專利名稱：：一種便攜式金屬元素分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種金屬元素分析裝置，具體說涉及一種X射線分析檢測儀表。
背景技術(shù)：
：目前有色金屬行業(yè)的野外探礦、采礦，一般都是勘探人員在野外進行實地采樣，然后帶回實驗室進行破碎、研磨、篩分，然后進行化學(xué)分析。通過礦樣的元素含量數(shù)據(jù)以及取樣地點的分布，確定礦脈，或者決定是否值得開采。但是在采樣時，無法確切知道該處礦石的元素含量，只能通過經(jīng)驗判斷，結(jié)果造成了很多有用元素含量低的礦石被采集處理，造成浪費，還耽誤了時間。而目前已有的手持式X射線熒光分析儀，主要針對幾種特定元素(多為Cd、Cr、Pb、Hg、Br)的含量進行分析，不能對礦石中含有哪些未知元素進行分析。而且所采用的激發(fā)源是X射線管，在工作時需要幾萬伏的工作電壓，給手持操作者帶來一定的危險性，并且增加了電源消耗量，減少了無外接電源條件下的使用時間。此外所采用的探測器也多為正比計數(shù)管，能量分辨率不高，測量分析精度低。
發(fā)明內(nèi)容針對以上問題，本發(fā)明提供一種攜帶方便的，能夠直接分析出礦石中金屬元素，具有較高能量分辨率的礦石金屬元素分析檢測裝置。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種便攜式金屬元素分析儀在制有提手的提手殼體(9)上裝有USB接口(8)、測量按鈕(7)，在殼體內(nèi)下部裝有屏蔽準直器(3),在屏蔽準直器(3)中裝有射線遮擋體(4〉，屏蔽準直器(3)內(nèi)壁制有扇形孔(31)，在射線遮擋體(4)的內(nèi)端開有一扇形孔(41)，放射源(1)安裝在射線遮擋體(4)上方，在屏蔽準直器(3)另一側(cè)裝有探測器(2)，在放射源(1)一倒裝有電池(6),在探測器(2)—側(cè)裝有電路板(5)，電池(6)輸出端聯(lián)接電路板(5)的電源輸入端，電路板(5)的電源輸出端聯(lián)接探測器(2)，探測器(2)的信號輸出端聯(lián)接電路板(5)的信號輸入端，電路板(5)的信號輸出端通過USB輸出接口(8)聯(lián)接計算機(10)。本發(fā)明的一種便攜式金屬元素分析儀是根據(jù)不同元素的特征X射線的能量與該元素的原子序數(shù)平方呈一定的線性關(guān)系，通過檢測礦石中各元素被激發(fā)出的特征X射線的能量，分辨出含有哪些元素種類；通過該元素特征X射線的強度，分析出該元素的含量。將放射源與探測器按照一定的相對位置固定在輻射準直屏蔽裝置內(nèi)，保證二者的夾角小于60度。輻射準直屏蔽體由重金屬鉛構(gòu)成，能夠?qū)ι渚€進行很好的遮擋作用。輻射準直屏蔽體在固定放射源位置前裝有一個射線遮擋體，射線遮擋體可以抽動，并在內(nèi)端開有一扇形孔，當(dāng)射線遮擋體被向外抽動后，扇形孔正對放射源，射線可成扇面輻射，同時抽出的射線遮擋體觸發(fā)儀表的總電源開關(guān)，探測器電源開始啟動，并開始對探測器進行制冷。當(dāng)射線遮擋體向內(nèi)抽動至起始位置后，扇型孔移開放射源，射線無法輻射出儀表，總電源關(guān)閉。輻射準直屏蔽裝置在探測器前面開有一扇形孔。分別在放射源及探測器前面開扇形孔的目的，是為了使探測器下方的被分析物質(zhì)能夠被測量到一定的面積。在扇形孔中，覆蓋一層輕金屬隔離層，將鉛遮擋住，可以避免輻射準直屏蔽裝置中的鉛受射線激發(fā)而發(fā)出特征X射線影響儀表測量。在儀表的底端，裝有一個中空的塑料制支撐板，保證在測量的時候，被分析物質(zhì)相對放射源以及探測器的位置是一定的。測量時，將射線遮擋體向外抽動，觸發(fā)儀表總電源，再將儀表平穩(wěn)的放置于被測量物體上，或者手持將儀表緊貼被測量物的外表面。此時放射源發(fā)出的射線輻射到被測量物上，激發(fā)出物體中各種元素的特征X熒光，并被探測器所接收。待狀態(tài)穩(wěn)定后，按下儀表提手前方的測量按鈕，儀表開始測量。測量開始，探測器信號處理電路開始工作，將探測器輸出的信號進行處理，形成幅度與探測器接收到的射線能量成正比關(guān)系的脈沖信號，并對脈沖幅度分辨識別，相同幅度脈沖的總數(shù)量被累加在一起，最終形成一個橫軸為脈沖幅度(對應(yīng)能量)、縱軸為脈沖個數(shù)的圖譜。由儀表內(nèi)部的計時電路開始計時，測量時間達到預(yù)設(shè)的時間長度后，測量結(jié)束。儀表將最終獲得到的圖譜存儲在電路中的存儲單元。即時或一段時間后通過USB接口傳輸給筆記本電腦，再由筆記本電腦中預(yù)裝的執(zhí)行程序來對圖譜進行分析處理。通過對圖譜中各個峰位的道址確定，推算出對應(yīng)特征X熒光射線的能量，根據(jù)特征X熒光的能量與不同元素的對應(yīng)關(guān)系，確定被測量物中含有哪些元素。通過峰面積依據(jù)如下經(jīng)驗公式來確定該元素的含量/f:其中&為該元素的第f個特征X射線峰面積；So為放射源射線散射峰面積。A、5、C為待定系數(shù)。這些系數(shù)的確定，可以通過對對應(yīng)不同元素含量配比的模擬樣片的測量來進行標定。具體標定方法為通過對不同模擬樣片的測量，記錄下相應(yīng)某元素的含量以及該元素的第i'個特征X射線峰面積&及放射源射線散射峰面積Sq，通過常規(guī)的非線性擬合方法，獲得公式中的待定系數(shù)A'、5、C即可。對圖譜中峰位道址與能量的對應(yīng)關(guān)系，可以通過如下定標方式來判斷通過對A、B兩種已知不同元素的測量，可以分別得到相應(yīng)特征峰位道址Wa和Wb，它們分別對應(yīng)著A、B元素的特征X射線能量五a、￡B。則道址JV與能量￡的對應(yīng)關(guān)系可以根據(jù)如下公式確定本發(fā)明的特點在于結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，便于攜帶，使用電池供電，可以對測量到的圖譜進行保存，待返回后輸入電腦處理，或隨時傳輸?shù)焦P記本電腦中分析處理，特別適合于野外使用。本發(fā)明主要適用于有色金屬野外探礦，也可以使用于料堆、礦倉中對礦石、礦粉的成分及元素含量分析。圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是圖1中的A—A視圖的射線遮擋體抽動效果示意圖圖中l(wèi)放射源，2探測器，3屏蔽準直器，4射線遮擋體，5電路板，6電池，7測量按鈕，8USB輸出接口，9提手殼體，IO計算機，31屏蔽準直器扇形孔，41射線遮擋體扇形孔，42隔離層。具體實施例方式結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和使用方法。結(jié)構(gòu)見圖l。在制有提手殼體9上裝有測量按鈕7,在提手殼體9后方裝有USB輸出接口8，USB輸出接口8聯(lián)接計算機10,在殼體內(nèi)下部，裝有屏蔽準直器3，在屏蔽準直器3中開有扇形孔31，屏蔽準直器3由重金屬制成屏蔽體，在屏蔽準直器扇形孔31內(nèi)壁上覆有2mm厚鋁質(zhì)隔離層，開扇形孔的目的是使放射源1發(fā)出的射線能夠輻照到被測量物一定的面積，內(nèi)側(cè)放一鋁層的目的是為了減少屏蔽準直器3中的鉛被激發(fā)出的特征X射線對測量帶來影響。在屏蔽準直器3中固定放射源1和探測器2，屏蔽準直器3對放射源1發(fā)出的射線進行屏蔽防護，使射線只能在一定的空間范圍內(nèi)傳播，對探測器2進行防護，使放射源l發(fā)出的射線不能直接照射到探測器2上，只有被測量物受激發(fā)后發(fā)出的各種特征X射線才能被探測器2接收到。激發(fā)源采用同位素放射源，無需供電，適合野外作業(yè)；探測器采用高性能、電制冷的Si-PIN檢測器，通過電制冷能夠在常溫狀態(tài)下具有較高的能量分辨率。在屏蔽準直器3中裝有射線遮擋體4，安裝位置在放射源1的下方。在射線遮擋體4的內(nèi)端開有射線遮擋體扇形孔41,射線遮擋體4由重金屬制成屏蔽體，在扇形孔內(nèi)壁上覆有輕金屬的隔離層42,射線遮擋體4由鉛制成，扇形孔內(nèi)壁的隔離層42為2mm厚的鋁殼，其作用與屏蔽準直器3中扇形孔的作用相同。射線遮擋體4可以在屏蔽準直器3中抽動，見圖2。當(dāng)射線遮擋體4向外抽動后，觸發(fā)電源總開關(guān)，探測器2的電源以及制冷溫度檢測裝置開始工作；同時扇形孔的孔徑細小端正對放射源1，使得放射源1發(fā)出的射線可以依照扇形孔的扇面向外輻射。當(dāng)射線遮擋體3向內(nèi)插入后，電源開關(guān)關(guān)閉，儀表停止工作；扇形孔移開放射源l，放射源l被完全屏蔽，無輻射外漏。電路板5與電池6依照圖示位置安裝在提手殼體9中，電池6輸出端聯(lián)接電路板5的電源輸入端，電路板5的電源輸出端聯(lián)接探測器2，探測器2的信號輸出端聯(lián)接電路板5的信號輸入端，電路板5的信號輸出端通過USB輸出接口8聯(lián)接計算機10。電路板上裝有常規(guī)的電源電路、溫度檢測電路、計時器、脈沖整形放大電路、脈沖幅度甄別電路、計數(shù)器、存儲模塊。為探測器提供工作電源、檢測探測器內(nèi)溫度、測量時間計時、對探測器輸出的信號進行放大整形、識別脈沖的幅度并累計到相應(yīng)的地址、保存數(shù)據(jù)。通過USB輸出接口8即時與筆記本電腦聯(lián)接，或者一段時間之后與普通臺式計算機聯(lián)接，通過電腦中的應(yīng)用軟件將保存的圖譜調(diào)出，并進行分析處理。當(dāng)進行檢測使用時，將射線遮擋體4向外抽出，總開關(guān)打開，探測器電源與制冷及溫度檢測部分開始工作；儀表固定放穩(wěn)或者手持，將儀表的下表面與被測量物緊貼；待狀態(tài)穩(wěn)定后，按下測量按鈕7，測量開始，信號處理電路開始工作;由儀表內(nèi)部的計時電路開始計時，測量時間達到預(yù)設(shè)的時間長度后，測量結(jié)束，電路中的存儲單元將最終得到的圖譜進行存儲。通過對圖譜中各個峰位的道址確定，推算出對應(yīng)特征X熒光射線的能量，根據(jù)特征X射線的能量來確定對應(yīng)的是何種元素。對圖譜中峰位道址與能量的對應(yīng)關(guān)系，可以通過如下定標方式來判斷通過對A、B兩種已知不同元素的測量，可以分別得到相應(yīng)特征峰位道址ATa和Wb,它們分別對應(yīng)著A、B元素的特征X射線能量五a、￡B。則道址W與能量￡的對應(yīng)關(guān)系可以根據(jù)如下公式確定通過相應(yīng)峰面積依據(jù)如下經(jīng)驗公式來確定該元素的含量if:其中&為該元素的第Z'個特征X射線峰面積；So為放射源射線散射峰面積。A、B、c為待定系數(shù)。而適當(dāng)選擇合適的^發(fā)射線能量，可以更有針對性的對不同種礦石的主要成分進行分析，提高檢測精度。應(yīng)用實例鉬礦石一般都伴生有鐵、銅、鉛、鎢等金屬元素，有些甚至含量比鉬還要高。因此在鉬礦的野外勘探時，不僅僅要關(guān)注礦石中鉬含量的高低，還要知道礦石中另外還含有哪些可利用的金屬元素，以及它們的含量，以便正確對礦石的性質(zhì)進行定性，確定礦脈，以發(fā)揮出礦石的最大經(jīng)濟效益。這些金屬元素的特征X射線的能量如下(單位KeV)-<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>因此選擇0.25mm不銹鋼窗、1.85X109Bq的241Am放射源，具有對以上元素特征X射線較高的激發(fā)效率。而且半衰期長達458年，因此放射源自身衰變所帶來的對測量結(jié)果的影響可以忽略。而鉬的含量可以根據(jù)公式/f銀=義l*5^相+爿2'Skp鉬+5*S0+C求得。其中SK^為鉬的Ka系特征X射線峰面積，SK^為鉬的Ke系特征X射線峰面積，Sb為^Am的散射峰面積。jl、J2、5、C為公式系數(shù)，可以通過對于等效不同銅品位的模擬樣片的測量結(jié)果，經(jīng)過非線性回歸擬合求得。通過對一組鉬礦石進行實驗測量，可以得到相應(yīng)的參數(shù)41=0.01981642=0.0269245=0.067624C=—1.22169類fl的，鉛的含量可以根據(jù)公式/f鉛=41Slu裕Slp裕+>43Sly裕+丑So+C求得。公式中&^為鉛的La系特征X射線峰面積，Su^為鉛的LP系特征X射線峰面積，5ba為鉛的LY系特征X射線峰面積，Sb為^Am的散射峰面積。Jl、v42、爿3、5、C為待定系數(shù)。權(quán)利要求1一種便攜式金屬元素分析儀，其特征在于在制有提手的提手殼體(9)上裝有USB接口(8)、測量按鈕(7)，在殼體內(nèi)下部裝有屏蔽準直器(3)，在屏蔽準直器(3)中裝有射線遮擋體(4)，屏蔽準直器(3)內(nèi)壁制有扇形孔(31)，在射線遮擋體(4)的內(nèi)端開有一扇形孔，放射源(1)安裝在射線遮擋體(4)上方，在屏蔽準直器(3)另一側(cè)裝有探測器(2)，在放射源(1)一側(cè)裝有電池(6)，在探測器(2)一側(cè)裝有電路板(5)，電池(6)輸出端聯(lián)接電路板(5)的電源輸入端，電路板(5)的電源輸出端聯(lián)接探測器(2)，探測器(2)的信號輸出端聯(lián)接電路板(5)的信號輸入端，電路板(5)的信號輸出端由USB輸出接口(8)聯(lián)接計算機(10)。全文摘要本發(fā)明一種便攜式金屬元素分析儀，對礦石中各種金屬元素的組成成分以及相應(yīng)含量根據(jù)莫塞萊定律，通過計算機對礦石中各金屬元素被激發(fā)出的特征X射線譜進行分析，獲得礦石中含有的金屬元素，以及各種金屬元素的含量。放射源與探測器通過屏蔽準直器，經(jīng)過多道脈沖信號處理，將最后的特征X射線譜保存，即時或一段時間后通過USB接口傳輸?shù)焦P記本電腦中，通過解譜軟件對譜形進行分析，最終獲得礦石含有金屬元素的種類以及含量。本儀表可以在野外直接對礦石進行測量，攜帶、使用方便，準確度高。文檔編號G01N23/22GK101349662SQ20081001322公開日2009年1月21日申請日期2008年9月17日優(yōu)先權(quán)日2008年9月17日發(fā)明者于海明,侯朝勤,輝劉,盧元利,周洪軍,尚慶敏,尹德有,尹毅強,偉張,李巖峰,蔣寶慶,晶趙,龔亞林申請人:丹東東方測控技術(shù)有限公司