy cienkowarstwowe o grubociach nanometrowych s powszechnie stosowane w nowoczesnych urzdzeniach elektronicznych charakteryzujcych si wysok gstoci upakowania informacji. Tego typu układy wielowarstwowe wytworzone próniowymi technikami nanoszenia cienkich warstw, wymagaj dokładnej charakteryzacji strukturalnej na poziomie atomowej zdolnoci rozdzielczej. Badanie struktury krystalograficznej cienkich warstw za pomoc dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, jest powszechnie stosowan metod, niemniej mała ilo materiału w próbce cienkowarstwowej powoduje wydłuenie si pomiaru dla osignicia wysokiej statystyki zlicze oraz duej intensywnoci pików dyfrakcyjnych. Dlatego tradycyjne gazowe liczniki proporcjonalne zostaj obecnie zastpione, paskowymi detektorami półprzewodnikowymi o wysokiej wydajnoci zlicze kwantów promieniowania rentgenowskiego. Pozycjoczułe detektory krzemowe od wielu lat s wykorzystywane w akceleratorach wysokich energii [1]. Idea zastosowania paskowego detektora krzemowego do standardowego dyfraktometru proszkowego pojawiła si w 1996 roku [2]. W Zakładzie Elektroniki Jdrowej AGH skonstruowano pierwsze prototypowe moduły zawierajce krzemowe detektory paskowe i elektronik odczytu [3,4], a testowe pomiary dyfrakcyjne na próbkach proszkowych i cienkich warstwach przeprowadzono na dyfraktometrze X Pert MPD w Katedrze Elektroniki AGH [5]. Niniejsza praca magisterska omawia elektronik akwizycji danych i oprogramowanie systemu sterowania pomiarem dyfrakcyjnym za pomoc graficznego jzyka LabVIEW. Dyfraktometr rentgenowski jest urzdzeniem, które umoliwia badanie struktur krystalograficznych materiałów za pomoc zjawiska dyfrakcji promieniowania X. Przykładem takiego dyfraktometru moe by, znajdujcy si w Katedrze Elektroniki AGH, X Pert MPD (Multi Purpose Diffractometer) firmy Philips (rys. 1.1). Głównymi elementami dyfraktometru s: lampa promieniowania X, zestaw szczelin formujcych wizk oraz detektory umieszczone na ramionach goniometru [6]. Próbk do bada umieszcza si na specjalnym stoliku obrotowym posiadajcym moliwo obrotów wokół osi z (kt ϕ) i x lub y (kt ψ). Najwaniejsze elementy dyfraktometru pokazane s na zdjciach Rys.1.1 Zdjcie dyfraktometru X Pert poniej. 4

Lampa rentgenowska (rys. 1.2) umieszczona jest na lewym ramieniu goniometru i jest sterowana przez wewntrzny sterownik dyfraktometru. Uytkownik ma moliwo kontroli połoenia lampy poprzez sterowanie ramieniem goniometru. Rys. 1.2 Lampa rentgenowska umieszczona na lewym ramieniu goniometru, widoczny fragment stolika na próbk Rys. 1.3 Detektory umieszczone na prawym ramieniu goniometru Detektory widoczne na zdjciu (rys. 1.3) rejestruj promieniowanie ugite. Umieszczone s one na prawym ramieniu goniometru. Górny detektor przystosowany jest do pomiarów w geometrii Bragga- Brentano natomiast detektor dolny do pomiarów cienkich warstw w tzw. Geometrii GID (Grazing Incidence Diffraction). Ruch ramion dyfraktometru kontrolowany jest przez sterownik, który precyzyjnie ustawia zadane połoenie ktowe. Ustawia on równie zadane parametry pracy detektorów oraz lampy. Aby otrzyma dyfrakcyjne widmo w szerokim zakresie ktowym, czyli otrzyma piki odbi braggowskich od płaszczyzn kryształów dowolnie zorientowanych w przestrzeni, nale- y porusza ramieniem goniometru bardzo dokładnie wykonujc pomiar cigły lub krokowy (dokładno ustawienia ktowego do 0,001 stopnia). Pomiary te s bardzo czasochłonne, jeeli wymagana jest odpowiednio dua statystyka zlicze dla danego kroku pomiarowego. Schemat toru pomiarowego uformowany zestawem szczelin przedstawiony jest na rysunku 1.4. Na zdjciu (rys. 1.5) przedstawiono rzeczywiste tory pomiarowe dyfraktometru. 5

Rys. 1.4 Formowanie wizki padajcej i odbitej za pomoc szczelin Rys. 1.5 Tory pomiarowe dyfraktometru Zastosowanie wielopaskowego detektora mierzcego jednoczenie pewien zakres ktowy pozwala zaoszczdzi czas pomiaru i uzyska wiksz rozdzielczo ktow (rys. 1.6). Rys. 1.6 Pomiar przy pomocy detektora z jednym paskiem oraz z wieloma paskami Zamontowanie paskowego detektora z elektronik odczytu na ramieniu goniometru, zbudowanie fizycznej warstwy komunikacji, oraz aplikacji pozwalajcej na kontrolowanie detektora i wykonywanie automatycznych pomiarów w szerokim zakresie ktowym jest przedmiotem mojej pracy dyplomowej. 6

2. Opis stanowiska do dyfrakcyjnych pomiarów rentgenowskich z układem do akwizycji danych z paskowego detektora krzemowego 2.1. Elementy stanowiska pomiarowego W systemie mona wyróni elementy sprztowe pokazane na schemacie (rys. 2.1). Rys. 2.1 Schemat połcze elementów sprztowych systemu pomiarowego 7

2.1.1. Lampa rentgenowska W dyfraktometrach X Pert firmy Philips montowane s najczciej lampy rentgenowskie, w zalenoci od emitowanej długoci fali z anodami: miedzianymi, kobaltowymi, chromowymi lub molibdenowymi. Dyfraktometr X Pert (Philips 2000), za pomoc którego przeprowadzano pomiary w tej pracy, wyposaony był w anod miedzian ( λ =1, 54184 Å) o Cu rozmiarach 12 mm 0, 4mm Lampy rentgenowskie dyfraktometru X Pert montowane s w specjalnej obudowie PW 3040/00 [6]. Lampa posiada cztery berylowe okna, którymi emitowane jest promieniowanie. Moe ona by obracana w obudowie tak, by emitowane promienie były skupiane w punkcie lub w linii. Kade okno posiada sterowan, elektromagnetyczn przesłon (ang. shutter), która moe by otwarta tylko wówczas, gdy spełnione s warunki bezpieczestwa (zamknite drzwi dyfraktometru, sprawne działanie wszystkich podzespołów). Uytkownik moe zmienia połoenie lampy, wielko napicia, natenie prdu, zamknicie i otwarcie przesłony blokujcej promieniowanie X. Podczas pomiarów wysokie napicie przyłoone na anod lampy wynosiło 40 kv, natomiast natenie prdu 10 ma. 2.1.2. Detektory dyfraktometru i geometria pomiaru dyfrakcyjnego Zastosowane w dyfraktometrze X Pert detektory to gazowe liczniki proporcjonalne, których zalety i wady w porównaniu z paskowym detektorem półprzewodnikowym zostały omówione w pracy doktorskiej J. Słowika [7]. Górny detektor przystosowany jest do pomiarów w geometrii Bragga-Brentano stosowanej do pomiarów próbek proszkowych (wizka promieniowania X zogniskowana na szczelinie licznika, rys. 2.2) Rys. 2.2 Geometria pomiaru za pomoc optyki Bragga- Brentano 8

Do pomiaru cienkich warstw pod małym ktem padania wizki pierwotnej (GID Grazing Incidence Diffraction) uywa si licznika dolnego. Docierajca do niego odbita wizka uformowana jest w postaci równoległych promieni, tzw. geometria płasko-równoległa (rys. 2.3). Rys. 2.3 Geometria pomiaru płasko-równoległa GID W przypadku pomiarów dyfrakcyjnych (roz. 3.2) z zastosowaniem półprzewodnikowego detektora paskowego stosowano geometri Bragga-Brentano a wizka odbita padajca na detektor nie była formowana adnym układem szczelin (rys. 1.6). 2.1.3. Goniometr Goniometr dyfraktometru (rys. 1.5) stanowi dwa ramiona, stronna lewym ramieniu zamontowana jest lampa rentgenowska a na prawym, niezalenie od siebie, detektory. Posiada on równie silnik wraz ze sterownikiem, który pozwala ustawi oba ramiona niezalenie na wybrany kt z dokładnoci do 0,001 stopnia. Komendy sterujce przetwarzane przez sterownik wysyłane s z komputera klasy IBM PC przez port szeregowy RS232. Informacja o połoeniu ramion dyfraktometru moe by przesyłana z urzdzenia do komputera po tym samym interfejsie szeregowym (które informacje maj by przesyłane wybiera uytkownik). 2.1.4. Półprzewodnikowy detektor paskowy z elektronik odczytu Moduł do detekcji pozycyjnej składa si z krzemowego detektora paskowego i elektroniki odczytu (rys. 2.4). Detektor wytworzony jest w technologii CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) na wysoko-rezystywnym krzemie (około 4 kcm), co pozwala na uzyskanie całkowitego zuboenia detektora przy stosunkowo małym napiciu polaryzacji [8]. Wykorzystanie krzemu i zastosowanie dobrze opanowanych procesów technologicznych, 9

jakie towarzysz produkcji układów scalonych w przemyle elektronicznym daje wzgldnie niskie koszty produkcji detektora. Na zdjciu (rys. 2.4) przedstawiono jedn z wersji detektora posiadajcego 128 pasków oraz dwa 64 kanałowe układy scalone [8]. Rys. 2.4 Prototypowy paskowy detektor krzemowy: a) sensor (128 pasków), b) elektronika odczytu Kady z pasków detektora krzemowego wyposaony w niezaleny tor elektroniki odczytu moe by traktowany jako pojedyncza szczelina pomiarowa w metodzie tradycyjnej. Odległo pomidzy paskami moe by róna (zazwyczaj w granicach 50 100µ m ) i to ona determinuje przestrzenn zdolno rozdzielcz detektora. Linie sił wewntrznego pola elektrycznego w detektorze kształtuj si w taki sposób, e obszary midzy-paskowe s aktywne i deponowany tam ładunek dociera do elektrod (rys. 2.5). 10

Rys. 2.5 Schemat detektora Do odczytu impulsów prdowych z paskowego detektora krzemowego wykorzystywane s 64 kanałowe układy scalone. Uproszczony schemat blokowy pojedynczego przykładowego układu scalonego przedstawiony jest na rysunku (rys. 2.6). Mona w nim wyróni: 64 kanały analogowe, 128 liczników, układ wejcia/wyjcia, dekoder komend sterujcych, przetworniki cyfrowo-analogowe oraz układ kalibracyjny [9]. Rys. 2.6 Schemat blokowy pojedynczego układu scalonego Schemat blokowy pojedynczego kanału analogowego jest przedstawiony na rysunku (rys.2.7). Kady kanał składa si z: wzmacniacza ładunkowego, który przekształca prdowy impuls z detektora na skok napicia 11

układu kształtujcego, który otrzymane na wyjciu wzmacniacza ładunkowego impulsy wzmacnia, filtruje i kształtuje stosownie do wymaga czasowych dwóch niezalenych dyskryminatorów napicia, na wyjciu których otrzymywana jest binarna odpowied dwóch niezalenych liczników zliczajcych binarne sygnały z wyj dyskryminatorów Zastosowane w układzie przetworniki cyfrowo-analogowe (DAC) pozwalaj na ustawienie parametrów filtracji w torach analogowych jak równie ustawienie progów dyskryminacji. Rys 2.7 Schemat blokowy kanału analogowego Zliczanie impulsów z wyj dyskryminatorów jest wykonywane w binarnych, n-bitowych, asynchronicznych licznikach. Uproszczony diagram bloku liczników dla omiu kanałów (razem 16 liczników) jest przedstawiony na rysunku (rys. 2.8) [8]. Przychodzce do detektora sygnały sterujce podłczone s do dekodera komend, który rozpoznaje komendy i wysyła odpowiednie sygnały sterujce i kontrolujce działanie całego detektora, w tym równie liczników. Sygnał gateh i gatel jest uywany do otwierania lub zamykania wejcia z wyjcia dyskryminatora górnego i dolnego. Sygnał test pozwala programowo zwikszy warto liczników, a tym samym na ich niezalene testy [9]. 12

Rys. 2.8 Uproszczony schemat bloku liczników 2.1.5. Konwerter Dane wysyłane z komputera przy pomocy cyfrowej karty pomiarowej s w standardzie TTL (Transistor Transistor Logic), natomiast detektor obsługuje sygnały w standardzie LVDS (Low Voltage Differential Signal), czyli niskonapiciowe sygnały rónicowe. Ich zalet jest mniejsza wraliwo na zakłócenia ni w standardzie TTL. W ramach pracy zaprojektowano i zbudowano moduł konwertera TTL-LVDS, którego schemat blokowy przedstawiono na rysunku 2.9, a jego praktyczn realizacj na zdjciach (rys. 2.11 i 2.12). 13

Rys. 2.9 Blokowy schemat konwertera TTL-LVDS Schemat połcze elektrycznych został wykonany w programie EAGLE Layout Editor (rys. 2.10). Do konwersji sygnałów z LVDS do TTL uyto układu DS890C031, a konwersja odwrotna uywa dwóch układów DS890C032. Układy te mog przekształci po cztery sygnały jednoczenie. Odbierane linie rónicowe danych D0 D7 terminowane s 100 opornikami. Dodatkowo kady z układów posiada po dwa kondensatory filtrujce o wartociach 10nF i 100nF. Płytka posiada diod do sygnalizacji podpitego zasilania. 14

Rys. 2.10 Schemat połcze elektrycznych wykonany w EAGLE Layout Editor Rys. 2.11 Płytka konwertera z podpit tam - góra Rys. 2.12 Płytka konwertera z wpitym kablem dół 15

2.1.6. Karta pomiarowa Zastosowana w systemie komunikacji karta NI PCI 6533 (DIO-32HS) firmy National Instruments jest próbkujc kart cyfrowego wejcia-wyjcia. Moe ona próbkowa wej- cie/wyjcie (zwane dalej DIO Digital Input Output) z czstotliwoci do 20MHz. 32 linie DIO s podzielone na cztery 8 bitowe porty. Próbkujc DIO moemy wymienione porty podzieli na dwie 8 lub 16 bitowe grupy, lub jedn 32 bitow grup. Kada grupa moe wykonywa operacje wejcia lub wyjcia uywajc tego samego zegara taktujcego [10]. Rys. 2.13. Schemat blokowy karty pomiarowej NI 6533 PCI DIO 32HS Karta akwizycji danych montowana jest do magistrali PCI komputera klasy PC (rys. 2.13). Wszelkie dane pomidzy kart a komputerem przesyłane s dziki zamontowanym w karcie interfejsom pozwalajcym odbiera, wysyła dane, obsługiwa przerwania oraz bezpo- redni odstp do pamici (DMA Direct Access Memory). Pami FIFO (First Input First Output) to komórki pamici, do których dostp jest szybszy ni do danych zapisywanych na dyskach twardych. Kolejkuj one bity, które w danym momencie nie mog by przesłane do magistrali PCI lub wystawione na pin karty. Bufory wejcia/wyjcia to komórki przechowujce pojedyncze wysyłane i odbierane dane. 16

Karta posiada wewntrzny oscylator 20MHz, do którego synchronizowane s operacje wejcia/wyjcia. Dziki niemu mona osiga okres próbkowania do 50ns. Zamiast wewntrznego zegara karty mona równie wybra zegar zewntrzny, który bdzie reprezentowany przez linie RTSI (Real-Time System Integration) przychodzce z magistrali PCI. Wystpujcy w nazwie karty człon 32HS naley interpretowa w taki sposób, e karta posiada 32 linie szybkiego wejcia/wyjcia (HS High Speed). 2.2. Elementy programowe 2.2.1. Opis rodowiska LabVIEW Wstp LabVIEW jest graficznym jzykiem programowania. Programy pisane w rodowisku LabVIEW s nazywane instrumentami wirtualnymi (Virtual Instruments, w skrócie VI s), poniewa ich wygld i działanie imituj fizyczne instrumenty, takie jak oscyloskopy czy multimetry. W odrónieniu od tekstowych jzyków programowania, w których kolejne linie kodu okrelaj wykonywanie programu, w LabVIEW wykonywanie aplikacji determinowane jest przez przepływ danych na diagramie (dataflow programming) [11]. Rys.2.14 Przykład programu w rodowisku LabVIEW 17

Panel frontowy i diagram blokowy Program pisany w rodowisku LabVIEW zawiera dwa okna: Front Panel pełnicy rol interfejsu uytkownika i Block Diagram zawierajcy graficzny kod programu. Kady VI wywietla przypisany mu obrazek (ikon), który jest graficzn reprezentacj programu. Panel frontowy (rys. 2.14) jest budowany przy pomocy kontrolek (controls rys. 1.5) i wskaników (indicators), które s odpowiednio wejciowym i wyjciowym terminalem programu. Kontrolki to na przykład pokrtła, przyciski, numeryczne terminale. Wskanikami s: wykresy, diody LED i inne wywietlacze. Pokrtło Numery Suwak Wskanik Przyciski Diody Wykres Rys.2.15 Przykłady kontrolek uywanych w rodowisku LabVIEW Kontrolki reprezentuj wejcie instrumentu (rys. 2.16) wirtualnego i przekazuj dane do diagramu blokowego programu. Indykatory symuluj wyjcie instrumentu i wywietlaj dane wyliczone lub wygenerowane przez kod programu. Rys. 2.16 Przykład instrumentu wirtualnego Diagram blokowy składa si z terminali, funkcji, struktur i przewodów. Terminale s wejciowym i wyjciowym portem wymieniajcym informacj pomidzy panelem frontowym a diagramem blokowym. Reprezentuj one typ danej kontrolki lub wskanika. Mona zmody- 18

fikowa terminale tak, aby widoczne były na diagramie jako ikony typu danych lub jako ikony kontrolek widocznych na panelu frontowym (ustawienie domylne). Terminal kontrolki pokrtła widziany jako obrazek typu danych (DBL cztero bajtowa liczba zmienno przecinkowa) Terminal tej samej kontrolki z ikon i z zaznaczonym niej typem danych. Terminal widziany jako ikona kontrolki jest wikszy, ale przez to bardziej czytelny Funkcje to programy, które jako wynik zwracaj jedn lub wicej wartoci. W LabVIEW moemy je podzieli na dwa rodzaje: pierwotne i tzw subvi. Funkcji pierwotnych nie mona edytowa, nie posiadaj one panelu ani diagramu, traktuje si je jako czarne skrzynki wykonywajce pewne obliczenia i zwracajce wynik. Programy złoone z funkcji pierwotnych to subvi. Mona zobaczy ich zawarto i edytowa je. Do tej grupy zalicza si programy tworzone przez uytkownika. Struktury Struktury s graficzn reprezentacj ptli, i funkcji podejmujcych wielowariantowe decyzje. Podobnie jak inne elementy panelu struktury posiadaj terminale łczce je z funkcjami, strukturami etc., zawieraj one wewntrzny diagram zwany dalej subdiagramem. Do struktur zalicza si: ptla FOR wykonuje swój subdiagram okrelon ilo razy ptla WHILE wykonuje swój subdiagram a do napotkania warunku stopu struktura CASE zawiera wiele subdiagramów, dla kadego przypadku inny diagram wykonywany pod zadanym warunkiem struktura SEQUENCE zawiera jeden lub wicej subdiagramów, które wykonuj si po kolei Struktura EVENT struktura zdarze zawierajca jeden lub wicej subdiagramów wykonujcych si w zalenoci od interakcji uytkownika z programem Tworzenie kodu programów Przepływ danych w diagramie jest reprezentowany przez przewody (wire). Na rysunku 2.14 przewód łczy kontrolki i wskaniki z funkcjami. Kady przewód ma pojedyncze ródło danej, ale moe by doprowadzony do wielu funkcji lub wskaników. Przewody maj róne kolory, style i gruboci w zalenoci od typu przesyłanej danej (rys. 2.17). 19

Ptla WHILE Ptla FOR Struktura EVENT Przykłady funkcji Przykłady przewodów Rys.2.17 Przykłady struktur, funkcji i przewodów uywanych w rodowisku LabVIEW Zbudowany program moe by uyty jako podprogram (subvi) pod warunkiem zbudowania dla niego obszaru połcze. Jest to grupa terminali odnoszcych si do kontrolek i indykatorów uytych w programie (podobnie jak lista parametrów wywołania funkcji w jzykach tekstowych). Po uyciu VI a jako subvi a mona podłczy dane wejciowe i wyjciowe do obszaru połcze zbudowanego programu. Ikona programu Nie podłczony obszar połcze (connector pane) Podłczony obszar połcze Pojedyncze VI e mona zapisywa jako pliki lub grupowa zapisujc grup programów w bibliotece. Mona definiowa zachowanie i wygld kadego programu. Okno pomocy kontekstowej (Context Help) pokazane na rysunkach 2.18 i 2.19 wy- wietla opis wskazanej kursorem funkcji. Opis moe by dodany do własnego VI a. Rys.2.18 Po najechaniu mysz na ikon funkcji Equal? wywietlany jest jej opis Rys.2.19 Opis dodany do własnego programu jest wywietlany w oknie pomocy po najechaniu mysz na ikon VI a 20

Funkcje w LabVIEW Pisanie programu wie si z uywaniem rónych funkcji, które w tradycyjnych jzykach tekstowych s po prostu wpisywane (np. +, =, mean()). Aby w LabVIEW uy okrelonej funkcji naley j znale na palecie funkcji i umieci na diagramie. Paleta funkcji (Function Palette) pokazana na rysunku 2.20 jest zbiorem wszystkich dostpnych funkcji rodowiska LabVIEW. Jako pierwsze na palecie umieszczone zostały opisane wczeniej struktury. Kolejne funkcje to: funkcje numeryczne do arytmetycznych, trygonometrycznych, logarytmicznych, zespolonych operacji matematycznych na liczbach jak równie do konwersji ich typów funkcje logiczne pozwalajce na obliczanie wartoci jednej zmiennej, lub tablicy wartoci logicznych takich jak: zmiana wartoci na przeciwn, operacje na bramkach logicznych, konwersja wartoci logicznych do numerycznych i odwrotnie funkcje operujce na cigach znaków (String). Pozwalaj one na: łczenie, dzielenie, przeszukiwanie, zamienianie cigów znaków, zamienianie ich na wartoci numeryczne i odwrotnie funkcje operujce na tablicach (Array), pozwalaj midzy innymi na: utworzenie tablicy, sprawdzenie jej wymiaru, dzielenie, dodawanie, usuwanie elementów tablicy funkcje operujce na zbiorach (Cluster), czyli obiektach odpowiadajcych strukturom jzyka C, lub rekordom Pascala. Pozwalaj one na wkładanie i wyciganie pojedynczych elementów ze zbioru, konwersj zbiorów na tablice i odwrotnie Rys. 2.20 Paleta funkcji w oknie diagramu blokowego funkcje porównujce słuce do porównywania wartoci numerycznych, 21

logicznych, cigów znaków, tablic i zbiorów. Zwracane wartoci to najczciej warto- ci logiczne prawda, jeeli parametry funkcji spełniaj dany warunek, fałsz, jeeli tego warunku nie spełniaj funkcje do obsługi czasu i funkcje dialogowe stosowane do okrelania prdkoci wykonywania struktur, pobierania wartoci czasu z zegara systemowego, tworzenie okien dialogowych funkcje do operacji plikowych - słuce midzy innymi do: zapisywania i odczytywania z pliku, pozwalajce na otwieranie, zamykanie, zapisanie, odczytanie, stworzenie, usunicie pliku, stworzenie, usunicie, przeszukanie katalogu funkcje do komunikacji pozwalajce na wymian danych pomidzy aplikacjami (niekoniecznie napisanymi w LabVIEW). Znajduj si tu midzy innymi funkcje do komunikacji przez TCP/IP, UDP, IrDA, DS, Bt i inne funkcje do obsługi urzdze pozwalaj na komunikacje z urzdzeniem przy uyciu architektury Virtual Instrument Software Architecture (VISA). Funkcje te pozwalaj na wysyłanie i odbieranie cigu znaków (string) oraz kontrolowanie komunikacji. W szczególnoci s to gotowe funkcje do komunikacji szeregowej przez GPIB oraz VXI funkcje do obsługi urzdze pomiarowych firmy NI czyli głównie kart pomiarowych. Znajduj si tutaj sterowniki Traditional DAQ oraz NI DAQmx. Wymienione wyej funkcje mona podzieli na dwie kategorie: funkcje do obróbki danych, oraz funkcje komunikujce si ze sprztem i pozwalajce na zbieranie danych lub ich wysyłanie na zewntrz komputera. Do tej kategorii nale midzy innymi grupy: Communication, Instrument I/O, NI Measurement. Definicje typów Zmienne w rodowisku LabVIEW reprezentowane s jako kontrolki, którym mona przypisa specyficzne właciwoci, takie jak np.: typ danych, wartoci maksymalne i minimalne, wielko, kolor i wiele innych. Ustawion raz kontrolk uytkownik moe zapisa w pliku z rozszerzeniem.crt, co pozwoli uywa jej z ustawionymi wczeniej własnociami. Aby zapisa wybran kontrolk naley j zaznaczy a nastpnie w menu Edit wybra opcj Customize Control. Pojawi si okno edycji kontrolki, gdzie mona ustawi jej własnoci. Dodatkowo w oknie edycji uytkownik ma moliwo ustawienia jednego z trzech sposobów zachowania si zmiennej: jako zwykła kontrolka, jako definicja typu (typedef) lub jako cisła definicja typu (strict typedef). 22

Zachowanie zmiennej jak zwykłej kontrolki pozwala wywoła j z pliku z ustawionymi parametrami, które póniej mona dowolnie zmienia w programie. Zmienna zapisana jako definicja typu lub jako cisła definicja typu pozwala uywa t sam kontrolk w wielu miejscach, zawsze zachowujc te same parametry i wartoci domylne w kadym miejscu programu. Zmiana typu kontrolki zmieni j w kadym innym miejscu. Rónica pomidzy wymienionymi trybami zapisu dotyczy tych własnoci kontrolki, które nie maj wpływu na jej typ lub warto czyli rozmiar, kolor. Zapisujc zmienn jako definicj typu uytkownik ma moliwo zmieni w programie jej rozmiar, kolor. Nie moe jednak zmieni typu ani struktury. 2.2.2. Obsługa interfejsu szeregowego z poziomu rodowiska LabVIEW Funkcje z palety instrument driver rodowiska LabVIEW komunikujce si ze sterownikiem danego urzdzenia uywaj architektury VISA Virtual Instrument Software Architecture. Pozwala ona na komunikacj z rónymi urzdzeniami uywajc jednego standardowego interfejsu. Funkcje VISA pozwalaj na komunikacj szeregow bez wgłbiania si w sprztowe rozwizanie problemu transmisji. Niej przedstawione zostały najwaniejsze funkcje uywane do obsługi komunikacji szeregowej. Visa Resorce Name Control pozwala identyfikowa sesj, która zostanie otwarta i nada domylne parametry transmisji ustawione w MAX ie (Measurement and Automation explorer rys. 2.21). VISA Configure Serial Port funkcja pozwalajca programowo ustawi lub nadpisa domylne ustawienia portu szeregowego. VISA Open otwiera sesj komunikacji z urzdzeniem okrelonym przez VISA resource name. 23

VISA Close zamyka otwart wczeniej sesj. Nie zamknita sesja powoduje blokad dostpu do portu okrelonego przez VISA resource name. VISA Write funkcja wysyłajca bufor wyjciowy do urzdzenia sprecyzowanego przez terminal VISA resource name. VISA Read funkcja czytajca dane z urzdzenia okrelonego przez terminal VISA resource name. Read buffer to cig przeczytanych znaków. Rys.2.21 Okno MAX a z rozwinitym menu i zaznaczonym portem COM1 oraz ustawienia parametrów na zakładce Port Settings W opcjach konfigurowania portu szeregowego dostpne do edycji s podstawowe parametry transmisji portu szeregowego takie jak: fizyczne wyjcie portu (np. COM1 lub COM 2), szybko transmisji, ilo bitów danych, kontrola parzystoci, ilo bitów stopu, kontrola transmisji. Uytkownik moe równie nada nazw sesji VISA, która bdzie automatycznie widoczna w kontrolce VISA Resource Name na diagramie blokowym programu. 24

2.2.3. Konfiguracja sprztu pomiarowego firmy National Instruments Podczas instalacji sterowników NI-DAQ instalowany jest program Measurement & Automation Explorer (MAX). Słuy on midzy innymi do: konfiguracji sprztu firmy National Instruments testowania zamontowanego sprztu kalibracji sprztu konfiguracji oprogramowania NI tworzenia kanałów (channels) i wtków (tasks). Po zamontowaniu nowego urzdzenia naley uruchomi MAX a, który wykryje wszystkie urzdzenia i zainstalowane oprogramowanie National Instruments. Bd one dostpne w odpowiednich zakładkach menu (karty pomiarowe w Devices and Interfaces, oprogramowanie w Software ). Rys. 2.22. Okno programu MAX z zaznaczon kart DIO oraz menu spod prawego klawisza myszy [10]: Moliwe do wykonania funkcje dla karty PCI-6533 przy uyciu sterowników DAQmx to self test czyli auto-sprawdzenie karty 25

test panels wywołanie panelu testowego pozwalajcego na szybkie wystawienie danego stanu na wyjcie i odczytanie stanu dowolnego wejcia (rys. 2.23) reset device przy braku komunikacji z urzdzeniem (np. uruchomienie karty przy uyciu starszych sterowników) naley je w pierwszej kolejnoci zresetowa rename zmiana nazwy, pod któr jest widziane urzdzenie w oknie MAX a device pinouts wykaz nazw kolejnych wej/wyj karty. Podobne funkcje znajduj si w obsłudze karty przy pomocy sterownika Traditional NI-DAQ. Jednak obsługa karty przy uyciu starszych sterowników moe w szczególnoci spowodowa fakt, i nie bdzie ona mogła by obsłuona przez sterownik nowszy. Powodem tego moe by niepoprawne zamknicie lub wyrejestrowanie urzdzenia. Naley wówczas resetowa urzdzenie. Rys. 2.23 Okno panelu testowego cyfrowej karty pomiarowej Konfigurujc kart pomiarow na okrelone zadania naley odwoływa si do jej fizycznych wej/wyj. Mona odwoła si do nich bezporednio lub porednio przez stworzenie tak zwanego kanału wirtualnego, odwołujcego si do kanału fizycznego karty. Kanał fizyczny jest terminalem lub pinem, który moe mierzy lub generowa okre- lone sygnały (analogowe lub cyfrowe). Kady kanał fizyczny urzdzenia widziany przez DAQmx posiada niepowtarzaln nazw. 26

Kanał wirtualny (virtual channel) jest zbiorem właciwoci, które mog zawiera: nazw kanału wirtualnego fizyczny kanał (jego nazw) typ pomiaru lub generowania sygnału informacje skalujce wejcie / wyjcie. Kanał wirtualny mona konfigurowa jako cz zadania (task), lub jako niezwizany z adnym wtkiem. Task, czyli zadanie lub wtek obsługiwane przez NI-DAQmx jest zbiorem jednego lub wicej kanałów wirtualnych wraz z ustawionymi parametrami czasowymi (timing) urzdzenia i sposobami jego wyzwalania (triggering). Zadanie moe by zapisane i uywane w aplikacji jako kompletny zestaw informacji potrzebnych do wykonania operacji wejcia / wyjcia. Wykonanie pomiaru lub generowania sygnału przy wykorzystaniu task powinno zawiera nastpujce kroki: 1. utworzy task i channels 2. skonfigurowa (opcjonalnie) właciwoci kanałów, timing, triggering 3. czyta lub zapisywa próbki 4. wyczyci task. W razie koniecznoci powtórzy kroki 2 i 3. 2.2.4. Obsługa karty pomiarowej z poziomu rodowiska LabVIEW Komunikacja LabVIEW z kart pomiarow LabVIEW zawiera szereg funkcji pozwalajcych na konfiguracj, wysyłanie i odbieranie danych z karty akwizycji danych DAQ. Karta pomiarowa umieszczona w komputerze zbiera przychodzce do jej wejcia dane, które s nastpnie przekształcane przez oprogramowanie na posta wygodn dla uytkownika. Program ma moliwo kontrolowania urzdzenia do akwizycji danych dziki sterownikowi karty. Jest to specjalny zestaw instrukcji dla danego urzdzenia (karty), poprzez który mona si z nim komunikowa. 27

Rys.2.24 LabVIEW komunikuje si z kart pomiarow poprzez sterownik(driver) tej karty Urzdzenia pomiarowe firmy National Instruments zawieraj tak zwany NI-DAQ Driver Software. Jest to zbiór programów / funkcji pozwalajcych na kontrol urzdzenia. NI-DAQ zawiera dwa sterowniki do akwizycji danych: Traditional NI-DAQ oraz NI-DAQmx (rys. 2.24). Traditional NI-DAQ to sterownik stary i uywany w przypadkach, kiedy dane urzdzenie nie jest obsługiwane przez nowy driver NI-DAQmx, który posiada nowe funkcje i rozwinite narzdzia do kontrolowania urzdzenia. Korzyci z wprowadzenia DAQmx to głównie: DAQ Assistant interaktywny program pozwalajcy niedowiadczonym uytkownikom na szybk konfiguracj i wykonywanie operacji wejcia / wyjcia wzrost wydajnoci w porównaniu do poprzedniego sterownika (wielowtkowo, szybsze operacje wejcia wyjcia dla tych samych urzdze) łatwiejszy interfejs do tworzenia oprogramowania ni w wersji poprzedniej. Opis konfiguracji karty na zastosowanie do komunikacji z detektorem Komunikacja z modułem do detekcji pozycyjnej polega na zebraniu przez kart pomiarow odpowiedzi od modułu na wysłany do niego z karty wektor sterowania (Rys 2.25). Zarówno wektor sterowania jak i wektor odpowiedzi maja posta sygnału cyfrowego w standardzie TTL. 28

Rys. 2.25 Wektor sterowania i wektor odpowiedzi przesunite wzgldem siebie o czas Odbieranie i wysyłanie danych (operacje DIO) mog by wykonywane na dwa sposoby: nazywane dalej programowym i sprztowym. Programowy tryb operacji wejcia/wyjcia to inaczej programowe ustawienie danej linii w stan 0 lub 1. Okres próbkowania ( T s ) okrelony jako interwał czasu pomidzy wysyłanymi bitami jest w tym przypadku nieznany i zaleny od wielu czynników (szybkoci procesora, pracy systemu operacyjnego, czy nawet rodzaju karty graficznej [12]). dana informacja jest zapisywana i odbierana bit po bicie, przy czym kady bit zarówno zapisywany jak i czytany wymaga obsługi w programie. Tryb ten jest przedstawiony na rysunku (rys. 2.26). Prostokty symbolizuj wykonywanie czci kodu programu (niekoniecznie znanego moe by to jaki wtek systemu). Zalet takiego rozwizania moe by moliwo dowolnej konfiguracji linii portów DIO (na wejcie lub wyjcie). t 29

Rys.2.26 Programowy tryb operacji wejcia wyjcia karty Sprztowy tryb operacji wejcia/wyjcia polega na tym, e zarówno wysyłanie jak i odbieranie informacji jest realizowane przez kart DIO przy pomocy funkcji sterownika (driver a) tej karty. Okres próbkowania jest w tym trybie stały, gdy cały wektor wyj- ciowy jest zapisywany w buforze wyjciowym i potem próbkowany przez kart z zadan czstotliwoci próbkowania zsynchronizowan do wewntrznego oscylatora karty (patrz rys 2.27 schemat blokowy karty pomiarowej). Minimalny okres próbkowania przy maksymalnej czstotliwoci 20MHz dla karty PCI DIO 6533 wynosi 50ns. Wad tej metody jest fakt, e nie mona dowolnie ustawi kadej linii naley pracowa na portach lub grupach portów, przy czym, ustawienie karty na dwa 16 bitowe porty powoduje połczenie portu A0 i A1 w jedn grup oraz A2 i A3 w drug grup [10]. 30

Rys.2.27 Sprztowy tryb operacji wejcia wyjcia karty Zdecydowano si na zastosowanie sprztowej metody obsługi karty, poniewa pozwala na 1000 krotnie szybsz komunikacje ni metoda programowa. W odrónieniu od metody programowej pozwala ona równie zachowa stał czstotliwo próbkowania. 2.3. Interfejsy 2.3.1. RS 232 RS232 jest szeregowym interfejsem asynchronicznym wykorzystywanym do łczenia komputera (np. IBM PC) z dowolnym urzdzeniem peryferyjnym. Okrelenie asynchroniczny oznacza, e przesyła si tylko sygnał danych a sygnał zegara jest odtwarzany przez odbiornik na podstawie sygnału danych i znanej prdkoci transmisji. Okrelenie szeregowy oznacza, e poszczególne bity słowa wysyłane s jeden po drugim (jedna linia/sygnał) a nie jednoczenie (wiele linii/sygnałów). Konsekwencj braku linii zegara jest konieczno umieszczenia w sygnale danych dodatkowych bitów pozwalajcych na synchronizacj odbiornika z nadajnikiem (odzyskiwanie zegara) [13]. Schemat ramki danych interfejsu RS232 zamieszczono na rysunku 2.28. 31

Rys. 2.28 Ramka danych w standardzie RS232 Bit startu bit słuy jedynie do synchronizacji, D0 D7- bity danych stanowice jeden bajt, K opcjonalny bit kontrolny, Bit stopu bit koczcy transmisj jednego bajtu. Moe on by podwojony. Parametry elektryczne interfejsu RS232 Na liniach danych obowizuje logika ujemna (sygnały danych s aktywne w stanie niskim). Poziomy napi ( U ) sygnałów s nastpujce: 15V U + 3V U L L 3V + 15V L Sposoby przesyłania danych: simpleks, czyli transmisja jednokierunkowa midzy dwoma urzdzeniami pół-dupleks, czyli transmisja dwukierunkowa niejednoczesna po jednej linii transmisyjnej dupleks, czyli transmisja dwukierunkowa jednoczesna polegajca na jednoczesnym nadawaniu w obu kierunkach. Cechy interfejsu: Szybko transmisji od 1200 do 19200 b/s Maksymalna długo przewodu 15m Nadajnik mona podłczy tylko z jednym odbiornikiem Do nawizania komunikacji wystarcz dwa przewody (RxD oraz SGND). Interfejs RS232 stanowi najczciej 9-stykowe łcze szufladkowe DB-9, którego kocówki opisane s w tabeli: 32

Nr Pinu Oznaczenie Opis 1 DCD ledzenie poziomu sygnału odbieranego przez DCE 2 RxD Dane odbierane przez DCE 3 TxD Dane nadawane przez DCE 4 DTR Gotowo DTE 5 SGND Masa sygnałowa 6 DCE Gotowo do pracy DCE 7 RTS danie nadawania przez DTE 8 CTS Gotowo do nadawania przez DCE 9 RI Wskanik wywoływania DCE DTE terminal (Data Terminal Equipment) DCE (Data Communication Equipment) W magistrali interfejsu mona wyróni trzy grupy danych: 1. linie danych (TxD i RxD) 2. linie sterujce (DSR, DTR, RTS, CTS) 3. linia masy (SGND). 2.3.2. Interfejs do komunikacji z detektorem Interfejs został zrealizowany przy uyciu cyfrowej karty pomiarowej NI PCI DIO- 6533 (32-HS), dziki czemu była moliwo implementacji dowolnego protokołu transmisji w standardzie TTL. Protokół transmisji zawiera trzy główne klasy komend: 1. konfiguracyjne ustawianie biecych parametrów układu scalonego 2. odczytujce uywane do zbierania i czytania danych 3. testowe uywane do testowania i kalibrowania układu scalonego Wszystkie komendy zbudowane s z pól jak na rysunku 2.29 33

Rys.2.29 Format nadawanej ramki danych na linii CMD Nagłówek jest uywany do detekcji pocztku komendy. Kady układ scalony posiada 3- bitowy adres fizyczny. Istnieje moliwo wysyłania do układu komend globalnych interpretowanych przez kady z układów scalonych na płytce PCB bez wzgldu na warto adresu. Kolejne bity to kod operacji definiujcy akcj wykonywan przez układ scalony, natomiast adres i warto przetwornika DAC okrelaj, który z wewntrznych przetworników jest ładowany i jak wartoci. Po wysłaniu do układu scalonego dania wydania danych układ scalony wysyła dane w tak zegara na 8 liniach wyjciowych. 2.4. Opis działania układu do akwizycji danych z krzemowego detektora paskowego 2.4.1. Akwizycja widma z detektora paskowego Dane pomiarowe czytane z detektora paskowego przez kart pomiarow maj posta cigu bitów (bitstream) i nie nadaj si do wywietlania w tej postaci. Naley te dane przetworzy na czyteln posta i wynik zarchiwizowa zapisujc go do pliku. Schemat blokowy zaproponowanej struktury danych, która jest tworzona i zapisywana do pliku pokazano na rys. 2.30. 34

Rys. 2.30. Podstawowa struktura danych pomiarowych Counter Low oraz Counter High to dwie najmniejsze struktury posiadajce informacj z jednego kanału (Channel), czyli paska krzemowego. Tablica Channels zawiera informacj o omiu kanałach (łcznie 16 liczników). Razem z adresem (Adress) elektronicznego sensora wysyłajcego dane oraz wysyłanym przez ten układ elektroniczny nagłówkiem (Header) tworzy struktur o nazwie Counter Block czyli grupa liczników. Posiada ona ju pewn informacj, która dostarczana jest w postaci jednego wektora o cile okrelonej długoci. Dane z jednego układu scalonego (jeden układ posiada 64 kanały = 128 liczników) stanowi osiem grup liczników, które wpisywane s w tablicy. Dla jednego sensora mona teoretycznie sprawdzi, czy w trakcie pomiaru pojawił si reset (wyzerowanie liczników) czy nie. Przyjty w programie algorytm sprawdza, jaki procent liczników pokazuje warto mniejsz od 2. Jeeli jest on wikszy ni 50% uytkownik informowany jest o tym, e mógł wystpi błd odczytu poprzez zapalenie lampki sygnalizacyjnej Reset Occure?. 35

Rys. 2.31 Układ połcze układów scalonych na detektorze Bit o nazwie Reversed? mówi o tym, czy dany układ scalony rejestrujcy promieniowanie jest podłczony zgodnie z wewntrzn numeracj kanałów czy te nie (rys. 2.31). Bit ten jest ustawiany raz i nie powinien by zmieniany (chyba e zmienione zostanie połczenie sensora w detektorze lub zmieniony zostanie detektor). Grupujc informacj z wszystkich układów scalonych do tablicy otrzymamy warto pomiaru dla całego detektora (Chip). Struktura zawierajca tablic pomiarów poszczególnych układów scalonych, nazw (Scan Mode) i warto (Angle) kta, przy którym wykonany został pomiar oraz czas pomiaru to Single Acquisition. Przechowuje ona informacj o pojedynczym pomiarze detektora. W przypadku wykonania wikszej liczby pomiarów naley przechowywa informacj o nazwie mierzonej próbki oraz da uytkownikowi moliwo wpisania dowolnego komentarza ułatwiajcego póniejsz analiz wyników. Główna struktura nazwana jest Measurement, czyli pomiar zawierajcy wymienione wczeniej informacje (rys 2.30). 2.4.2. Obsługa programu Główne okno programu Główne okno programu RX64 Data Collector v.1 przedstawiono na rysunku 2.32. Widoczne w nim pola to wykres pokazujcy mierzone widmo oraz panel kontrolny. Widoczne na nim elementy interfejsu uytkownika mona podzieli na nastpujce grupy: Akcja uruchomienie procedur pomiarowych o ZMIERZ przycisk powodujcy wykonanie pojedynczego pomiaru, którego czas okrelony jest w kontrolce Czas otwarcia przesłony o Zamie Pomiar przycisk powodujcy zamian wybranego, błdnego pomiaru o Widmo Energetyczne pomiar widma energetycznego, czyli wykrelenie dla kadego paska krzemowego iloci zlicze w funkcji ustawionego progu dyskryminacji o Uruchom Viewer wywołanie programu Viewer pozwalajcego na szybkie przegldanie i edytowanie wczeniej zapisanych pomiarów Pomiary operacje na tablicy zebranych pomiarów o Zapisz Pomiar zapisanie zebranych pomiarów do pliku o nazwie próbki o Usu Jeden usunicie pojedynczego, wybranego pomiaru 36

o Usu Wszystkie usuwa wszystkie dotychczasowe pomiary wczeniej pytajc czy na pewno usun o Usu ostatni usuwa wykonany ostatnio pomiar Konfiguracja edycja parametrów wywietlania i pomiaru o Widok wywołanie okna dialogowego, w którym ustawia si opcje wywietlania tablicy pomiarów o Detektor wywołanie okna dialogowego, w którym ustawia si parametry detektora o Scan Mode kontrolka pozwalajca na wybór typu pomiaru okrelonego przez zmian jednego z któw 2,, lub o Czas otwarcia przesłony [s] okrelenie czasu wykonania pojedynczego pomiaru. Status aktualny stan pomiaru o Połczenie z X Pert dioda pokazujca czy połczenie z dyfraktometrem jest aktywne o Angle wywietlenie aktualnej wartoci ustawionego kta (2,, lub ) o Shutter wywietlenie stanu otwarcia lub zamknicia przesłony lampy rentgenowskiej o Ilo pomiarów wywietlenie liczby wykonanych pomiarów Opis próbki o Nazwa pole tekstowe na nazw mierzonej próbki; nazwa ta jest wykorzystywana do tworzenia katalogu i pliku o Komentarz pole tekstowe na dowolny komentarz uytkownika, który zostanie zapisany do pliku wraz z pomiarem 37

Rys. 2.32. Główne okno programu RX64 Data Collector v.1 Przed wykonaniem jakiejkolwiek operacji naley poczeka, a program zainicjalizuje kart pomiarow oraz komunikacj szeregow (około 15 sekund). Wówczas zacznie asynchronicznie miga dioda sygnalizacyjna Połczenie z X Pert. Zmiana stanu diody nastpuje w takt odbierania informacji od dyfraktometru. Po nawizaniu komunikacji z urzdzeniem program RX64 Data Collector automatycznie wykona pierwszy pomiar. Jest on od razu zapisany jako pierwszy element w tablicy przechowujcej pomiary (uytkownik zauway zmian licznika elementów pomiaru Ilo pomiarów ). Dopiero po wykonaniu tych czynnoci program jest gotowy do pracy. Automatyczne wykonywanie pomiaru Pomiar zostanie wykonany zawsze, jeeli wykryta zostanie zmiana wybranego kta. Zmiana ta musi by stabilna, czyli utrzymywa si przez około trzy cztery sekundy. Niezbdna jest wic komunikacja z dyfraktometrem (miga dioda sygnalizacyjna Komunikacja z X Pert ) oraz odpowiednie ustawienia. 38

Program RX64 Data Collector wykonuje pomiar dziki synchronizacji z firmowym programem dyfraktometru X Pert Data Collector, w którym ustawia si pomiar i jego parametry (czas i wielko pojedynczego kroku). Program RX64 Data Collector automatycznie rozpozna zmian kta, zarejestruje j oraz wykona pomiar. Wykonywany pomiar moe uwzgldnia zmian jednego z czterech któw: 2,, lub. Aby program wykrywał zmian kta, informacja o jego aktualnej wartoci musi by przesyłana z dyfraktometru do komputera PC. Wybrany kt ustawia si jako widoczny w programie X Pert Data Collector w menu Customize >> Status Bar >> Item 5. Naley pamita o dwóch dodatkowych funkcjach, które umieszczone zostały dla bezpieczestwa przechowywania danych pomiarowych i na które uytkownik nie ma wpływu: w momencie otwarcia przesłony lampy rentgenowskiej Shutter wyzerowane zostaj dotychczasowe pomiary w momencie zamknicia przesłony do pliku zostaje zapisany wynik wykonanego pomiaru (wszystkie pomiary patrz zapis do pliku ) Otwarcie i zamknicie przesłony sygnalizowane jest w oknie Shutter. Naley pamita o poprawnym ustawieniu czasu pojedynczego zliczania w oknie Czas otwarcia przesłony [s] (jest to podawany w sekundach czas, w cigu którego zliczane s fotony docierajce do detektora). Po wciniciu przycisku ZMIERZ pokae si okno sygnalizujce pomiar (rys. 2.33) Widoczne na rysunku pola to: Czas otwarcia przesłony ustawiony w głównym oknie czas pomiaru przycisk STOP jego wcinicie umoliwia przerwanie pomiaru przed upływem zadanego czasu Rys. 2.33. Okno sygnalizujce pomiar Time rzeczywisty czas pomiaru. Czas jaki naley ustawi w kontrolce Czas otwarcia przesłony [s] to czas pojedynczego kroku ustawionego w programie X Pert Data Collector plus 5 sekund. Jest to minimalny czas potrzebny na rozpoznanie czy ramie goniometru z detektorem ustaliło nowe połoenie. Po upływie zadanego czasu lub przyciniciu STOP okno zostaje zamknite i pojedynczy pomiar zakoczony. Program RX64 Data Collector przetworzy wynik pomiaru według ustawie wywietlania ustawionych przez uytkownika, a nastpnie wywietli go wykresie postaci wykresu w głównym oknie pomiaru. Zwikszy si przy tym licznik pamitanych pomiarów. 39

Rczne wykonywanie pomiaru Rczne wykonywanie pomiaru umoliwia przycisk ZMIERZ, którego wcinicie spowoduje pojedyncze wywołanie funkcji wykonujcej odczyt z detektora. Program nie posiada opcji pracy wyłcznie w trybie rcznym. Wykonanie pojedynczego pomiaru spowoduje dodanie go do wykonanych pomiarów mona wic taki pojedynczy odczyt zapisa do pliku wpisujc wczeniej nazw próbki oraz komentarz w odpowiednie pola. Zmiana ustawie detektora Zmian ustawie detektora dokonuje si po wciniciu przycisku Detektor w menu Konfiguracja. Wywołane zostanie okno dialogowe umoliwiajce podgld oraz edycj aktualnych ustawie wartoci przetworników detektora. Pola numeryczne nie pozwalaj uytkownikowi na wpisanie wartoci spoza zakresu danego przetwornika. W przypadku wpisania zbyt duej lub zbyt małej wartoci program ustawi warto odpowiednio maksymaln lub minimaln. Dodatkowo po najechaniu kursorem myszy na dowolne pole numeryczne (rys. 2.34) pojawi si ółta chmurka informujca o funkcji danej kontrolki oraz jej dopuszczalnych wartociach. Widoczne przyciski pozwalaj na zapis / odczyt wartoci przetworników. Słuy do tego specjalny katalog znajdujcy si w głównym katalogu aplikacji o nazwie Pliki_konfiguracyjne. Load pozwala wywoła zapisane wczeniej pod dowoln nazw ustawienia Load Default przywołuje domylne wartoci przetworników. S to wartoci widziane podczas wywołania okna dialogowego Save As pozwala zapisa ustawienia pod wybran nazw w celu póniejszego wywołania; pliki konfiguracyjne posiadaj rozszerzenie.cfgp Set as default and EXIT ustawia wpisane wartoci jako domylne i zamyka okno dialogowe (przy uruchamianiu programu RX64 Data Collector do detektora wpisywane s wartoci domylne ustawione podczas poprzedniej pracy programu). 40

Rys. 2.34. Okno konfiguracji ustawie detektora Widmo Energetyczne Prawidłowy pomiar widma energetycznego promieniowania rentgenowskiego przy pomocy detektora paskowego jest moliwy przy odpowiednim ustawieniu progów dyskryminacji (High Threshold i Low Threshold). O ustawieniu progu dyskryminacji decyduje poziom szumów i wzmocnienie toru odczytowego oraz energia padajcego promieniowania. Aby znale odpowiedni warto progu dyskryminacji, naley dokona tzw. skanu energetycznego polegajcego na znalezieniu liczby zlicze w zalenoci od ustawionego progu dyskryminacji. Po wykonaniu w/w wykresu tak naley dobra progi dyskryminacji, aby dolny odpowiadał energii mniejszej od padajcego promieniowania, a górny energii wyszej. Program pozwalajcy wykreli widmo energetyczne dla wybranego paska detektora umieszczony jest pod przyciskiem Widmo Energetyczne. Wykonuje on automatycznie pomiary dla kadego progu dyskryminacji, przy czym czas wykrelenia całego widma zaley od wybranego czasu pojedynczego pomiaru. Uytkownik wybiera w jakim zakresie zmiennoci progu dyskryminacji chce wykona skan energetyczny. Uruchomienie tego programu nie spowoduje wyzerowania tablicy pomiarów, jednak dla bezpieczestwa uytkownik powinien istotne pomiary wcze- niej zapisa do pliku. 41

Zapis do pliku Zapis do pliku nastpuje w momencie przycinicia przycisku Zapisz tablic w menu Pomiary. Zapisane zostaj wszystkie pomiary bdce w tablicy. Przed zapisem do pliku naley wpisa nazw mierzonego materiału (próbki) oraz /lub komentarz, który zostanie zapisany wraz z pomiarem. Nazwa materiału wykorzystywana jest do stworzenia katalogu, w którym zostanie zapisany pomiar. Nazwa tworzonego katalogu jest nastpujca: NazwaProbki_DDMMMRRRR_GG.MM#No, gdzie: NazwaProbk wpisana w oknie głównym nazwa próbki DD 2 cyfrowy numer dnia MMM 3 literowy skrót miesica (np. sty, sie) RRRR 4 cyfrowy numer roku GG 2 cyfrowy numer godziny MM 2 cyfrowy numer minut #No opcjonalny numer dodawany do nazwy, jeeli w jednej minucie uytkownik zechce zapisa wicej ni jeden pomiar. Przykład utworzonego katalogu to A2_13lip2005_12.43. Znajdujcy si w utworzonym katalogu plik o nazwie mierzonej próbki z rozszerzeniem.pomr to plik zawierajcy dane pomiarowe. Znajdujcy si nad przyciskiem Zapisz pomiar przycisk Usu Wszystkie wyczyci tablic z danymi pomiarowymi. Wczeniej jednak zapyta uytkownika, czy rzeczywicie chce on usun dotychczasowe pomiary. Usuwanie pojedynczych pomiarów Przycisk Usu jeden pozwala usun uytkownikowi wybrany pomiar. Po wciniciu przycisku wywołane zostaje okno programu Delete (rys. 2.35), w którym widoczne s dwa pola na wykrelenie widma oraz panel uytkownika. Po wywołaniu programu w obu oknach wykrelone zostaje aktualne widmo. Na wykresie górnym ( Przed usuniciem ) pokazany zostaje dodatkowo kursor pozwalajcy na wybranie pomiaru, który ma zosta usunity. Po chwyceniu kursora przy pomocy myszy i wybraniu jednego z punktów, które naley usun na wykresie dolnym Po usuniciu automatycznie zostanie pokazany wykres bez wybranego kursorem pomiaru (pomiar nie jest jeszcze usunity). Dopiero przycinicie przycisku Usu zaznaczone spowoduje usunicie wybranego pomiaru. Po usuniciu pomiaru uaktywnia si przycisk Cofnij usunicie pozwalajcy przywróci poprzedni stan pomiarów. 42

Rys. 2.35 Okno programu Delete pozwalajcego usuwa wybrane pomiary Cofn mona tylko jedno ostatnie usunicie (jeeli usunite zostan dwa pomiary pod rzd, cofn mona tylko jeden, ostatni). Po przyciniciu przycisku Cofnij usunicie dodany zostaje usunity wczeniej pomiar i przycisk staje si nie aktywny. Przycinicie Stan pocztkowy spowoduje anulowanie wszystkich dotychczasowych akcji. Przycisk Powrót zamyka aplikacj i powraca do programu RX64 Data Collector zastpujc w nim stare dane pomiarowe poprawionymi w programie Delete. 43

Wywietlanie wyniku pomiaru Zmierzone widmo jest wywietlane na wykresie w głównym oknie programu. Uytkownik ma wiele opcji wywietlania widma, które dostpne s pod przyciskiem Widok w menu Konfiguracja. W oknie dialogowym (rys. 2.36) mona ustawi, które wartoci maj by widoczne na wykresie (opcja VIEW ): wykres dla górnego lub dolnego progu dyskryminacji, oba jednoczenie, ich rónic lub wszystkie trzy moliwoci naraz. Zaznaczenie opcji Show complex spectrum spowoduje wykrelanie wszystkich zmierzonych wartoci na jednym wykresie (zagniedenie pomiaru), przy czym istotne s tutaj wartoci wpisane w grupie Detektor Parameters, czyli numer paska dla kta 2Theta oraz ktowa odległo pomidzy paskami. Tylko wprowadzenie poprawnych wartoci, które s liczbami rzeczywistymi, spowoduje wykrelenie wykresu w prawidłowym zakresie ktowym. Odznaczenie Rys. 2.36. Okno konfiguracji wywietlania wyniku opcji Show complex spectrum spowoduje wykrelanie pojedynczego pomiaru widma w funkcji numerów pasków. Uytkownik moe równie wybra opcj uredniania wybranych próbek na złoonym wykresie. Do wyboru s: No Average (brak uredniania) pokazywane jest jedynie zagszczone widmo powstałe z nałoenia wszystkich punktów pomiarowych pochodzcych od kolejnych pomiarów Average with the same No. of sample urednianie wartoci jednego punktu przy pomocy m punktów ssiadujcych (rys. 2.37). Liczba punktów pomiarowych pozostaje niezmieniona Average with decrease No. of sample urednianie wartoci wybranej iloci m punktów i zastpowanie ich jednym punktem (rys. 2.38) 44