專利名稱：具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具體應(yīng)用于地質(zhì)礦物樣品的年代測(cè)定的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀。
背景技術(shù)：
固體礦物晶體生長于自然環(huán)境中，在生長過程中產(chǎn)生的先天缺陷和后天環(huán)境給它的輻射都會(huì)造成其晶體內(nèi)部的晶格缺陷，形成游離的儲(chǔ)能電子。存儲(chǔ)在晶體里的這些儲(chǔ)能電子一經(jīng)外部能量的刺激，就會(huì)發(fā)射出光子，采用光能來激發(fā)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(fā)條件下，這種磷光的光子總量與固體中儲(chǔ)能電子的總量成正比。這就是光釋光技術(shù)應(yīng)用于地質(zhì)礦物樣品測(cè)年的理論依據(jù)。根據(jù)光釋光礦物年代測(cè)定的原理，礦物樣品年代的計(jì)算公式為 t=N/B=De/Dy
其中t為樣品的年齡；N為結(jié)晶固體中積存的光釋光總量；B為各類輻射每年產(chǎn)生的光釋光總和；De為等效劑量，即產(chǎn)生相當(dāng)于樣品天然釋光信號(hào)水平所需的實(shí)驗(yàn)室劑量，也稱為古劑量；Dy為各類輻射在晶體中每年產(chǎn)生的輻射劑量的總和。采用光釋光方法進(jìn)行礦物年代測(cè)定，具體的試驗(yàn)方法分為很多種，但是無論采取哪種方法，都需要對(duì)礦物樣品的天然釋光信號(hào)和附加不同劑量的釋光信號(hào)進(jìn)行光子探測(cè)。光電倍增管具有極高的靈敏度和極低的噪聲，因此現(xiàn)有的礦物年代測(cè)定儀器多采用其做為釋光光子的探測(cè)設(shè)備，接收激發(fā)出的釋光光子。但是光電倍增管在完全黑暗的環(huán)境中仍會(huì)有微小的陽極暗電流輸出，這就是光釋光年代測(cè)定的本底(如圖5所示的本底曲線)。實(shí)際的釋光曲線面積應(yīng)為測(cè)得的釋光曲線面積減去本底的曲線面積。通常在光釋光測(cè)試之前對(duì)樣片進(jìn)行一次本底測(cè)試，得到本底曲線。但是這種獲得本底曲線的方法只適用于實(shí)驗(yàn)過程中本底變化極為微小的情況。但實(shí)際上，光電倍增管的暗本底在測(cè)試過程中很難保持本底變化極為微小。其本底由如下組成方面1.電子熱發(fā)射。溫度對(duì)于光電倍增管的暗本底影響極大；2.玻璃發(fā)光。 3.場(chǎng)致發(fā)射當(dāng)光電倍增管工作電壓接近極限工作電壓時(shí)，強(qiáng)大的電場(chǎng)使電極發(fā)出場(chǎng)致發(fā)射電子，從而造成暗脈沖輸出。由此可見，實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的溫度和電場(chǎng)對(duì)于本底有極大影響，如果測(cè)試過程中溫度和電場(chǎng)有變化，那么本底曲線就會(huì)劇烈變化，強(qiáng)烈不同于原測(cè)得的本底曲線，進(jìn)而較大的影響光釋光曲線面積以及年代測(cè)定的準(zhǔn)確度。因此需要對(duì)光釋光年代測(cè)定過程中出現(xiàn)的暗本底波動(dòng)進(jìn)行記錄，才可能在最終數(shù)據(jù)處理時(shí)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，消除其對(duì)于最終年代測(cè)定結(jié)果精確度的影響?，F(xiàn)有的光釋光礦物年代測(cè)定儀器不僅不具有動(dòng)態(tài)本底補(bǔ)償功能，而且價(jià)格昂貴、 操作復(fù)雜、體積龐大，不利于攜帶。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，可以在礦物年代測(cè)定過程中同時(shí)記錄本底，從而消除本底對(duì)于年代測(cè)定的影響，提高釋光年代測(cè)定的準(zhǔn)確度；而且采用Arm機(jī)進(jìn)行整個(gè)礦物樣品年代測(cè)定過程的控制，滿足了地質(zhì)儀器對(duì)于體積小，重量輕的要求。本發(fā)明具有體積小，重量輕，密封性好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的如下技術(shù)方案
一種具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于所述礦物年代測(cè)定儀包括通過控制線連接的探測(cè)機(jī)和主機(jī)；
所述探測(cè)機(jī)包括并排連接成一體的測(cè)試暗室和本底暗室統(tǒng)稱為暗室，以及分別安裝在測(cè)試暗室和本底暗室上的測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管，所述暗室包括暗室外殼，暗室上蓋，暗室底座；測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管都分別固定于各自的暗室上蓋上，測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管通過導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好的光電倍增管上套連接在一起，測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管的前端分別穿過各自暗室的上蓋， 測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管前分別固定有一探測(cè)濾光片1、2 ；暗室底座呈斗狀，在測(cè)試暗室和本底暗室底座的中央部位分別安裝有可拆卸的礦物樣片支架，礦物樣片支架上分別放置有測(cè)試礦物樣片和本底礦物樣片，各樣片的中心分別與測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管的中心對(duì)正；在測(cè)試暗室底座的斜向坡面上固定設(shè)置有與主機(jī)連接的受主機(jī)控制的左右兩組激發(fā)光源，各組激發(fā)光源的發(fā)光角度一致，其光斑中心位于測(cè)試礦物樣片中心，激發(fā)光源前固定有激發(fā)濾光片；
所述測(cè)試暗室和本底暗室形狀結(jié)構(gòu)完全相同，所加樣片相對(duì)于測(cè)試光電倍增管和本底光電倍增管位置相同，而且測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管型號(hào)相同，兩個(gè)光電倍增管前面所設(shè)置的探測(cè)濾光片型號(hào)規(guī)格相同；
所述主機(jī)包括通過控制線和信號(hào)線連接的ARM機(jī)，液晶屏，高壓控制模塊，高壓模塊， 脈沖整形模塊，計(jì)數(shù)模塊，光源控制模塊包括藍(lán)光控制模塊和紅外控制模塊；ARM機(jī)輸出高壓控制信號(hào)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(cè)機(jī)中的測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管，所述兩個(gè)光電倍增管探測(cè)到光子后輸出脈沖信號(hào)到主機(jī)中脈沖整形模塊，脈沖整形模塊輸出信號(hào)到計(jì)數(shù)模塊，ARM機(jī)通過控制線與計(jì)數(shù)模塊連接；ARM機(jī)輸出光源控制信號(hào)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(cè)機(jī)中的激發(fā)光源；液晶屏能夠完成對(duì)激發(fā)光源和光電倍增管的開關(guān)控制、光電倍增管傳回的脈沖信號(hào)接收、計(jì)數(shù)、釋光曲線和測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、釋光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其與ARM機(jī)直接連接。所述暗室為雙層外殼結(jié)構(gòu)，即在暗室底座外包設(shè)有外殼；所述探測(cè)機(jī)各接口處配設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述在探測(cè)機(jī)各接口處配設(shè)有密封結(jié)構(gòu)包括，在暗室底座和暗室上蓋之間設(shè)有膠圈密封結(jié)構(gòu)暗室上蓋和暗室底座之間設(shè)置了圓形的密封膠質(zhì)墊圈；在光電倍增管和探測(cè)濾光片之間設(shè)有膠墊密封結(jié)構(gòu)在光電倍增管和探測(cè)濾光片之間加設(shè)置了圓形的密封膠質(zhì)墊圈。本發(fā)明所述受主機(jī)控制的每組激發(fā)光源模塊由10個(gè)發(fā)光二極管組構(gòu)成。本發(fā)明礦物樣品支架采用可替換式的雙礦物樣品支架。本發(fā)明所述ARM機(jī)采用ARM9型號(hào)其組成部分包括中央處理器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)采集單元；其采用中央處理器為S3C2410AL-20工作頻率203MHz、數(shù)據(jù)采集單元為EPM7128工作頻率IOOMHz的以上配置。本發(fā)明中所述與ARM機(jī)配套的高壓控制模塊，高壓模塊，脈沖整形模塊，計(jì)數(shù)模塊，藍(lán)光控制模塊，紅外控制模塊等都均采用常規(guī)的電路設(shè)計(jì)。本發(fā)明采用液晶屏完成光釋光測(cè)年的過程控制以及釋光曲線及測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。本發(fā)明在主機(jī)上配置有通用串行總線口(即USB 口)。本發(fā)明的有益效果為
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1.采用補(bǔ)償光電倍增管對(duì)本底進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高了年代測(cè)定的精確度。2. 兩個(gè)光電倍增管型號(hào)相同，所加探測(cè)濾光片型號(hào)規(guī)格相同，并采用導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好的光電倍增管上套進(jìn)行連接，測(cè)試暗室和本底暗室結(jié)構(gòu)相同，保證了兩個(gè)光電倍增管外部環(huán)境相同，提高了本底動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。3.采用雙外殼結(jié)構(gòu)及多處設(shè)置密封墊圈，提高了暗室的密封性。4.樣片支架采用可替換的雙礦物樣片支架，提高了光釋光年代測(cè)試的效率，同時(shí)減小了儀器體積，減輕了儀器重量。5.同時(shí)裝有激發(fā)濾光片和探測(cè)濾光片，能夠有效區(qū)分激發(fā)光和釋光，提高了釋光探測(cè)的精度。6.主機(jī)控制系統(tǒng)采用ARM機(jī)，操作系統(tǒng)為WINCE，提高了運(yùn)算速度和精度，減輕了
儀器重量。7. ARM主控機(jī)上具有USB 口，方便數(shù)據(jù)的傳輸。8.液晶屏的采用使得儀器操作簡(jiǎn)單，并能實(shí)時(shí)顯示釋光曲線及測(cè)試數(shù)據(jù)?？傊?，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，可以在礦物年代測(cè)定過程中同時(shí)記錄本底，從而消除本底對(duì)于年代測(cè)定的影響，提高釋光年代測(cè)定的準(zhǔn)確度；而且采用Arm機(jī)進(jìn)行整個(gè)礦物樣品年代測(cè)定過程的控制，滿足了地質(zhì)儀器對(duì)于體積小， 重量輕的要求。本發(fā)明具有體積小，重量輕，密封性好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、操作方便等優(yōu)點(diǎn)ο


附圖附圖附圖附圖附圖附圖附圖附圖附圖附圖附圖
附圖1為本發(fā)明實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖； 2為本發(fā)明實(shí)施例的暗室的主視圖； 3為本發(fā)明實(shí)施例的暗室底座的俯視圖； 4為本發(fā)明實(shí)施例的主機(jī)工作原理框圖； 5為本發(fā)明實(shí)施例的光釋光曲線(附加劑量法)； 6為本發(fā)明實(shí)施例的Ν+4β釋光曲線和其同期本底曲線(附加劑量法)； 7為本發(fā)明實(shí)施例的釋光生長曲線(附加劑量法)； 8為本發(fā)明實(shí)施例的圖2中A局部放大圖； 9為本發(fā)明實(shí)施例的圖2中B局部放大圖； 10為本發(fā)明實(shí)施例的光電倍增管上套結(jié)構(gòu)圖； 11為本發(fā)明實(shí)施例的主機(jī)軟件工作流程圖； 12為本發(fā)明實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集模塊工作流程圖；附圖13為本發(fā)明實(shí)施例的年代計(jì)算模塊工作流程圖； 附圖14為本發(fā)明實(shí)施例的礦物樣片支架結(jié)構(gòu)圖； 附圖15為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)境溫度與本底的關(guān)系曲線。
圖中l(wèi).暗室，2.測(cè)試光電倍增管，3.本底補(bǔ)償光電倍增管，4.控制線一， 5.控制線二，6.主機(jī)，7.暗室上蓋，8.探測(cè)濾光片一，9.光電倍增管上套，10.探測(cè)濾光片二，11.樣片支架把手，12.暗室外殼，13.本底礦物樣片，14.藍(lán)色光源模塊，15.激發(fā)濾光片，16.測(cè)試礦物樣片，17.樣片支架，18.紅外光源模塊，19.暗室底座，20.測(cè)試暗室，21.本底暗室，22. ARM機(jī)，23.液晶屏，24.高壓控制模塊，25.高壓模塊，26.脈沖整形模塊，27.計(jì)數(shù)模塊，28.藍(lán)光控制模塊，29.紅外控制模塊，30.密封墊圈一，31.密封墊圈
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例是一種具有本底補(bǔ)償系統(tǒng)的礦物年代測(cè)定儀，涉及對(duì)礦物在漫長的埋藏期間所接收到的輻射劑量進(jìn)行測(cè)定，從而確定其年代。本實(shí)施例包括兩個(gè)主要部分暗室1、測(cè)試光電倍增管2和本底補(bǔ)償光電倍增管3組成的探測(cè)機(jī)和主機(jī)6 ； 探測(cè)機(jī)中光電倍增管2和3與主機(jī)6之間通過控制線一 4連接，主機(jī)6對(duì)光電倍增管2和 3的控制信號(hào)和光電倍增管2和3轉(zhuǎn)化出的電脈沖由控制線一 4進(jìn)行傳送；暗室1和主機(jī)6 之間通過控制線二 5連接，主機(jī)6對(duì)激發(fā)光源模塊14和18的開關(guān)控制信號(hào)則通過控制線二 5傳輸。如圖2、3所示，本實(shí)施例所訴暗室1包括形狀完全相同的測(cè)試暗室20和本底暗室21，各暗室包括暗室外殼12，暗室上蓋7，暗室底座9，測(cè)試光電倍增管2和本底補(bǔ)償光電倍增管3都固定于各自的暗室上蓋7上，并通過光電倍增管上套9連接在一起，測(cè)試光電倍增管2的前端穿過暗室上蓋7正對(duì)測(cè)試暗室20內(nèi)測(cè)試礦物樣片16的中央，本底補(bǔ)償光電倍增管3的前端穿過暗室上蓋7正對(duì)本底暗室20內(nèi)本底礦物樣片13的中央，測(cè)試光電倍增管2前固定有探測(cè)濾光片一 8，本底補(bǔ)償光電倍增管3前固定有探測(cè)濾光片二 10，在暗室底座19上設(shè)置有受主機(jī)6控制的激發(fā)光源模塊包括藍(lán)色光源模塊14和紅外光源模塊18，藍(lán)色光源模塊14和紅外光源模塊18的發(fā)光角度一致，其光斑中心位于測(cè)試礦物樣片 16中心，在暗室底座19設(shè)置有可拆卸的礦物樣片支架17，上面放有測(cè)試礦物樣片16和本底礦物樣片13，他們的中心分別與測(cè)試光電倍增管2和本底補(bǔ)償光電倍增管3的中心對(duì)正。藍(lán)光光源模塊14和紅外光源模塊18均為2組，每組由10個(gè)發(fā)光二極管組成，正常工作時(shí)，到達(dá)測(cè)試礦物樣片16的強(qiáng)度為89mW/cm2(略低于此強(qiáng)度或高于此強(qiáng)度均可)。所述各暗室中所加樣片相對(duì)于光電倍增管位置相同。而且測(cè)試光電倍增管2和本底補(bǔ)償光電倍增管3型號(hào)相同，兩個(gè)光電倍增管前面所加探測(cè)濾光片8和10型號(hào)規(guī)格相同，兩個(gè)光電倍增管由導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好的光電倍增管上套9連接，因此可以保證兩個(gè)光電倍增管2和3所處外部環(huán)境完全相同(即溫度和電場(chǎng)相同)，增強(qiáng)本底動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性(如圖3)。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例所述主機(jī)6包括ARM機(jī)22，液晶屏23，高壓控制模塊 24,高壓模塊25，脈沖整形模塊沈，計(jì)數(shù)模塊27，光源控制模塊包括藍(lán)光控制模塊28和紅外
7控制模塊四，他們之間通過控制線和信號(hào)線進(jìn)行連接。主機(jī)6的工作原理為首先通過液晶屏23發(fā)出高壓控制信號(hào)，通過高壓控制模塊M對(duì)高壓模塊25的電源進(jìn)行控制，進(jìn)而控制其高壓的輸出。光電倍增管2和3加上高壓后，等待半小時(shí)，至其穩(wěn)定。然后再通過液晶屏23對(duì)藍(lán)光控制模塊觀或紅外控制模塊四發(fā)出控制信號(hào)，打開藍(lán)光光源14或紅外光源 18，進(jìn)行釋光激發(fā)，光電倍增管2和3探測(cè)到光子，轉(zhuǎn)化成電脈沖，電脈沖輸入到脈沖整形模塊26，進(jìn)行放大整形，再送入計(jì)數(shù)模塊27進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)。ARM機(jī)22同樣通過控制信號(hào)控制脈沖計(jì)數(shù)模塊27的開啟和關(guān)閉。下面分別介紹各個(gè)模塊。1. ARM機(jī)ARM機(jī)的型號(hào)為ARM9(可用類似的ARM機(jī)型號(hào)代替)。其組成部分包括中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)采集單元，采用基于Windows CE的操作系統(tǒng)。本實(shí)施例的中央處理器為SAMSUNG公司的高集成度微處理芯片，型號(hào)為S3C2410AL-20，工作頻率203MHz。 其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元為兩片SDRAM內(nèi)存，型號(hào)為HY57V561620BT-H廣片NandFlash存儲(chǔ)芯片， 型號(hào)為U-K9F1208UDM-YC80 ；—片Nor Flash存儲(chǔ)器芯片，型號(hào)為^VL800 ；—張容量為IG 的SD卡；外接2個(gè)USB接口。其數(shù)據(jù)采集單元采用一片可編程芯片，型號(hào)為EPM7U8，其工作頻率為100MHz，用來實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和控制脈沖整形模塊沈、高壓模塊25和光源模塊 14和18的開關(guān)。在本發(fā)明中如果采用其他類型的ARM機(jī)則其配置做相應(yīng)調(diào)整，可采用更高配置的。2.高壓控制模塊M，將ARM機(jī)22發(fā)過來的小電流控制信號(hào)，采用三極管進(jìn)行信號(hào)放大，并通過不同電壓下三極管的通斷功能來控制高壓模塊25的電源通斷，從而同時(shí)控制2個(gè)光電倍增管2和3的工作狀態(tài)。3.光源控制模塊觀和四，將ARM機(jī)22發(fā)過來的小電流控制信號(hào)，采用三極管進(jìn)行信號(hào)放大，并通過不同電壓下三極管的通斷功能來控制光源模塊14和18的電源通斷，從而同時(shí)控制光電倍增管O和幻的工作狀態(tài)。4.高壓模塊25，其供電電壓為12V (通過高壓控制模塊M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(diào)電阻自行調(diào)整。5.脈沖整形模塊沈，光電倍增管2和3將接收到的釋光光子經(jīng)過多級(jí)倍增轉(zhuǎn)化為電脈沖，再將電脈沖通過脈沖傳輸線傳回主機(jī)6，脈沖整形模塊沈首先采用兩級(jí)三極管放大電路將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，然后采用比較器MAX913對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行整形，將雜波信號(hào)去除，然后將形成的方波信號(hào)輸入ARM機(jī)22的數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行進(jìn)一步處理。6.液晶屏23，采用觸摸屏完成光釋光初始參數(shù)設(shè)置，光電倍增管2和3和光源模塊14和18的開關(guān)控制，釋光曲線和測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。如圖5所示，光釋光礦物年代測(cè)定中，采用附加劑量法求礦物樣品的等效劑量，需要測(cè)定天然釋光曲線、添加不同輻照劑量的光釋光曲線以及同期的本底曲線。圖中，由上而下的釋光曲線分別為天然釋光+4倍輻射劑量(Ν+4β )釋光曲線，Ν+3β釋光曲線，Ν+2β 釋光曲線，Ν+1β釋光曲線，N釋光曲線，和本底曲線。由圖5可見，隨著輻射劑量的增大，釋光曲線積分面積值有規(guī)律的增大。如圖6所示，采用附加劑量法求礦物樣品的等效劑量時(shí)，測(cè)定的天然釋光+4倍輻射劑量(Ν+4β )釋光曲線和其同期的本底曲線。如圖7所示，附加劑量法是通過建立釋光生長曲線，即Ν+β釋光增長曲線，利用其外延部分確定等效劑量De值。如圖5和圖6所示的光釋光曲線積分計(jì)算完畢后可以得到下表。
輻照劑量光釋光曲線積分值同期本底曲線積分值天然樣品X1Y1Yld天然+1 β輻照樣品X2Y2Y2d天然+213輻照樣品X3Y3Y3d......天然+η β輻照樣品XnYnYnd
實(shí)際的光釋光曲線積分值由下式求得 Yir=Yi-Yid
Yir 實(shí)際的光釋光曲線積分值；Yi 測(cè)試得到的光釋光曲線積分值；Yid 同期的本底曲線積分值。 然后以輻照劑量作為X軸，實(shí)際光釋光曲線積分值作為Y軸，在圖中做出相應(yīng)的點(diǎn)，得出直線方程y=ax+b。其中a，b參數(shù)計(jì)算公式為
n ^y0- l^}(Σ￥ι) (Σ ^iXyi)-(X (Σ
Pi=- . h=^然后做出如圖7所示的直線。當(dāng)y=0時(shí)，求得x=_b/a，取|x|值為等效劑量值De。 有了等效劑量值De，再通過公式計(jì)算出Dy，即可求出礦物樣品的年代值t。如圖8所示，在測(cè)試光電倍增管2和探測(cè)濾光片一 8之間加上了圓形的密封膠質(zhì)墊圈30，中心直徑為33mm，厚度為1mm。如圖9所示，在暗室上蓋7和暗室底座19之間加上了圓形的密封膠質(zhì)墊圈31， 中心直徑為66mm,厚度為2mm。如圖10所示，通過光電倍增管上套9連接測(cè)試光電倍增管2和本底補(bǔ)償光電倍增管3，該上蓋由導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好的材料制成，能夠保證兩個(gè)光電倍增管2和3外部環(huán)境相同(包括溫度和電場(chǎng)等)，進(jìn)而保證本底動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。如圖11所示，礦物年代測(cè)定儀的具體工作流程如下首先，將測(cè)試礦物樣品16和本底礦物樣品13放置于樣品支架17中，然后推動(dòng)樣片支架把手11將樣片支架17連同2 個(gè)樣片16和13 —起推入暗室1中，使測(cè)試礦物樣品(16和本底礦物樣品13分別位于測(cè)試光電倍增管2和本地補(bǔ)償光電倍增管3的正下方。通過觸摸屏23進(jìn)行光釋光年代測(cè)定的參數(shù)設(shè)置，然后發(fā)出控制信號(hào)，首先打開光子計(jì)數(shù)功能，此時(shí)光子計(jì)數(shù)值應(yīng)為0，然后同時(shí)打開光電倍增管2和3的高壓，等待半小時(shí)后光電倍增管2和3穩(wěn)定工作后，然后打開激發(fā)光源14和18對(duì)測(cè)試礦物樣品16進(jìn)行激發(fā)，輻射出來的光子通過探測(cè)濾光片一 8后被測(cè)試光電倍增管2接收，與此同時(shí)激發(fā)光則會(huì)被激發(fā)濾光片一 8擋住。而本底補(bǔ)償光電倍增管 3與此同時(shí)進(jìn)行礦物樣品釋光測(cè)試過程中的本底測(cè)試。光電倍增管2和3接收到的釋光脈沖通過其內(nèi)部的多級(jí)倍增系統(tǒng)均被轉(zhuǎn)化為電脈沖信號(hào)，傳回給主機(jī)6。主機(jī)6內(nèi)的控制系統(tǒng)各模塊協(xié)同工作，將這些原始礦物樣品的年代測(cè)定數(shù)據(jù)及同時(shí)測(cè)定的本底數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、 曲線顯示和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理，得到礦物樣品的年代數(shù)據(jù)，完成礦物年代的測(cè)定，也可通過 U盤將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出，在其他的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。主機(jī)的控制應(yīng)用軟件主要用于對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)量和對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而獲得樣品的年代。程序由參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集、年代計(jì)算、數(shù)據(jù)瀏覽和數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能模塊構(gòu)成。1.參數(shù)設(shè)定模塊，其用來測(cè)試和保存軟件運(yùn)行參數(shù)，通過此模塊可以設(shè)置儀器采集時(shí)間，輻照光源類型，α、β、Y單位輻照劑量和計(jì)數(shù)修正值，供其它程序模塊運(yùn)行期間調(diào)用。2.數(shù)據(jù)采集模塊用于原始釋光數(shù)據(jù)和本底數(shù)據(jù)的分類采集與存儲(chǔ)。3.年代計(jì)算模塊用于通過等效劑量計(jì)算公式，求出礦物樣片的等效劑量和年劑量，并求出礦物樣品的年代。4.數(shù)據(jù)瀏覽模塊用來瀏覽采集數(shù)據(jù)，具有對(duì)比顯示采集數(shù)據(jù)曲線、導(dǎo)出曲線圖和曲線平滑顯示功能。5.數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊提供導(dǎo)出文件到U盤和刪除文件功能。如圖12所示，數(shù)據(jù)采集模塊的工作流程為首先選擇采集參數(shù)(如采集時(shí)間，輻照光源類型，α、β、Y單位輻照劑量等)，然后判斷是否是第一個(gè)樣片，如果不是第一個(gè)樣片， 就表示仍舊是同一種樣片的測(cè)試數(shù)據(jù)，那么給出提示“是否清除舊數(shù)據(jù)？”，根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)回答后，則進(jìn)入數(shù)據(jù)采集，而如果是第一個(gè)樣片，那么直接進(jìn)入數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集完成后，保存采集結(jié)果，詢問“是否采集下一個(gè)樣片？ ”，如果選擇繼續(xù)采集的話，根據(jù)需要修改采集參數(shù)，再次進(jìn)行采集，否則程序結(jié)束。如圖13所示，年代計(jì)算模塊的工作流程為首先選擇光釋光年代測(cè)定的測(cè)試參數(shù)，然后判斷是否是第一個(gè)樣片，如果不是第一個(gè)樣片，則返回至選擇測(cè)試參數(shù)，接著進(jìn)行同一種樣片的不同輻射劑量的釋光值采集，直至是第一個(gè)樣片(即上一種礦物樣片已經(jīng)測(cè)試完畢)，才開始計(jì)算礦物樣品的天然光釋光曲線、添加不同輻射劑量的光釋光曲線和同期的本底曲線的面積積分，然后根據(jù)選定的等效劑量計(jì)算方法計(jì)算出礦物樣品的等效年劑量，再計(jì)算礦物樣品所處環(huán)境的年輻射劑量值，然后就可以計(jì)算出礦物樣品的年代，最后程序結(jié)束。如圖14所示，本發(fā)明的礦物樣片支架采用可替換的雙礦物樣片結(jié)構(gòu)17，可同時(shí)放置測(cè)試礦物樣片16和本底礦物樣片13。如圖15所示，本底光子數(shù)隨著環(huán)境溫度的升高而逐步升高，該曲線的模擬函數(shù)為 LnY=O. 1Τ-0. 1。圖中，在20°C時(shí)測(cè)得的本底光子數(shù)為79，溫度升高到25°C，本底光子數(shù)為沈8，溫度升高到30°C，本底光子數(shù)為789。由圖15可見，光釋光年代測(cè)定過程中，環(huán)境溫度的變化， 對(duì)于光釋光本底的影響很大，進(jìn)而更大的影響沒有進(jìn)行實(shí)時(shí)本底補(bǔ)償?shù)墓忉尮饽甏鷾y(cè)定結(jié)果精確度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
1.采用補(bǔ)償光電倍增管對(duì)本底進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，提高了年代測(cè)定的精確度。2.兩個(gè)光電倍增管型號(hào)相同，所加探測(cè)濾光片型號(hào)規(guī)格相同，并采用導(dǎo)熱導(dǎo)電性能良好的光電倍增管上套進(jìn)行連接，測(cè)試暗室和本底暗室結(jié)構(gòu)相同，保證了兩個(gè)光電倍增管外部環(huán)境相同，提高了本底動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。3.采用雙外殼結(jié)構(gòu)及多處設(shè)置密封圈，提高了暗室的密封性。4.樣片支架采用可替換的雙礦物樣片支架，提高了光釋光年代測(cè)試的效率，同時(shí)減小了儀器體積，減輕了儀器重量。5.同時(shí)裝有激發(fā)濾光片和探測(cè)濾光片，有效區(qū)分激發(fā)光和樣品釋光，提高釋光探測(cè)精度。6.主機(jī)控制系統(tǒng)采用ARM機(jī)，操作系統(tǒng)為WINCE，減輕了儀器重量。7. ARM主控機(jī)上具有USB 口，方便數(shù)據(jù)的輸出。8.液晶屏的采用使得儀器操作簡(jiǎn)單，并能實(shí)時(shí)顯示釋光曲線及測(cè)試數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于所述礦物年代測(cè)定儀包括通過控制線連接的探測(cè)機(jī)和主機(jī)；所述探測(cè)機(jī)包括并排連接成一體的測(cè)試暗室(20)和本底暗室(21)統(tǒng)稱為暗室(1)，以及分別安裝在測(cè)試暗室(20)和本底暗室(21)上的測(cè)試光電倍增管(2)和本底補(bǔ)償光電倍增管(3)，所述暗室(1)包括暗室外殼(12)，暗室上蓋(7)，暗室底座(19)；測(cè)試光電倍增管 (2)和本底補(bǔ)償光電倍增管(3)都分別固定于各自的暗室上蓋上，測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管通過導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性良好的光電倍增管上套(9)連接在一起，測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管的前端分別穿過各自暗室的上蓋，測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管前分別固定有一探測(cè)濾光片1、2 (8,10)；暗室底座(19)呈斗狀，在測(cè)試暗室和本底暗室底座的中央部位分別安裝有可拆卸的礦物樣片支架(17)，礦物樣片支架(17)上分別放置有測(cè)試礦物樣片(16)和本底礦物樣片(13)，各樣片的中心分別與測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管的中心對(duì)正；在測(cè)試暗室底座的斜向坡面上固定設(shè)置有與主機(jī)連接的受主機(jī)控制的左右兩組激發(fā)光源(14、18)，各組激發(fā)光源(14和18)的發(fā)光角度一致，其光斑中心位于測(cè)試礦物樣片(16)中心，激發(fā)光源(14、18)前固定有激發(fā)濾光片(15)；所述測(cè)試暗室和本底暗室形狀結(jié)構(gòu)完全相同，所加樣片相對(duì)于測(cè)試光電倍增管和本底光電倍增管位置相同，而且測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管型號(hào)相同，兩個(gè)光電倍增管前面所設(shè)置的探測(cè)濾光片型號(hào)規(guī)格相同；所述主機(jī)包括通過控制線和信號(hào)線連接的ARM機(jī)(22)，液晶屏(23)，高壓控制模塊 (M)，高壓模塊(25)，脈沖整形模塊(26)，計(jì)數(shù)模塊(27)，光源控制模塊包括藍(lán)光控制模塊 (28)和紅外控制模塊(29) ；ARM機(jī)(22)輸出高壓控制信號(hào)連接到高壓控制模塊(24)，高壓控制模塊(24)通過控制線連接到高壓模塊(25)，高壓模塊(25)的輸出連接到探測(cè)機(jī)中的測(cè)試光電倍增管(2)和本底補(bǔ)償光電倍增管(3)，所述兩個(gè)光電倍增管(2、3)探測(cè)到光子后輸出脈沖信號(hào)到主機(jī)中脈沖整形模塊(26)，脈沖整形模塊(26)輸出信號(hào)到計(jì)數(shù)模塊(27)， ARM機(jī)(22)通過控制線與計(jì)數(shù)模塊(27)連接；ARM機(jī)(22)輸出光源控制信號(hào)到光源控制模塊(28、四)，光源控制模塊(28、四)分別通過控制線連接到探測(cè)機(jī)中的激發(fā)光源(14、18); 液晶屏(23)能夠完成對(duì)激發(fā)光源和光電倍增管的開關(guān)控制、光電倍增管傳回的脈沖信號(hào)接收、計(jì)數(shù)、釋光曲線和測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、釋光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其與ARM機(jī)(22)直接連接；所述暗室為雙層外殼結(jié)構(gòu)，即在暗室底座外包設(shè)有外殼；所述探測(cè)機(jī)各接口處配設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于所述在探測(cè)機(jī)各接口處配設(shè)有密封結(jié)構(gòu)包括，在暗室底座和暗室上蓋之間設(shè)有膠圈密封結(jié)構(gòu)暗室上蓋和暗室底座之間設(shè)置了圓形的密封膠質(zhì)墊圈；在光電倍增管和探測(cè)濾光片之間設(shè)有膠墊密封結(jié)構(gòu)在光電倍增管和探測(cè)濾光片之間加設(shè)置了圓形的密封膠質(zhì)墊圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于而且測(cè)試暗室與本底暗室結(jié)構(gòu)完全相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于所述受主機(jī)控制的每組激發(fā)光源模塊由10個(gè)發(fā)光二極管組構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于礦物樣品支架采用可替換式的雙礦物樣品支架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于所述ARM 機(jī)采用ARM9型號(hào)其組成部分包括中央處理器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和數(shù)據(jù)采集單元；其采用中央處理器為S3C2410AL-20工作頻率203MHz、數(shù)據(jù)采集單元為EPM7U8工作頻率IOOMHz的以上配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，其特征在于在主機(jī)上配置有通用串行總線口，即USB 口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有本底補(bǔ)償功能的礦物年代測(cè)定儀，具體應(yīng)用于地質(zhì)礦物樣品的年代測(cè)定。所述礦物年代測(cè)定儀包括通過控制線連接的探測(cè)機(jī)和主機(jī)；所述探測(cè)機(jī)包括并排連接成一體的測(cè)試暗室和本底暗室統(tǒng)稱為暗室，以及分別安裝在測(cè)試暗室和本底暗室上的測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管，所述測(cè)試暗室和本底暗室形狀結(jié)構(gòu)完全相同，所加樣片相對(duì)于測(cè)試光電倍增管和本底光電倍增管位置相同，而且測(cè)試光電倍增管和本底補(bǔ)償光電倍增管型號(hào)相同，兩個(gè)光電倍增管前面所設(shè)置的探測(cè)濾光片型號(hào)規(guī)格相同；所述暗室為雙層外殼結(jié)構(gòu)，即在暗室底座外包設(shè)有外殼；所述探測(cè)機(jī)各接口處配設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有體積小，重量輕，密封性好、靈敏度高、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102175663SQ201110065899
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者亢俊健, 劉強(qiáng), 梁萍, 王廣祥 申請(qǐng)人:石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院