CN102207461A

CN102207461A - 一种便携式矿物年代测定仪

Info

Publication number: CN102207461A
Application number: CN2011100658987A
Authority: CN
Inventors: 亢俊健; 梁萍; 王广祥; 刘强
Original assignee: Shijiazhuang University of Economics
Current assignee: Shijiazhuang University of Economics
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2011-10-05

Abstract

本发明涉及一种具体应用于地质矿物样品的年代测定的便携式矿物年代测定仪。其包括通过控制线连接的探测机和主机；所述暗室包括暗室外壳,暗室上盖,暗室底座,光电倍增管固定于暗室上盖上，光电倍增管前固定有探测滤光片,在暗室底座上设置有受主机控制的激发光源,激发光源前固定有激发滤光片，在暗室底座中央设置有可拆卸的箱式样片支架；所述主机包括通过控制线和信号线连接的ARM机，液晶屏,高压控制模块，高压模块，脉冲整形模块，计数模块，光源控制模块；所述暗室具有双层外壳结构，即暗室外还有外壳；所述探测机各接口处配设有密封结构。本发明的优点是体积小，重量轻、便于携带。

Description

一种便携式矿物年代测定仪

技术领域

本发明涉及一种具体应用于地质矿物样品的年代测定的便携式矿物年代测定仪。

背景技术

地质年代就是指地球上各种地质事件发生的时代。它包含两方面含义：其一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；其二是指各地质事件发生的距今年龄，由于主要是运用同位素技术，称为同位素地质年龄（绝对地质年代）。这两方面相结合，才构成对地质事件及地球、地壳演变时代的完整认识。

针对固体矿物晶体的本身特性，其生长于自然环境中，晶体生成过程中产生的缺陷和后天环境带给它的辐射都会造成其晶体内部的晶格缺陷，形成游离的储能电子，而存储在晶体里的这些储能电子一经外部能量的刺激，就会发射出光子，采用光能来激发矿物晶体的方法就称为光释光。光释光是一种磷光，在固定的光源和相同的激发条件下，这种磷光的光子总量与固体中储能电子的总量成正比。这就是光释光技术应用于地质矿物样品测年的理论依据。

现在，地质矿物样品年代测定的商品化仪器多为国外产品，价格昂贵，操作复杂而且体积庞大。

中国专利申请号：201010148453，公开日：2010.08.05，其中公布了一种应用于辐照食品检测的光释光检测仪。该仪器包括暗室、采用发光二极管（LED）环形灯管进行做为光源，暗室底部装有一个抽屉式进样平台，进样平台上固定有样品盘。该发明具有体积小，检测速度快，操作简单，无需前处理，携带方便等特点。但是其采用的结构为较为通用的光释光年代测定仪器结构，且只适用于食品的辐照剂量检测。

目前矿物样品年代测定要求其测定仪器体积小、重量轻、便于携带等，而现有的年代测定仪器无法满足其要求。本发明提供了一种新型的便携式矿物年代测定仪，具有体积小、重量轻、操作简单，便于携带等特点。

发明内容

本发明针对地质矿物年代测定仪器要求体积小，重量轻、便于携带的需求，设计了一种基于嵌入式微处理器（ARM：Advanced RISC Machines，以下简称ARM机）的便携式矿物年代测定仪。

本发明采用如下技术方案：

本发明于所述的便携式矿物年代测定仪包括通过控制线连接的探测机和主机；

所述暗室包括暗室外壳,暗室上盖,暗室底座, 光电倍增管固定于暗室上盖上，光电倍增管的前端穿过暗室上盖正对暗室内暗室底座中央部，光电倍增管前固定有探测滤光片, 在暗室底座上设置有受主机控制的激发光源,各组激发光源的发光角度一致，其光斑中心位于矿物样片中心, 在暗室底座中央设置有可拆卸的箱式样片支架, 矿物样片放置在箱式样片支架上，矿物样片的中心和光电倍增管的中心对正；

所述主机包括通过控制线和信号线连接的ARM机，液晶屏,高压控制模块，高压模块，脉冲整形模块，计数模块，光源控制模块；ARM机输出高压控制信号连接到高压控制模块高压控制模块通过控制线连接到高压模块，高压模块的输出连接到探测机中的测试光电倍增管，所述光电倍增管探测到光子后输出脉冲信号到主机中脉冲整形模块，脉冲整形模块输出信号到计数模块，ARM机通过控制线与计数模块连接；ARM机输出光源控制信号到光源控制模块，光源控制模块分别通过控制线连接到探测机中的激发光源；液晶屏能够完成对激发光源和光电倍增管的开关控制、光电倍增管传回的脉冲信号接收、计数、释光曲线和测试数据的实时显示、释光数据存储，其与ARM机直接连接；

所述暗室具有双层外壳结构，即暗室外还有外壳；所述探测机各接口处配设有密封结构。

本发明所述在探测机各接口处配设有密封结构包括,在暗室底座和暗室上盖之间设有胶圈密封结构：暗室上盖和暗室底座之间设置了圆形的密封胶质垫圈；在光电倍增管和探测滤光片之间设有胶垫密封结构：在光电倍增管和探测滤光片之间加设置了圆形的密封胶质垫圈。

本发明所述受主机控制的激发光源采用4组，每组光源模块由10个发光二极管组构成。所述箱式样片支架包括样片支架杆和样片支架套。

本发明所述ARM机采用ARM9型号其组成部分包括中央处理器，数据存储单元和数据采集单元；其采用中央处理器为S3C2410AL-20工作频率203MHz、数据采集单元为EPM7128工作频率100MHz的以上配置。

本发明中所述与ARM机配套的高压控制模块，高压模块，脉冲整形模块，计数模块，蓝光控制模块，红外控制模块等都均采用常规的电路设计。

本发明采用液晶屏完成光释光测年的过程控制以及释光曲线及测试数据的实时显示。本发明在主机上配置有通用串行总线接口（即USB口）。

本发明的有益效果为：

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1. 采用双外壳结构及多处设置密封圈，提高了暗室的密封性。

2. 采用单矿物样片系统，使仪器体积小，重量轻。

3. 装有激发滤光片和探测滤光片，能够有效区分激发光和释光，提高了释光探测的精度。

4. 样片支架采用可替换的箱式结构，提高了光释光年代测试的效率。

5. 主机控制系统采用ARM机，操作系统为WINCE,提高了运算速度和精度，减轻了仪器重量；

6. ARM主控机上具有USB口，方便数据的输出。

7. 液晶屏的采用使得仪器操作简单，并能实时显示释光曲线及测试数据。

附图说明

附图1为本发明实施例的总体结构示意图；

附图2为本发明实施例的暗室结构示意图；

附图3为本发明实施例的主机结构示意图；

附图4为本发明实施例的密封垫圈1的局部放大图；

附图5为本发明实施例的密封垫圈2的局部放大图；

附图6为本发明实施例的箱式样片支架位于不同工作状态下的位置图：状态1为矿物样片插入暗室内的状态，状态2为矿物样片安装时的状态；

附图7为本发明实施例的软件工作流程图；

附图8为本发明实施例的数据采集模块工作流程图；

附图9为本发明实施例的年代计算模块工作流程图。

图中：1.暗室, 2.光电倍增管, 3.控制线（一）, 4.控制线（二）, 5.主机, 6.暗室上盖,7.探测滤光片,8.暗室外壳,9.激发光源,10.激发滤光片，11.矿物样片,12.样片支架,13.暗室底座, 14.ARM机15.液晶屏,16.高压控制模块,17.高压模块,18.脉冲整形模块，19.计数模块，20.光源控制模块，21.密封垫圈1，22.密封垫圈2，23.样片支架杆，24.样片支架套。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例一种便携式矿物年代测定仪，其通过对矿物在漫长的埋藏期间所接收到的辐射剂量进行测定，从而确定其年代。本实施例包括两个主要部分：由暗室1和光电倍增管2组成的探测机和主机5；探测机中光电倍增管2和主机5之间通过控制线（一）3连接，主机5对光电倍增管2的控制信号和光电倍增管2转化出的电脉冲由控制线（一）3进行传送；暗室1和主机5之间通过控制线（二）4连接，主机5对激发光源9的开关控制信号则通过控制线（二）4 传输。

如图2所示,本实施例所述暗室1包括暗室外壳8,暗室上盖6,暗室底座13, 光电倍增管2固定于暗室上盖6上，光电倍增管2的前端穿过暗室上盖6正对暗室内暗室底座13中央部，光电倍增管2前固定有探测滤光片7, 在暗室底座13上设置有受主机5控制的激发光源9,各组激发光源9的发光角度一致，其光斑中心位于矿物样片11中心,激发光源9前部设置有激发滤光片10，在暗室底座13中央设置有可拆卸的箱式样片支架12, 矿物样片11放置在箱式样片支架12上，矿物样片11的中心和光电倍增管2的中心对正；

激发光源9包括蓝光光源和红外光源各2组，每组由10个发光二极管组成，正常工作时，到达测试矿物样片（11）的强度为89mW/cm2(略低于此强度或高于此强度均可)。

如图3所示, 主机5包括ARM机14,液晶屏15,高压控制模块16，高压模块17，脉冲整形模块18，计数模块19，光源控制模块20，他们之间通过控制线和信号线进行连接。主机5的工作原理为：首先通过液晶屏15发出高压控制信号，通过高压控制模块16对高压模块17的电源进行控制，进而控制其高压的输出。光电倍增管2加上高压后，等待半小时，至其稳定。然后再通过液晶屏15对光源控制模块20发出控制信号，打开激发光源9，进行释光激发，光电倍增管2探测到光子，转化成电脉冲，电脉冲输入到脉冲整形模块18，进行放大整形，再送入计数模块19进行脉冲计数。ARM机14同样通过控制信号控制脉冲计数模块19的开启和关闭。下面分别介绍各个模块。

1. ARM机14：ARM机14的组成部分包括中央处理器、数据存储单元和数据采集单元，采用基于Windows CE的操作系统。其中央处理器为SAMSUNG公司的高集成度微处理芯片，型号为S3C2410AL-20，工作频率203MHz。其数据存储单元为两片SDRAM内存，型号为HY57V561620BT-H；一片NandFlash存储芯片，型号为U-K9F1208UDM-YC80；一片Nor Flash存储器芯片，型号为29VL800；一张容量为1G的SD卡；外接2个USB接口。其数据采集单元采用一片可编程芯片，型号为EPM7128，其工作频率最大100MHz，用来实现高速数据采集和控制脉冲整形模块18、高压模块17和激发光源9的开关。在本发明中如果采用其他类型的ARM机则其配置做相应调整，可采用更高配置的。

2. 高压控制模块16，将ARM机14发过来的小电流控制信号,采用三极管进行，并通过不同电压下三极管的通断功能来控制高压模块17的电源通断，从而控制光电倍增管2的工作状态。

3. 光源控制模块20，将ARM机14发过来的小电流控制信号,采用三极管进行，并通过不同电压下三极管的通断功能来控制激发光源9的电源通断，从而控制光电倍增管2的工作状态。

4. 高压模块17，其供电电压为12V(通过高压控制模块18控制)，输出电压为0-1500V，输出电压值可以通过模块自带的可调电阻自行调整。

5.脉冲整形模块18，光电倍增管2将接收到的释光光子经过多级倍增转化为电脉冲，再将电脉冲通过脉冲传输线传回主机5，脉冲整形模块18首先采用两级三极管放大电路将脉冲信号进行放大，然后采用比较器MAX913对脉冲信号进行整形,将本底信号去除，然后将形成的方波信号输入ARM机14的数据采集模块。

6.液晶屏15，采用触摸屏完成光释光初始参数设置，光电倍增管2和激发光源9的开关控制，释光曲线和测试数据的实时显示，数据存储等功能。

如图4所示,在光电倍增管2和探测滤光片7之间加上了圆形的密封胶质垫圈21,中心直径为33mm,厚度为1mm。

如图5所示,在暗室上盖6和暗室底座13之间加上了圆形的密封胶质垫圈22, 中心直径为66mm,厚度为2mm。

如图6所示,本发明采用单矿物样片系统和可替换的箱式样片支架12。本样片支架结构包括样片支架杆23和样片支架套24.矿物样片11未送入暗室1时位于状态2，将矿物样片11送入暗室1后位于状态1。

如图7所示，便携式矿物年代测定仪的具体工作流程如下：首先，将矿物样品11放置于箱式样品支架12中，保持避光状态（处于图3所示状态2 ），然后推动把手将样片支架12连同样片11一起推入暗室1中，使矿物样片11位于光电倍增管2的正下方（处于图3所示状态1 ）。通过触摸屏15发出控制信号，首先打开光子计数功能,此时光子计数值应为0，然后打开光电倍增管2的高压，等待半小时后光电倍增管2稳定工作后,测试自然本底值.然后打开激发光源9对矿物样品进行激发，辐射出来的光子通过探测滤光片7后被光电倍增管2接收，与此同时激发光则会被探测滤光片7挡住。光电倍增管2接收到的释光脉冲通过其内部的多级倍增系统转化为电脉冲信号，传回给主机5。主机5内的控制系统各模块协同工作，将这些原始矿物样品的年代测定数据进行存储、释光曲线显示、并进行进一步的数据处理，得到矿物样品的年代数据，完成矿物年代的测定，也可通过U盘将原始数据导出，在其他的计算机上进行数据的其他处理。

主机的控制应用软件主要用于对样品进行测量和对采集的数据进行分析处理，从而获得样品的年代。程序由参数设定、数据采集、年代计算、数据浏览和数据导出功能模块构成。

1. 参数设定模块，其用来测试和保存软件运行参数，通过此模块可以设置仪器采集时间，辐照光源类型，α、β、γ单位辐照剂量和计数修正值，供其它程序模块运行期间调用。

2．数据采集模块用于原始释光数据的分类采集。

3. 年代计算模块用于通过等效剂量计算公式，求出矿物样片的等效剂量。

4. 数据浏览模块用来浏览采集数据，具有对比显示采集数据曲线、导出曲线图和曲线平滑显示功能。

5. 数据导出模块提供导出文件到U盘和删除文件功能。

如图8所示，数据采集模块的工作流程为：首先选择采集参数，然后判断是否是第一个样片，如果不是第一个样片，那么给出提示“是否清除旧数据？”，根据不同回答进行相应处理后，则进入数据采集，而如果是第一个样片，那么直接进入数据采集，数据采集完成后，保存采集结果，询问“是否采集下一个样片？”，如果选择继续采集的话，需要修改采集参数，再次进行采集，否则程序结束。

如图9所示，年代计算模块的工作流程为：首先计算光释光曲线的面积积分，直至样品的天然光释光曲线和添加不同辐射剂量的光释光曲线的面积积分计算完毕，然后根据选定的等效剂量的计算方法计算出矿物样品的等效年剂量，再根据已知的矿物样品所处环境的年辐射剂量值就可以计算出矿物的年代，然后程序结束。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.采用双外壳结构及多处设置密封圈，提高了暗室的密封性。

2.采用单矿物样片系统，使仪器体积小，重量轻。

3.分别装有激发滤光片和探测滤光片，有效区分激发光和样品释光，提高释光探测精度。

4.样片支架采用可替换的箱式结构，提高了测试效率。

5.主机控制系统采用ARM机，操作系统为WINCE,减轻了仪器重量。

6.ARM主控机上具有USB口，方便数据的输出。

7.液晶屏的采用使得仪器操作简单，并能实时显示释光曲线及测试数据。

Claims

1.一种便携式矿物年代测定仪，其特征在于所述的便携式矿物年代测定仪包括通过控制线连接的探测机和主机；

所述暗室包括暗室外壳,暗室上盖,暗室底座, 光电倍增管固定于暗室上盖上，光电倍增管的前端穿过暗室上盖正对暗室内暗室底座中央部，光电倍增管前固定有探测滤光片；在暗室底座上设置有受主机控制的激发光源,各组激发光源的发光角度一致，其光斑中心位于矿物样片中心, 激发光源（14、18）前固定有激发滤光片；在暗室底座中央设置有可拆卸的箱式样片支架, 矿物样片放置在箱式样片支架上，矿物样片的中心和光电倍增管的中心对正；

2.根据权利要求1所述的一种便携式矿物年代测定仪，其特征在于所述在探测机各接口处配设有密封结构包括,在暗室底座和暗室上盖之间设有胶圈密封结构：暗室上盖和暗室底座之间设置了圆形的密封胶质垫圈；在光电倍增管和探测滤光片之间设有胶垫密封结构：在光电倍增管和探测滤光片之间加设置了圆形的密封胶质垫圈。

3.根据权利要求1所述的一种便携式矿物年代测定仪，其特征在于所述受主机控制的激发光源采用4组，每组光源模块由10个发光二极管组构成。

4.根据权利要求1所述的一种便携式矿物年代测定仪，其特征在于所述箱式样片支架包括样片支架杆和样片支架套。

5.根据权利要求1所述的一种便携式矿物年代测定仪，其特征在于所述ARM机采用ARM9型号其组成部分包括中央处理器，数据存储单元和数据采集单元；其采用中央处理器为S3C2410AL-20工作频率203MHz、数据采集单元为EPM7128工作频率100MHz的以上配置。

6.根据权利要求1所述的一种便携式矿物年代测定仪，其特征在于在主机上配置有通用串行总线口即USB口。