一種便攜式礦物年代測定儀的制作方法

專利名稱：一種便攜式礦物年代測定儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具體應用于地質礦物樣品的年代測定的便攜式礦物年代測定儀。
背景技術：
地質年代就是指地球上各種地質事件發生的時代。它包含兩方面含義其一是指各地質事件發生的先后順序，稱為相對地質年代；其二是指各地質事件發生的距今年齡，由于主要是運用同位素技術，稱為同位素地質年齡(絕對地質年代)。這兩方面相結合，才構成對地質事件及地球、地殼演變時代的完整認識。針對固體礦物晶體的本身特性，其生長于自然環境中，晶體生成過程中產生的缺陷和后天環境帶給它的輻射都會造成其晶體內部的晶格缺陷，形成游離的儲能電子，而存儲在晶體里的這些儲能電子一經外部能量的刺激，就會發射出光子，采用光能來激發礦物晶體的方法就稱為光釋光。光釋光是一種磷光，在固定的光源和相同的激發條件下，這種磷光的光子總量與固體中儲能電子的總量成正比。這就是光釋光技術應用于地質礦物樣品測年的理論依據。現在，地質礦物樣品年代測定的商品化儀器多為國外產品，價格昂貴，操作復雜而且體積龐大。中國專利申請號201010148453，
公開日2010. 08. 05，其中公布了一種應用于輻照食品檢測的光釋光檢測儀。該儀器包括暗室、采用發光二極管(LED)環形燈管進行做為光源，暗室底部裝有一個抽屜式進樣平臺，進樣平臺上固定有樣品盤。該發明具有體積小， 檢測速度快，操作簡單，無需前處理，攜帶方便等特點。但是其采用的結構為較為通用的光釋光年代測定儀器結構，且只適用于食品的輻照劑量檢測。目前礦物樣品年代測定要求其測定儀器體積小、重量輕、便于攜帶等，而現有的年代測定儀器無法滿足其要求。本發明提供了一種新型的便攜式礦物年代測定儀，具有體積小、重量輕、操作簡單，便于攜帶等特點。

發明內容
本發明針對地質礦物年代測定儀器要求體積小，重量輕、便于攜帶的需求，設計了一種基于嵌入式微處理器(ARM Advanced RISC Machines，以下簡稱ARM機)的便攜式礦物年代測定儀。本發明采用如下技術方案
本發明于所述的便攜式礦物年代測定儀包括通過控制線連接的探測機和主機； 所述暗室包括暗室外殼，暗室上蓋，暗室底座，光電倍增管固定于暗室上蓋上，光電倍增管的前端穿過暗室上蓋正對暗室內暗室底座中央部，光電倍增管前固定有探測濾光片，在暗室底座上設置有受主機控制的激發光源，各組激發光源的發光角度一致，其光斑中心位于礦物樣片中心，在暗室底座中央設置有可拆卸的箱式樣片支架，礦物樣片放置在箱式樣片支架上，礦物樣片的中心和光電倍增管的中心對正；
3所述主機包括通過控制線和信號線連接的ARM機，液晶屏，高壓控制模塊，高壓模塊， 脈沖整形模塊，計數模塊，光源控制模塊；ARM機輸出高壓控制信號連接到高壓控制模塊高壓控制模塊通過控制線連接到高壓模塊，高壓模塊的輸出連接到探測機中的測試光電倍增管，所述光電倍增管探測到光子后輸出脈沖信號到主機中脈沖整形模塊，脈沖整形模塊輸出信號到計數模塊，ARM機通過控制線與計數模塊連接；ARM機輸出光源控制信號到光源控制模塊，光源控制模塊分別通過控制線連接到探測機中的激發光源；液晶屏能夠完成對激發光源和光電倍增管的開關控制、光電倍增管傳回的脈沖信號接收、計數、釋光曲線和測試數據的實時顯示、釋光數據存儲，其與ARM機直接連接；
所述暗室具有雙層外殼結構，即暗室外還有外殼；所述探測機各接口處配設有密封結構。本發明所述在探測機各接口處配設有密封結構包括，在暗室底座和暗室上蓋之間設有膠圈密封結構暗室上蓋和暗室底座之間設置了圓形的密封膠質墊圈；在光電倍增管和探測濾光片之間設有膠墊密封結構在光電倍增管和探測濾光片之間加設置了圓形的密封膠質墊圈。本發明所述受主機控制的激發光源采用4組，每組光源模塊由10個發光二極管組構成。所述箱式樣片支架包括樣片支架桿和樣片支架套。本發明所述ARM機采用ARM9型號其組成部分包括中央處理器，數據存儲單元和數據采集單元；其采用中央處理器為S3C2410AL-20工作頻率203MHz、數據采集單元為 EPM7128工作頻率IOOMHz的以上配置。本發明中所述與ARM機配套的高壓控制模塊，高壓模塊，脈沖整形模塊，計數模塊，藍光控制模塊，紅外控制模塊等都均采用常規的電路設計。本發明采用液晶屏完成光釋光測年的過程控制以及釋光曲線及測試數據的實時顯示。本發明在主機上配置有通用串行總線接口(即USB 口)。本發明的有益效果為
與現有技術相比，本發明的優點在于
1.采用雙外殼結構及多處設置密封圈，提高了暗室的密封性。2.采用單礦物樣片系統，使儀器體積小，重量輕。3.裝有激發濾光片和探測濾光片，能夠有效區分激發光和釋光，提高了釋光探測的精度。4.樣片支架采用可替換的箱式結構，提高了光釋光年代測試的效率。5.主機控制系統采用ARM機，操作系統為WINCE，提高了運算速度和精度，減輕了儀器重量；
6. ARM主控機上具有USB 口，方便數據的輸出。7.液晶屏的采用使得儀器操作簡單，并能實時顯示釋光曲線及測試數據。


附圖1為本發明實施例的總體結構示意圖； 附圖2為本發明實施例的暗室結構示意圖； 附圖3為本發明實施例的主機結構示意圖；附圖4為本發明實施例的密封墊圈1的局部放大圖； 附圖5為本發明實施例的密封墊圈2的局部放大附圖6為本發明實施例的箱式樣片支架位于不同工作狀態下的位置圖狀態1為礦物樣片插入暗室內的狀態，狀態2為礦物樣片安裝時的狀態； 附圖7為本發明實施例的軟件工作流程圖； 附圖8為本發明實施例的數據采集模塊工作流程圖； 附圖9為本發明實施例的年代計算模塊工作流程圖。圖中l.暗室，2.光電倍增管，3.控制線(一)，4.控制線(二)，5.主機，6.暗室上蓋，7.探測濾光片，8.暗室外殼，9.激發光源，10.激發濾光片，11.礦物樣片，12.樣片支架，13.暗室底座，14. ARM機15.液晶屏，16.高壓控制模塊，17.高壓模塊，18.脈沖整形模塊，19.計數模塊，20.光源控制模塊，21.密封墊圈1，22.密封墊圈2，23.樣片支架桿，24.樣片支架套。
具體實施例方式如圖1所示，本發明實施例一種便攜式礦物年代測定儀，其通過對礦物在漫長的埋藏期間所接收到的輻射劑量進行測定，從而確定其年代。本實施例包括兩個主要部分由暗室1和光電倍增管2組成的探測機和主機5 ；探測機中光電倍增管2和主機5之間通過控制線(一)3連接，主機5對光電倍增管2的控制信號和光電倍增管2轉化出的電脈沖由控制線(一)3進行傳送；暗室1和主機5之間通過控制線(二)4連接，主機5對激發光源9 的開關控制信號則通過控制線(二)4傳輸。如圖2所示，本實施例所述暗室1包括暗室外殼8，暗室上蓋6，暗室底座13，光電倍增管2固定于暗室上蓋6上，光電倍增管2的前端穿過暗室上蓋6正對暗室內暗室底座13中央部，光電倍增管2前固定有探測濾光片7，在暗室底座13上設置有受主機5控制的激發光源9，各組激發光源9的發光角度一致，其光斑中心位于礦物樣片11中心，激發光源9前部設置有激發濾光片10，在暗室底座13中央設置有可拆卸的箱式樣片支架12， 礦物樣片11放置在箱式樣片支架12上，礦物樣片11的中心和光電倍增管2的中心對正；
激發光源9包括藍光光源和紅外光源各2組，每組由10個發光二極管組成，正常工作時，到達測試礦物樣片(11)的強度為89mW/cm2 (略低于此強度或高于此強度均可)。如圖3所示，主機5包括ARM機14，液晶屏15，高壓控制模塊16，高壓模塊17， 脈沖整形模塊18，計數模塊19，光源控制模塊20，他們之間通過控制線和信號線進行連接。 主機5的工作原理為首先通過液晶屏15發出高壓控制信號，通過高壓控制模塊16對高壓模塊17的電源進行控制，進而控制其高壓的輸出。光電倍增管2加上高壓后，等待半小時， 至其穩定。然后再通過液晶屏15對光源控制模塊20發出控制信號，打開激發光源9，進行釋光激發，光電倍增管2探測到光子，轉化成電脈沖，電脈沖輸入到脈沖整形模塊18，進行放大整形，再送入計數模塊19進行脈沖計數。ARM機14同樣通過控制信號控制脈沖計數模塊19的開啟和關閉。下面分別介紹各個模塊。1. ARM機14 :ARM機14的組成部分包括中央處理器、數據存儲單元和數據采集單元，采用基于Windows CE的操作系統。其中央處理器為SAMSUNG公司的高集成度微處理芯片，型號為S3CM10AL-20，工作頻率203MHz。其數據存儲單元為兩片SDRAM內存，型號為HY57V561620BT-H ；一片 NandFlash 存儲芯片，型號為 U-K9F1208UDM-YC80 ；—片 Nor Flash 存儲器芯片，型號為^VLSOO ；—張容量為IG的SD卡；外接2個USB接口。其數據采集單元采用一片可編程芯片，型號為EPM7U8，其工作頻率最大100MHz，用來實現高速數據采集和控制脈沖整形模塊18、高壓模塊17和激發光源9的開關。在本發明中如果采用其他類型的ARM機則其配置做相應調整，可采用更高配置的。2.高壓控制模塊16，將ARM機14發過來的小電流控制信號，采用三極管進行，并通過不同電壓下三極管的通斷功能來控制高壓模塊17的電源通斷，從而控制光電倍增管2 的工作狀態。3.光源控制模塊20，將ARM機14發過來的小電流控制信號，采用三極管進行， 并通過不同電壓下三極管的通斷功能來控制激發光源9的電源通斷，從而控制光電倍增管 2的工作狀態。4.高壓模塊17，其供電電壓為12V (通過高壓控制模塊18控制)，輸出電壓為 0-1500V，輸出電壓值可以通過模塊自帶的可調電阻自行調整。5.脈沖整形模塊18，光電倍增管2將接收到的釋光光子經過多級倍增轉化為電脈沖，再將電脈沖通過脈沖傳輸線傳回主機5，脈沖整形模塊18首先采用兩級三極管放大電路將脈沖信號進行放大，然后采用比較器MAX913對脈沖信號進行整形，將本底信號去除， 然后將形成的方波信號輸入ARM機14的數據采集模塊。6.液晶屏15，采用觸摸屏完成光釋光初始參數設置，光電倍增管2和激發光源9 的開關控制，釋光曲線和測試數據的實時顯示，數據存儲等功能。如圖4所示，在光電倍增管2和探測濾光片7之間加上了圓形的密封膠質墊圈 21，中心直徑為33_，厚度為1_。如圖5所示，在暗室上蓋6和暗室底座13之間加上了圓形的密封膠質墊圈22， 中心直徑為66mm,厚度為2mm。如圖6所示，本發明采用單礦物樣片系統和可替換的箱式樣片支架12。本樣片支架結構包括樣片支架桿23和樣片支架套24.礦物樣片11未送入暗室1時位于狀態2，將礦物樣片11送入暗室1后位于狀態1。如圖7所示，便攜式礦物年代測定儀的具體工作流程如下首先，將礦物樣品11放置于箱式樣品支架12中，保持避光狀態(處于圖3所示狀態2 )，然后推動把手將樣片支架 12連同樣片11 一起推入暗室1中，使礦物樣片11位于光電倍增管2的正下方(處于圖3所示狀態1 )。通過觸摸屏15發出控制信號，首先打開光子計數功能，此時光子計數值應為 0，然后打開光電倍增管2的高壓，等待半小時后光電倍增管2穩定工作后，測試自然本底值.然后打開激發光源9對礦物樣品進行激發，輻射出來的光子通過探測濾光片7后被光電倍增管2接收，與此同時激發光則會被探測濾光片7擋住。光電倍增管2接收到的釋光脈沖通過其內部的多級倍增系統轉化為電脈沖信號，傳回給主機5。主機5內的控制系統各模塊協同工作，將這些原始礦物樣品的年代測定數據進行存儲、釋光曲線顯示、并進行進一步的數據處理，得到礦物樣品的年代數據，完成礦物年代的測定，也可通過U盤將原始數據導出，在其他的計算機上進行數據的其他處理。主機的控制應用軟件主要用于對樣品進行測量和對采集的數據進行分析處理，從而獲得樣品的年代。程序由參數設定、數據采集、年代計算、數據瀏覽和數據導出功能模塊構成。1.參數設定模塊，其用來測試和保存軟件運行參數，通過此模塊可以設置儀器采集時間，輻照光源類型，α、β、Y單位輻照劑量和計數修正值，供其它程序模塊運行期間調用。2.數據采集模塊用于原始釋光數據的分類采集。3.年代計算模塊用于通過等效劑量計算公式，求出礦物樣片的等效劑量。4.數據瀏覽模塊用來瀏覽采集數據，具有對比顯示采集數據曲線、導出曲線圖和曲線平滑顯示功能。5.數據導出模塊提供導出文件到U盤和刪除文件功能。如圖8所示，數據采集模塊的工作流程為首先選擇采集參數，然后判斷是否是第一個樣片，如果不是第一個樣片，那么給出提示“是否清除舊數據？”，根據不同回答進行相應處理后，則進入數據采集，而如果是第一個樣片，那么直接進入數據采集，數據采集完成后，保存采集結果，詢問“是否采集下一個樣片？ ”，如果選擇繼續采集的話，需要修改采集參數，再次進行采集，否則程序結束。如圖9所示，年代計算模塊的工作流程為首先計算光釋光曲線的面積積分，直至樣品的天然光釋光曲線和添加不同輻射劑量的光釋光曲線的面積積分計算完畢，然后根據選定的等效劑量的計算方法計算出礦物樣品的等效年劑量，再根據已知的礦物樣品所處環境的年輻射劑量值就可以計算出礦物的年代，然后程序結束。與現有技術相比，本發明的優點在于
1.采用雙外殼結構及多處設置密封圈，提高了暗室的密封性。2.采用單礦物樣片系統，使儀器體積小，重量輕。3.分別裝有激發濾光片和探測濾光片，有效區分激發光和樣品釋光，提高釋光探測精度。4.樣片支架采用可替換的箱式結構，提高了測試效率。5.主機控制系統采用ARM機，操作系統為WINCE，減輕了儀器重量。6. ARM主控機上具有USB 口，方便數據的輸出。7.液晶屏的采用使得儀器操作簡單，并能實時顯示釋光曲線及測試數據。
權利要求
1.一種便攜式礦物年代測定儀，其特征在于所述的便攜式礦物年代測定儀包括通過控制線連接的探測機和主機；所述暗室包括暗室外殼，暗室上蓋，暗室底座，光電倍增管固定于暗室上蓋上，光電倍增管的前端穿過暗室上蓋正對暗室內暗室底座中央部，光電倍增管前固定有探測濾光片；在暗室底座上設置有受主機控制的激發光源，各組激發光源的發光角度一致，其光斑中心位于礦物樣片中心，激發光源(14、18)前固定有激發濾光片；在暗室底座中央設置有可拆卸的箱式樣片支架，礦物樣片放置在箱式樣片支架上，礦物樣片的中心和光電倍增管的中心對正；所述主機包括通過控制線和信號線連接的ARM機，液晶屏，高壓控制模塊，高壓模塊， 脈沖整形模塊，計數模塊，光源控制模塊；ARM機輸出高壓控制信號連接到高壓控制模塊高壓控制模塊通過控制線連接到高壓模塊，高壓模塊的輸出連接到探測機中的測試光電倍增管，所述光電倍增管探測到光子后輸出脈沖信號到主機中脈沖整形模塊，脈沖整形模塊輸出信號到計數模塊，ARM機通過控制線與計數模塊連接；ARM機輸出光源控制信號到光源控制模塊，光源控制模塊分別通過控制線連接到探測機中的激發光源；液晶屏能夠完成對激發光源和光電倍增管的開關控制、光電倍增管傳回的脈沖信號接收、計數、釋光曲線和測試數據的實時顯示、釋光數據存儲，其與ARM機直接連接；所述暗室具有雙層外殼結構，即暗室外還有外殼；所述探測機各接口處配設有密封結構。
2.根據權利要求1所述的一種便攜式礦物年代測定儀，其特征在于所述在探測機各接口處配設有密封結構包括，在暗室底座和暗室上蓋之間設有膠圈密封結構暗室上蓋和暗室底座之間設置了圓形的密封膠質墊圈；在光電倍增管和探測濾光片之間設有膠墊密封結構在光電倍增管和探測濾光片之間加設置了圓形的密封膠質墊圈。
3.根據權利要求1所述的一種便攜式礦物年代測定儀，其特征在于所述受主機控制的激發光源采用4組，每組光源模塊由10個發光二極管組構成。
4.根據權利要求1所述的一種便攜式礦物年代測定儀，其特征在于所述箱式樣片支架包括樣片支架桿和樣片支架套。
5.根據權利要求1所述的一種便攜式礦物年代測定儀，其特征在于所述ARM機采用 ARM9型號其組成部分包括中央處理器，數據存儲單元和數據采集單元；其采用中央處理器為S3C2410AL-20工作頻率203MHz、數據采集單元為EPM7U8工作頻率IOOMHz的以上配置。
6.根據權利要求1所述的一種便攜式礦物年代測定儀，其特征在于在主機上配置有通用串行總線口即USB 口。
全文摘要
本發明涉及一種具體應用于地質礦物樣品的年代測定的便攜式礦物年代測定儀。其包括通過控制線連接的探測機和主機；所述暗室包括暗室外殼,暗室上蓋,暗室底座,光電倍增管固定于暗室上蓋上，光電倍增管前固定有探測濾光片,在暗室底座上設置有受主機控制的激發光源,激發光源前固定有激發濾光片，在暗室底座中央設置有可拆卸的箱式樣片支架；所述主機包括通過控制線和信號線連接的ARM機，液晶屏,高壓控制模塊，高壓模塊，脈沖整形模塊，計數模塊，光源控制模塊；所述暗室具有雙層外殼結構，即暗室外還有外殼；所述探測機各接口處配設有密封結構。本發明的優點是體積小，重量輕、便于攜帶。
文檔編號G01N21/64GK102207461SQ201110065898
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者亢俊健, 劉強, 梁萍, 王廣祥 申請人:石家莊經濟學院