本文从X射线测厚仪的实际应用需求和研发需要出发,对X射线测厚仪的工作原理、X射线源的制备、X射线接收装置的选型、测厚系统软件设计等方面进行了深入研究和探讨。本文首先阐述了X射线测厚仪的工作原理和性能指标,研究分析了目前国内实际应用的X射线测厚仪存在的缺陷,指明了本文X射线测厚仪的设计的目标和方向;本文分析了碳纳米管冷阴极X射线源在X射线测厚仪应用上的优势,并完成了碳纳米管X射线源阴极的制备,对X射线源制备工艺进行了优化设计,最终制备得到了形貌和性能都较好的碳纳米管阵列,在此基础上,完成了X射线源的封装;对X射线接收装置进行了细致分析和综合比较,完成了X射线探测器及数字脉冲处理器的选型;对X射线测厚系统的软件部分进行了设计,主要包括参数设置模块和厚度监测模块;最后对碳纳米管X射线测厚仪进行了组装和测试,测试结果表面研制的X射线测厚仪达到了设计目标。取得的主要结论如下:(1)采用工艺优化过后的微波等离子体增强化学气相沉积法制备得到的碳纳米管阵列,制备得到了形貌和发射性能都较为理想的碳纳米管X射线管阴极,通过场发射性能测试,结果表明制备得到的碳纳米管X射线阴极的开启电压为1.49kV,最大发射电流为225μA,电流密度可以达到34.3A/cm~2。在此基础上完成了X射线源的封装。(2)针对X射线测厚仪的X射线接收装置及数据处理模块,通过对常用X射线探测器的分析和对比,本文最终选用分辨率高、无需制冷、体积小巧的SDD探测器,数字脉冲处理器选取DPP2型,可实现信号的放大、滤波、AD转换等功能。(3)在X射线测厚系统的软件设计过程中,首先对参数设置模块和厚度监测模块进行了设计,参数设置模块实现了设置参数并测量入射前后的X射线谱的功能,厚度检测模块可以选择校准曲线并实时测量和显示厚度结果。(4)在完成X射线测厚系统的硬件系统制备、选型以及软件系统的设计调试之后,将碳纳米管X射线测厚仪的X射线源、高压电源、X射线探测器、数字脉冲处理器、探测器稳压电源及上位机进行了组装。组装完成后进行X射线测厚仪透射法测量及反射荧光法测量的实验和对比分析,测试结果表明:设计制备的碳纳米管X射线测厚仪达到了预期的厚度测量效果。