靈活的光子計(jì)數(shù)、像素化X射線直接探測(cè)器—MiniPIX TPX Flex
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MiniPIX TPX Flex
MiniPIX TPX Flex是一款由北京眾星聯(lián)恒科技有限公司和捷克Advacam公司聯(lián)合推出的掌上型光子計(jì)數(shù)、像素化、X射線直接探測(cè)器，內(nèi)含由歐洲核子研究組織（CERN）研發(fā)的Timepix讀出芯片（256 x 256 ，像素大小55 μm x 55 μm）和500μm硅傳感器及相應(yīng)讀出電路。它可以用于探測(cè)X射線、質(zhì)子、電子的數(shù)量、到達(dá)時(shí)間和能量。采用標(biāo)準(zhǔn)USB2.0 Type A的接口讀出，最大幀率為45幀/秒（1ms曝光時(shí)間）。
MiniPIX TPX Flex的探頭和讀出單元是通過(guò)76mm的軟排線進(jìn)行連接的，使得它非常合適集成到任何系統(tǒng)中，如便攜X射線應(yīng)力分析儀、X射線粉末衍射儀、X射線成像等系統(tǒng)中。
（MiniPIX TPX Flex實(shí)物）
產(chǎn)品特點(diǎn):
1. 體積小巧，形似U盤(pán)易于集成
2. 直接探測(cè)，具有高探測(cè)效率
3. 零電子學(xué)噪聲
4. 通過(guò)Mini USB接口連接，筆記本電腦即可運(yùn)行
(支持Windows, MacOS ,Linux, arm環(huán)境）
5. 人性化軟件操作軟件-PIXET PRO
6. 基于C#，C++，Python，LabVIEW的二次開(kāi)發(fā)
關(guān)鍵參數(shù):
1. 讀出芯片類型：Timepix
2. 像素尺寸；55 μm x 55 μm
3. 像素規(guī)格：256 x 256 像素
4. 單幀動(dòng)態(tài)范圍：118102
5. 傳感器材料：500μm 硅
6. 暗電流：無(wú)
7. 數(shù)據(jù)接口：標(biāo)準(zhǔn)USB2. 0 type A
8. 最大幀率：45fps
（理論探測(cè)效率）
注釋1: 55 x 110 μm 在邊緣處，110 x 110 μm 在角落處。
注釋2：即計(jì)數(shù)器深度。累計(jì)圖像的動(dòng)態(tài)范圍理論上不受限制。
Minipix系列典型應(yīng)用
1、 商業(yè)化多能能衍射儀
Anton Paar | XRDynamic 500
自動(dòng)化多功能衍射儀
Pixos?檢測(cè)單元采用了ADVACAM固態(tài)光子計(jì)數(shù)、像素探測(cè)器，該探測(cè)器基于CERN開(kāi)發(fā)的Timepix3芯片。Anton Paar表示：“這些測(cè)量模式為所有粉末X射線衍射應(yīng)用提供了無(wú)與倫比的性能和測(cè)量速度?！?/span>
標(biāo)樣測(cè)試性能
用于殘余應(yīng)力測(cè)量的最新衍射儀
NIST SRM 660c（六硼化鑭粉末）樣品示例，采用安東帕 XRDynamic 500 進(jìn)行測(cè)量。其卓越品質(zhì)顯而易見(jiàn)。標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì) (SRM) 由六硼化鑭粉末組成，用于校準(zhǔn) X 射線衍射設(shè)備的譜線位置與 2θ 角的關(guān)系。
2、商業(yè)化便攜X射線應(yīng)力分析儀
Stresstech | Xstress DR45
用于殘余應(yīng)力測(cè)量的最新衍射儀
Xstress DR45 是新一代 X 射線衍射儀，采用 ADVACAM 光子計(jì)數(shù)技術(shù)，可提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。Xstress DR45 的速度和精度使殘余應(yīng)力測(cè)量不再局限于實(shí)驗(yàn)室，而是進(jìn)入了生產(chǎn)線。
傳統(tǒng)1D與2D探測(cè)器技術(shù)對(duì)比
測(cè)量條件（0.3 mm collimator, Cr tube, 5/5 tilts, 3 directions） | ||
系統(tǒng) | 曝光時(shí)間 | 總測(cè)量時(shí)間 |
Xstress G2R, 1D（1×256）(Hamamatsu) | 300s | 5 h 46 min |
XstressDR45, 2D（256×256）(Advacam) | 3s | 3 min 1 s |
（小焦斑用于小軸承球的殘余應(yīng)力深度剖面）
3、科學(xué)研究?jī)x器開(kāi)發(fā)
（1）2023年日本政府文化廳、奈良文化財(cái)研究所及京都國(guó)立博物館的研究人員YONEMURA Sachio等報(bào)道了，他們開(kāi)發(fā)的一款便攜式、X射線衍射分析儀并用于高松冢壁畫(huà)（是位在奈良縣高市郡明日香村平田的古墳。藤原京期（694年～710年）筑造的終末期古墳，直徑23m（下段）及18m（上段）、高5m的二段式圓墳。）的著色材料研究。其中探測(cè)器就是小巧、功能強(qiáng)大的MiniPIX。
（高松冢古墳壁畫(huà)）
（使用小型X射線衍射分析儀對(duì)西墻上的女性群體進(jìn)行分析）
犬塚將英, et al. [報(bào)告] 小型 X 線回折分析裝置の開(kāi)発と 高松塚古墳壁畫(huà)の彩色材料分析への適用. Diss. Tokyo National Research Institute for Cultural Properties, 2023.
Yi ()lM。
（2）來(lái)自己美國(guó)的科研人員使用了多層膜單色聚焦的微焦點(diǎn)X射線和MiniPIX搭建了一套透射式X射線衍射裝置用于乳腺癌的早期篩查。盡管乳腺癌早期檢測(cè)取得了進(jìn)展，但傳統(tǒng)的篩查方法仍存在局限性，包括漏診、假陽(yáng)性、不必要的疼痛、X射線暴露和過(guò)度診斷。利用X射線衍射（XRD）技術(shù)對(duì)人體乳腺組織樣本進(jìn)行分析，可以確定與細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）變化相關(guān)的結(jié)構(gòu)生物標(biāo)志物。ECM的許多成分，例如糖蛋白、脂質(zhì)、膠原蛋白和角蛋白，都具有周期性，從而呈現(xiàn)出明顯的XRD圖譜。這些成分會(huì)經(jīng)歷癌癥誘導(dǎo)的變化，而XRD測(cè)量可以監(jiān)測(cè)這些變化。
（透射XRD裝置圖）
（癌變?nèi)橄俳M織(具有癌變特征的區(qū)域)的衍射花樣，關(guān)鍵衍射峰更寬）
（健康組織(組織切片中形態(tài)正常、無(wú)癌變跡象的區(qū)域)的衍射花樣，關(guān)鍵衍射峰寬更銳利）
（3）2024年來(lái)自歐洲同步輻ESRF、赫爾辛基大學(xué)和意大利Istituto per lo Studio dei Materiali Nanostrutturati的研究人員Christoph J. Sahle和Alessandro Longo等，報(bào)到了他們開(kāi)發(fā)的一款用于歐洲同步輻射裝置的X射線非彈性散射光束線ID20線站的小型X射線衍射裝置。設(shè)計(jì)和構(gòu)建該裝置的主要?jiǎng)訖C(jī)是滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)樣品實(shí)時(shí)表征的需求，以及在高壓和/或高溫條件下輕松瀏覽樣品相圖的需求。簡(jiǎn)而言之，該小型X射線衍射裝置主要是在進(jìn)行非常耗時(shí)的X射線非彈性散射實(shí)驗(yàn)前確認(rèn)樣品局部對(duì)稱性和的完整性。得益于MiniPIX的緊湊和強(qiáng)大功能，使得該小型X射線衍射裝置得以實(shí)現(xiàn)。
miniXRD 裝置的三維效果圖，分別安裝在 (a) 垂直和 (b) 水平掃描配置中。(c) 該裝置安裝在 ESRF ID20 大立體角光譜儀上的照片。(d) 探測(cè)器上的直通光束位置（垂直和水平掃描配置）與探測(cè)器垂直平移的關(guān)系，包括線性擬合。沿掃描方向，線性擬合的斜率表明像素尺寸為每像素 55 微米，與硬件規(guī)格完全一致。（其中把把MiniPIX固定在平移臺(tái)的原因是通過(guò)移動(dòng)探測(cè)器以獲得更大的衍射角（約45度），以替代探測(cè)器更大、價(jià)格更貴的探測(cè)器）。
更多的定制可能性
目前眾星聯(lián)恒可以基于MiniPIX系列探測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)非常緊湊的探測(cè)器拼接，已獲得更大的探測(cè)面積?？梢詫?shí)現(xiàn)1x2、2x2和1x4等不同拼接方式。典型技術(shù)參數(shù)如下：
> 像素?cái)?shù)目：512 x 256（1x2拼接）、512 x 512（2x2拼接）
和1024 x 256（1x4拼接）；
> 有效探測(cè)區(qū)域：28mm x 14mm （1x2拼接） 、 28mm x
28mm （2x2拼接）和56mm x 14mm （1x4拼接） ；
> 探測(cè)死區(qū)（傳感器拼接間隙）：≤1.4mm（Si傳感器）和
≤0.4mm（CdTe傳感器）
> 幀率：≥10fps（幀模式）
> 最大像素計(jì)數(shù)率：≥1Mpps（事件模式）
> 能量探測(cè)范圍：5-40keV （Si傳感器）或10-140keV
（CdTe傳感器）
> 通訊接口：USB （接口兼容USB2.0和3.0）
> 冷卻方式：熱傳導(dǎo)
> 真空兼容要求：優(yōu)于等于0.01Pa
> 探測(cè)器控制：自研上位機(jī)
（工程設(shè)計(jì)示例）
上圖為實(shí)測(cè)的金屬合金樣品衍射環(huán)圖像（經(jīng)過(guò)圖像拼接處理），除了工程探測(cè)模塊的固有缺陷區(qū)域外（紅色區(qū)域），兩個(gè)探測(cè)模塊的布局可以接收到更長(zhǎng)的德拜環(huán)信號(hào)。
北京眾星聯(lián)恒科技有限公司是一家極紫外、X射線核心部件及解決方案提供商，同時(shí)也在積極推廣TimePIX/ MediPIX芯片技術(shù)，并探索和推廣光子計(jì)數(shù)X射線探測(cè)技術(shù)在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用，目前已有眾多客戶將MiniPIX、AdvaPIX和WidePIX成功應(yīng)用于空間輻射探測(cè)、電子探測(cè)、X射線小角散射、X射線光譜學(xué)、X射線應(yīng)力分析和X射線能譜成像等領(lǐng)域。同時(shí)我們也有數(shù)臺(tái) MiniPIX 樣機(jī)，及 WidePIX 1*5 MX3 CdTe 樣機(jī)，非常期待對(duì)我們探測(cè)器感興趣或基于探測(cè)器應(yīng)用有新的idea的老師聯(lián)系我們，我們可以一起嘗試做更多的事情。
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