基于Android的特征X射线谱识别系统的开发

摘要：本文以普及率较高的Android系统为基础，针对相关数据处理及数据可视化的需求，集数据的查询与能谱的读取为一体，开发出一款方便快捷的特征X射线谱识别系统。科研工作者可借助此系统，在不需要额外的工具或网络的条件下，进行能谱读取、数据查询等各种任务。

关键词：特征X射线谱；Android；数据可视化；手机APP

0 引言

随着智能手机的广泛应用，各类手机APP发展速度迅猛，用于满足人们的各种需求，并存在逐渐取代电脑软件地位的趋势，已成为广大用户获取信息的重要新兴方式。目前，在手机市场，Android占有率已超过70%，但在特征X射线谱识别领域，人们仍然停留在使用电脑软件阶段，而没有采用Android的先例。为此，本文通过设计了一个基于Android的特征X射线谱识别系统，方便快捷地对未知谱线进行判定，为X射线的研究提供新的手段。

1 设计平台

1.1 安卓系统
Android 是基于Linux的操作系统，常应用于智能手机等移动设备。Android系统有着不仅免费而且开源的特点，受到了大量设备厂商的欢迎[1]。截至2019年，Android应用的发布平台Google Play有超过300万款APP供下载使用[2]。Android系统采用了分层的架构，分为四层，从底层到高层分别是Linux内核层、系统运行库层、应用程序框架层和应用程序层。架构层层递进，为众多移动端开发者提供了便利。
1.2安卓开发环境及工具
Android APP的开发工具有Android Studio、Eclipse 以及IntelliJ IDEA，这3款开发工具都是免费开放的。Android Studio是谷歌公司推出的开发环境，有着速度更快、整合了Gradle构建工具、更完善的插件系统、UI更漂亮等优点[3]，所以本课题选用 Android Studio作为开发环境。Android Studio能够创建各种各样的模拟器，帮助调试代码、查看运行效果，但是模拟器不仅速度慢，而且有很多东西不能够模拟，所以本课题采用真机测试，选用的真机部分参数如下：设备名称：HUAWEI nova2 Plus；EMUL版本：8.0.0；Android版本：8.0.0；屏幕：1920×1080。

2 系统设计与实现

本系统主要包含两大功能，分别为X射线数据手册数据查询以及特征X射线谱的绘制。系统界面采用线性布局，使各控件排列整齐，界面优美，主要界面设计如图1。
2.1开始界面
APP的开始界面为一个弹出式对话框（Dialog），该对话框有两个选项，分别为X射线数据手册和特征X射线谱，选择选项，点击确定，即可进入相应功能界面——X射线数据手册或特征X射线数据列表。
2.2 X射线数据手册
该界面上方为文本输入区，下方为文本输出区。输入原子序数，可查询到对应原子不同轨道电子跃迁时发射的能量[6]。
2.3特征X射线数据列表
当数据被导入该系统，会调用addList()函数并刷新界面，点击列表项，即可触发事件跳转至输入参数值的界面。该界面上方提醒用户道数与能量刻度的关系，下方为文本输入框，用来输入参数值Intercept、B1、B2。参数值输入完毕后，系统会自动生成特征X射线谱。

2.4特征X射线谱
在分析与展示数据的过程中，数据可视化是一种非常的重要的手段[4]。因此设计该界面，以此来对特征X射线进行识别。由于 Android 系统图表组件的开源方案很少[5]，本论文采用了第三方的hellochart开源项目绘图。绘制出的折线图纵坐标为X射线的number（数量），横坐标为X射线的energy（能量），部分核心代码如下：

for (i = 0; i < energy.length; i++) {mAxisXValues.add(new AxisValue(i).setLabel(String.valueOf(energy[i])));}for (i = 0; i <allNumber.length; i++) {mPointValues.add(new PointValue(i,allNumber[i]));}

3 测试结果与分析

3.1 测试结果
将55 MeV Cu9+离子与Zn靶相互作用所得的X射线发射的数据及参数导入本系统，其中各参数值分别为Intercept：5.03143、B1：0.11688、B2：-4.84864×10（-7）[7]，绘图得到图2，对比origin软件的绘图结果图3，可得出本系统绘图效果与 origin 完全一致。


将系统切换至X射线数据手册界面，分别输入Cu和Zn的原子序数29、30，界面如图4、图5，显示结果与官方X射线数据手册结果相同[6]。


3.2 测试分析
根据系统得到的结果，可知前一个峰是Cu9+离子（轰击离子）Kα特征X射线谱，后一个峰是Zn原子（靶材料）的Kα特征X射线谱，与郭义盼等人使用origin得出的研究结果一致[7]。

4 结语

本论文基于Android的特征X射线谱识别系统能够绘制特征X射线谱并显示X射线数据手册，不仅操作简便、界面优美，而且数据处理及数据可视化所达精度足以识别特征X射线谱，可应用于空间X射线的研究之中。

参考文献
[1]Adam M.Dutko.An introduction to the new google mobile Linux framework,android.Linux Journal,2008.
[2]侯博程. 基于安卓的虚拟仿真实验教学资源管理系统的设计与实现[D].内蒙古大学,2019.
[3]徐杭男. 基于Android的声信号测试分析技术研究[D].杭州电子科技大学,2017.
[4]陈为,沈则潜,陶煜波.数据可视化[M].北京:电子工业出版社, 2013. 12: 39.
[5]高毅,王昕,丁勇,涂小琴.基于Android自定义图表组件的关键技术研究[J].软件,2019,40(09):40-44.
[6]Zschornack, Gbnter. Handbook of X-Ray Data || [M]. Springer Berlin Heidelberg, 2006.
[7]郭义盼. 高电荷态离子与固体相互作用中特征及非特征X射线的实验研究[D].中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所),2017.