一種稀土快速鑑別儀的製作方法

2023-05-30 07:31:16 1

專利名稱：一種稀土快速鑑別儀的製作方法
技術領域：
本發明屬於分析儀器技術領域，特別是提供了一種稀土快速鑑別儀，可對稀土元素進行快速定量檢測，無損分析。
背景技術：
稀土元素包含鈧、釔及鑭系稀土中的鑭、鈰、鐠等共17個元素，其中鉕元素在自然界中含量極低。稀土元素廣泛應用於電子、石油化工、冶金、軍事、能源等領域，有工業「黃金」之稱。稀土是中國最豐富的戰略資源，我國稀土資源佔世界稀土資源的30%以上，承擔著世界90%以上的稀土供應。稀土元素化學性質活潑，原子結構類似，多以複雜氧化物、矽酸鹽、磷酸鹽等形式存在，常規的分析手段難以檢測。對稀土元素的現有檢測手段主要分為兩類，一類是化學檢測方法，比如將樣品溶解後的滴定等方法，分析周期長且一般只能測幾種稀土的總量；另一類是儀器分析方法，一般為大型實驗室分析儀器，可測定單個稀土含量，比如電感耦合等離子體光譜儀、原子吸收光譜儀等。以上兩種方法各具優缺點，但其分析周期均較長，並不適用於對海關稀土檢測、稀土礦產勘測等領域快速定量鑑別的要求。另一方面，可攜式能量色散型X螢光光譜技術已經日趨成熟起來。它採用微型X射線管和半導體矽漂移探測器，可以簡單快速的分析元素周期表中鈉(Na)以後的元素，應用範圍廣泛。能量色散型X螢光光譜技術簡單快速便攜的特點恰好符合稀土分析領域快速定性分析的特點。據此，發明人研發了一款專門針對稀土分析領域的，能夠快速鑑別、定量測量稀土元素的手持式稀土快速鑑別儀。

發明內容
本發明的目的在於提供一種稀土快速鑑別儀，在不破壞樣品外形的前提下快速鑑別17種稀土元素的手持式分析儀器，實現對稀土樣品的種類和含量的快速鑑別。並且分析時間更短、重量更加輕便、操作更為舒服，整個儀器的使用壽命更長。本發明包括稀土快速鑑別儀主機及輔助組件。稀土快速鑑別儀主機包括微型X射線管7、電致冷SDD探測器14、電路控制系統
(10)、掌上電腦16 ;以電路控制系統10為中心，微型X射線管7通過控制糹而口與電路控制系統連接，操作軟體裝載在基於Android系統的掌上電腦16內，當掌上電腦16發出激發指令時，電路控制系統10控制微型X射線管7的高壓電路開關量，並在激發扳機按鈕8按下時發出開啟高壓電路放出X射線；電致冷SDD探測器14通過串口數據線與電路控制系統10的串行埠相連，受激樣品發出的X射線經電製冷SDD探測器14轉化成電信號，不同強度的電信號通過電路控制系統10傳遞給掌上電腦16 ;掌上電腦16將採集到的樣品譜峰進行處理和數據運算。稀土快速鑑別儀輔助組件包括大容量鋰電池9、可旋轉固定盒底板15、電源開關按鈕5、激發扳機按鈕8、左散熱片3和右散熱片12等。稀土快速鑑別儀各輔助組件分別以不同的方式與稀土快速鑑別儀機身連接並發揮各自不同的作用。大容量鋰電池9為電路控制系統10供電，並進而為微型X射線管7和電製冷SDD探測器14供電；掌上電腦16利用掌上電腦固定盒底板15和和固定盒上蓋I固定在稀土快速鑑別儀機身，並通過阻尼軟軸2實現掌上電腦16從0°到90°之間的可視化角度；將電源開關按鈕5置於稀土快速鑑別儀機身後部並隱藏，將激發扳機按鈕8置於槍體下部的扳機處，即方便操作者使用又可避免誤操作引起的危險；在稀土快速鑑別儀主機機身的兩側分別加裝左散熱片3和右散熱片12並通過導熱黃銅片17與金屬槍頭13連接，最大限度提高儀器的散熱效果和使用壽命。可旋轉固定盒底板15連接掌上電腦16，激發扳機按鈕8置於稀土快速鑑別儀前方偏下部，左散熱片3和右散熱片12在稀土快速鑑別儀機身兩側。
為了實現上述目的，本發明採用了以下技術方案I、整個儀器的設計思路稀土快速鑑別儀整機包括微型X射線管7、電致冷SDD探測器14、電路控制系統10和掌上電腦16 ;由微型X射線管發出X射線，照射在樣品表面時將樣品激發，樣品受激後由激發態返回到基態時釋放出特徵X射線，特徵X射線被電製冷SDD探測器接收，並經過前置放大器和多道處理器處理後最終轉化為不同強度的電信號，作為定性和定量分析的基礎。在此過程中，電路控制系統10控制微型X射線管7狀態並反饋給掌上電腦16，掌上電腦接收探測到的信號並進行數據處理。2、軟體的設計思路和改良操作軟體裝載在基於最新的Android作業系統的掌上電腦16內，掌上電腦作為硬體開發平臺，採用Java語言結構化編程，在硬體控制環節嵌入彙編語言以提高執行效率。操作上採用中文上拉菜單方式易學易用，又不失功能完善和可擴充性。在測量完畢後能自動計算出是否含有鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、釔、鑥、鈧、釔等17種稀土元素，並可對稀土元素種類及含量進行定性和定量分析。同時，又能對2048道譜線的全譜、擴展譜進行靈活查看和分析，並具有GPS測量功能，能同時滿足初學者和適合熟悉核技術方法專家應用。針對稀土元素幹擾多測量難的特點，儀器專門打造了針對不同稀土元素的能量和強度比多重判定方法，並提供17種稀土純物質的標準譜圖對對比，進一步提高對稀土元素判定的準確率。此外，稀土快速鑑別儀還增加了稀土元素的含量閾值和報警裝置，當稀土元素含量超過閾值時儀器可進行鈴聲報警。3、對現有X螢光的改造思路現有的能量色散型X螢光光譜儀分析時間多為30s — IOOs之間，稀土快速鑑別儀大幅優化了分析軟體的數據處理方式，整個測試時間不到10秒；現有的能量色散型X螢光光譜儀重量在I. 8kg左右，稀土快速鑑別儀採用高集成化的電器元件，帶電池重量不足I. 5kg，更易於攜帶和操作；稀土快速鑑別儀的機身與掌上電腦固定盒15之間通過阻尼轉軸2連接，實現了掌上電腦16與機身在0°到90°之間隨意旋轉，方便測量過程中的觀察；配套可攜式藍牙熱敏印表機，方便測量數據的隨時列印和保存；在儀器機身左右兩側分別增加左散熱片3、右散熱片12，並通過導熱黃銅片17與金屬槍頭13連接，提高儀器的散熱效果和使用壽命。本發明的有益效果現有對稀土元素的檢測手段主要分為化學檢測和大型分析儀器檢測，其分析周期均較長，並不適用於對海關稀土檢測、稀土礦產勘測等領域的快速鑑別和定量分析。而隨著科學儀器的發展，可攜式能量色散型X螢光光譜技術已經日趨成熟，它可以簡單快速的分析元素周期表中鈉(Na)以後的元素，分析快速操作簡便。
本發明的目的在於提供一種在不破壞樣品外形的前提下快速鑑別17種稀土元素的可攜式分析儀器，實現了對稀土樣品的種類和含量進行定性和定量分析。進一步還可以實現對可攜式X螢光測量時間和儀器重量的大幅縮減；對常見稀土元素幹擾元素的誤判消除；對高含量稀土元素的鈴聲報警；對不同客戶要求的含量段閾值和報警閾值進行調整；對儀器散熱效果和使用舒適度的提高。通過以上對儀器軟硬體方面的改進，最終打造出專門針對稀土元素進行快速分析的可攜式稀土快速鑑別儀，並在海關稀土檢測、打擊稀土走私、稀土礦產勘測過程中得到廣泛應用。


圖I是稀土快速鑑別儀的整體結構示意圖。圖2是稀土快速鑑別儀主機與掌上電腦固定盒的機構示意圖。圖3是左側導熱黃銅片與金屬槍頭連接示意圖。
圖中，掌上電腦固定盒上蓋I、阻尼轉軸2、左散熱片3、左殼體4、儀器電源開關按鈕5、電池卡扣裝置6、微型X射線管7、激發扳機按鈕8、大容量鋰電池9、電路控制系統10、右殼體11、右散熱片12、金屬槍頭13、探測器系統14、掌上電腦固定盒底板15、掌上電腦16、導熱黃銅片17。
具體實施例方式圖I 圖3為本發明的具體實施方式
。如圖I的稀土快速鑑別儀的整體結構示意圖。掌上電腦16固定在固定盒上蓋I和固定盒底板15中間，固定盒與槍型機身通過阻尼轉軸2相連接。微型X射線管7和探測器14均固定在槍型機身金屬槍頭13上，儀器電源開關6置於槍型機身後方，激發按鈕8置於槍型機身扳機處，電池座9則通過卡扣裝置6與機身相連接。金屬材質左散熱片3、右散熱片12固定在左殼體4、右殼體11側表面處，並通過散熱黃銅片17與金屬槍頭13進行連接。稀土快速鑑別儀的機身與掌上電腦固定盒15之間通過阻尼轉軸2連接，實現了掌上電腦16與機身在0°到90°之間隨意旋轉，方便測量過程中的觀察(如圖2所示)。針對手持式螢光光譜儀常見的散熱差問題，稀土快速鑑別儀設計了在儀器機身左右兩側分別增加左散熱片3、右散熱片12，並通過導熱黃銅片17與金屬槍頭13相連接(如圖3所示)，提高儀器的散熱效果和使用壽命。
實施例圖I至圖3所示為稀土快速鑑別儀的內部結構圖，其中電池卡口裝置6內置大容量鋰電池9並為整個儀器供電；掌上電腦固定盒底板15通過阻尼轉軸2與稀土快速鑑別儀機身相連接，實現了掌上電腦16與稀土快速鑑別儀機身在0°到90°之間隨意旋轉；儀器電源開關按鈕5置於儀器後部並隱藏，微型X射線管7激發開關置於激發扳機按鈕8處，即方便操作者使用又可避免誤操作引起的危險；金屬槍頭13通過黃銅散熱片17與左散熱片
3、右散熱片12連接，提高了儀器的散熱效果，有利於分析數據的穩定性和提高儀器的使用壽命。
用稀土快速鑑別儀對鑭鎂合金樣品、鐵釹硼樣品、鐠釹混合礦粉、輕稀土精礦進行分析，測量均可準確報出相對應的稀土「大含量元素」，測量準確率為100%。選擇定量分析模式，對在測量完畢後能自動計算出是否含有鑭、鈰、鐠、釹、釤、銪、釓、鋱、鏑、欽、鉺、銩、釔、鑥、鈧、釔等16種稀土氧化物(1%、5%、99%)進行分析，測量均可準確報出相對應的稀土含量 段，測量準確率為100% ;其中99%含量的稀土元素分析結果均在97%以上，5%含量的稀土元素分析結果在4. 7%——5. 3%之間，1%含量的稀土元素分析結果在O. 8%——I. 2%之間。通過對以上高純稀土氧化物、稀土高溫合金和稀土混合礦粉的測試結果可知，稀土快速鑑別儀可以快速準確的判斷出所測稀土元素的種類和含量。
權利要求
1.一種稀土快速鑑別儀，包括稀土快速鑑別儀主機及輔助組件；其特徵在於， 稀土快速鑑別儀主機包括微型X射線管(7)、電致冷SDD探測器(14)、電路控制系統(10)、掌上電腦(16);以電路控制系統(10)為中心，微型X射線管(7)通過控制埠與電路控制系統連接，操作軟體裝載在基於Android系統的掌上電腦(16)內，當掌上電腦(16)發出激發指令時，電路控制系統(10)控制微型X射線管(7)的高壓電路開關量，並在激發扳機按鈕(8)按下時發出開啟高壓電路放出X射線；電致冷SDD探測器(14)通過串口數據線與電路控制系統(10)的串行埠相連，受激樣品發出的X射線經電製冷SDD探測器(14)轉化成電信號，不同強度的電信號通過電路控制系統(10)傳遞給掌上電腦(16);掌上電腦(16)將採集到的樣品譜峰進行處理和數據運算； 輔助組件包括大容量鋰電池(9)、可旋轉固定盒底板(15)、電源開關按鈕(5)、激發扳機按鈕(8)、左散熱片(3)和右散熱片(12);大容量鋰電池(9)為電路控制系統(10)供電，並進而為微型X射線管(7)和電製冷SDD探測器(14)供電；掌上電腦(16)利用掌上電腦固定盒底板(15)和固定盒上蓋(I)固定在稀土快速鑑別儀機身，並通過阻尼軟軸(2)實現掌 上電腦(16)從0°到90°之間的可視化角度；將電源開關按鈕(5)置於稀土快速鑑別儀機身後部並隱藏，將激發扳機按鈕(8)置於槍體下部的扳機處，方便操作者使用並避免誤操作引起的危險；在稀土快速鑑別儀主機機身的兩側分別加裝左散熱片(3)和右散熱片(12)並通過導熱黃銅片(17)與金屬槍頭(13)連接，提高儀器的散熱效果和使用壽命。
全文摘要
一種稀土快速鑑別儀，屬於分析儀器技術領域。包括微型X射線管、電致冷SDD探測器、電路控制系統和掌上電腦；由微型X射線管發出X射線，照射在樣品表面時將樣品激發，樣品受激後由激發態返回到基態時釋放出特徵X射線，特徵X射線被電製冷SDD探測器接收，並經過前置放大器和多道處理器處理後最終轉化為不同強度的電信號，作為定性和定量分析的基礎。在此過程中，電路控制系統控制微型X射線管狀態並反饋給掌上電腦，掌上電腦接收探測到的信號並進行數據處理。優點在於，分析時間更短、重量更加輕便、操作更為舒服，整個儀器的使用壽命更長。
文檔編號G01N23/22GK102967613SQ20121051826
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者袁良經, 楊宏捷, 張勝坤, 於雷, 屈華陽, 周超, 劉佳 申請人:鋼研納克檢測技術有限公司