一種可攜式金屬元素分析儀的製作方法

2023-09-10 11:16:25 1

專利名稱：：一種可攜式金屬元素分析儀的製作方法
技術領域：
：本發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：
：目前有色金屬行業的野外探礦、採礦，一般都是勘探人員在野外進行實地採樣，然後帶回實驗室進行破碎、研磨、篩分，然後進行化學分析。通過礦樣的元素含量數據以及取樣地點的分布，確定礦脈，或者決定是否值得開採。但是在採樣時，無法確切知道該處礦石的元素含量，只能通過經驗判斷，結果造成了很多有用元素含量低的礦石被採集處理，造成浪費，還耽誤了時間。而目前已有的手持式X射線螢光分析儀，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。而且所採用的激發源是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，並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。此外所採用的探測器也多為正比計數管，能量解析度不高，測量分析精度低。
發明內容針對以上問題，本發明提供一種攜帶方便的，能夠直接分析出礦石中金屬元素，具有較高能量解析度的礦石金屬元素分析檢測裝置。本發明所採用的技術方案是一種可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)內壁制有扇形孔(31)，在射線遮擋體(4)的內端開有一扇形孔(41)，放射源(1)安裝在射線遮擋體(4)上方，在屏蔽準直器(3)另一側裝有探測器(2)，在放射源(1)一倒裝有電池(6),在探測器(2)—側裝有電路板(5)，電池(6)輸出端聯接電路板(5)的電源輸入端，電路板(5)的電源輸出端聯接探測器(2)，探測器(2)的信號輸出端聯接電路板(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)聯接計算機(10)。本發明的一種可攜式金屬元素分析儀是根據不同元素的特徵X射線的能量與該元素的原子序數平方呈一定的線性關係，通過檢測礦石中各元素被激發出的特徵X射線的能量，分辨出含有哪些元素種類；通過該元素特徵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，保證二者的夾角小於60度。輻射準直屏蔽體由重金屬鉛構成，能夠對射線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，並在內端開有一扇形孔，當射線遮擋體被向外抽動後，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儀表的總電源開關，探測器電源開始啟動，並開始對探測器進行製冷。當射線遮擋體向內抽動至起始位置後，扇型孔移開放射源，射線無法輻射出儀表，總電源關閉。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而發出特徵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，觸發儀表總電源，再將儀表平穩的放置於被測量物體上，或者手持將儀表緊貼被測量物的外表面。此時放射源發出的射線輻射到被測量物上，激發出物體中各種元素的特徵X螢光，並被探測器所接收。待狀態穩定後，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係的脈衝信號，並對脈衝幅度分辨識別，相同幅度脈衝的總數量被累加在一起，最終形成一個橫軸為脈衝幅度(對應能量)、縱軸為脈衝個數的圖譜。由儀表內部的計時電路開始計時，測量時間達到預設的時間長度後，測量結束。儀表將最終獲得到的圖譜存儲在電路中的存儲單元。即時或一段時間後通過USB接口傳輸給筆記本電腦，再由筆記本電腦中預裝的執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，推算出對應特徵X螢光射線的能量，根據特徵X螢光的能量與不同元素的對應關係，確定被測量物中含有哪些元素。通過峰面積依據如下經驗公式來確定該元素的含量/f:其中&為該元素的第f個特徵X射線峰面積；So為放射源射線散射峰面積。A、5、C為待定係數。這些係數的確定，可以通過對對應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，記錄下相應某元素的含量以及該元素的第i'個特徵X射線峰面積&及放射源射線散射峰面積Sq，通過常規的非線性擬合方法，獲得公式中的待定係數A'、5、C即可。對圖譜中峰位道址與能量的對應關係，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，可以分別得到相應特徵峰位道址Wa和Wb，它們分別對應著A、B元素的特徵X射線能量五a、￡B。則道址JV與能量￡的對應關係可以根據如下公式確定本發明的特點在於結構簡單，易於操作，便於攜帶，使用電池供電，可以對測量到的圖譜進行保存，待返回後輸入電腦處理，或隨時傳輸到筆記本電腦中分析處理，特別適合於野外使用。本發明主要適用於有色金屬野外探礦，也可以使用於料堆、礦倉中對礦石、礦粉的成分及元素含量分析。圖1是本發明的結構示意圖圖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。具體實施例方式結合附圖具體說明本發明的結構和使用方法。結構見圖l。在制有提手殼體9上裝有測量按鈕7,在提手殼體9後方裝有USB輸出接口8，USB輸出接口8聯接計算機10,在殼體內下部，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由重金屬製成屏蔽體，在屏蔽準直器扇形孔31內壁上覆有2mm厚鋁質隔離層，開扇形孔的目的是使放射源1發出的射線能夠輻照到被測量物一定的面積，內側放一鋁層的目的是為了減少屏蔽準直器3中的鉛被激發出的特徵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發出的射線進行屏蔽防護，使射線只能在一定的空間範圍內傳播，對探測器2進行防護，使放射源l發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後發出的各種特徵X射線才能被探測器2接收到。激發源採用同位素放射源，無需供電，適合野外作業；探測器採用高性能、電製冷的Si-PIN檢測器，通過電製冷能夠在常溫狀態下具有較高的能量解析度。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的內端開有射線遮擋體扇形孔41,射線遮擋體4由重金屬製成屏蔽體，在扇形孔內壁上覆有輕金屬的隔離層42,射線遮擋體4由鉛製成，扇形孔內壁的隔離層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。當射線遮擋體4向外抽動後，觸發電源總開關，探測器2的電源以及製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發出的射線可以依照扇形孔的扇面向外輻射。當射線遮擋體3向內插入後，電源開關關閉，儀錶停止工作；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輸出端聯接電路板5的電源輸入端，電路板5的電源輸出端聯接探測器2，探測器2的信號輸出端聯接電路板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聯接計算機10。電路板上裝有常規的電源電路、溫度檢測電路、計時器、脈衝整形放大電路、脈衝幅度甄別電路、計數器、存儲模塊。為探測器提供工作電源、檢測探測器內溫度、測量時間計時、對探測器輸出的信號進行放大整形、識別脈衝的幅度並累計到相應的地址、保存數據。通過USB輸出接口8即時與筆記本電腦聯接，或者一段時間之後與普通臺式計算機聯接，通過電腦中的應用軟體將保存的圖譜調出，並進行分析處理。當進行檢測使用時，將射線遮擋體4向外抽出，總開關打開，探測器電源與製冷及溫度檢測部分開始工作；儀表固定放穩或者手持，將儀表的下表面與被測量物緊貼；待狀態穩定後，按下測量按鈕7，測量開始，信號處理電路開始工作;由儀表內部的計時電路開始計時，測量時間達到預設的時間長度後，測量結束，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，推算出對應特徵X螢光射線的能量，根據特徵X射線的能量來確定對應的是何種元素。對圖譜中峰位道址與能量的對應關係，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，可以分別得到相應特徵峰位道址ATa和Wb,它們分別對應著A、B元素的特徵X射線能量五a、￡B。則道址W與能量￡的對應關係可以根據如下公式確定通過相應峰面積依據如下經驗公式來確定該元素的含量if:其中&為該元素的第Z'個特徵X射線峰面積；So為放射源射線散射峰面積。A、B、c為待定係數。而適當選擇合適的^發射線能量，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進行定性，確定礦脈，以發揮出礦石的最大經濟效益。這些金屬元素的特徵X射線的能量如下(單位KeV)-tableseeoriginaldocumentpage8因此選擇0.25mm不鏽鋼窗、1.85X109Bq的241Am放射源，具有對以上元素特徵X射線較高的激發效率。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果的影響可以忽略。而鉬的含量可以根據公式/f銀=義l*5^相+爿2'Skp鉬+5*S0+C求得。其中SK^為鉬的Ka系特徵X射線峰面積，SK^為鉬的Ke系特徵X射線峰面積，Sb為^Am的散射峰面積。jl、J2、5、C為公式係數，可以通過對於等效不同銅品位的模擬樣片的測量結果，經過非線性回歸擬合求得。通過對一組鉬礦石進行實驗測量，可以得到相應的參數41=0.01981642=0.0269245=0.067624C=—1.22169類fl的，鉛的含量可以根據公式/f鉛=41Slu裕Slp裕+>43Sly裕+醜So+C求得。公式中&^為鉛的La系特徵X射線峰面積，Su^為鉛的LP系特徵X射線峰面積，5ba為鉛的LY系特徵X射線峰面積，Sb為^Am的散射峰面積。Jl、v42、爿3、5、C為待定係數。權利要求1一種可攜式金屬元素分析儀，其特徵在於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)內壁制有扇形孔(31)，在射線遮擋體(4)的內端開有一扇形孔，放射源(1)安裝在射線遮擋體(4)上方，在屏蔽準直器(3)另一側裝有探測器(2)，在放射源(1)一側裝有電池(6)，在探測器(2)一側裝有電路板(5)，電池(6)輸出端聯接電路板(5)的電源輸入端，電路板(5)的電源輸出端聯接探測器(2)，探測器(2)的信號輸出端聯接電路板(5)的信號輸入端，電路板(5)的信號輸出端由USB輸出接口(8)聯接計算機(10)。全文摘要本發明一種可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含量根據莫塞萊定律，通過計算機對礦石中各金屬元素被激發出的特徵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，經過多道脈衝信號處理，將最後的特徵X射線譜保存，即時或一段時間後通過USB接口傳輸到筆記本電腦中，通過解譜軟體對譜形進行分析，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日優先權日2008年9月17日發明者於海明,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:丹東東方測控技術有限公司