专利名称：：一种便携式金属元素分析仪的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种金属元素分析装置，具体说涉及一种X射线分析检测仪表。
背景技术：
：目前有色金属行业的野外探矿、采矿，一般都是勘探人员在野外进行实地采样，然后带回实验室进行破碎、研磨、筛分，然后进行化学分析。通过矿样的元素含量数据以及取样地点的分布，确定矿脉，或者决定是否值得开采。但是在采样时，无法确切知道该处矿石的元素含量，只能通过经验判断，结果造成了很多有用元素含量低的矿石被采集处理，造成浪费，还耽误了时间。而目前已有的手持式X射线荧光分析仪，主要针对几种特定元素(多为Cd、Cr、Pb、Hg、Br)的含量进行分析，不能对矿石中含有哪些未知元素进行分析。而且所采用的激发源是X射线管，在工作时需要几万伏的工作电压，给手持操作者带来一定的危险性，并且增加了电源消耗量，减少了无外接电源条件下的使用时间。此外所采用的探测器也多为正比计数管，能量分辨率不高，测量分析精度低。
发明内容针对以上问题，本发明提供一种携带方便的，能够直接分析出矿石中金属元素，具有较高能量分辨率的矿石金属元素分析检测装置。本发明所采用的技术方案是一种便携式金属元素分析仪在制有提手的提手壳体(9)上装有USB接口(8)、测量按钮(7)，在壳体内下部装有屏蔽准直器(3),在屏蔽准直器(3)中装有射线遮挡体(4〉，屏蔽准直器(3)内壁制有扇形孔(31)，在射线遮挡体(4)的内端开有一扇形孔(41)，放射源(1)安装在射线遮挡体(4)上方，在屏蔽准直器(3)另一侧装有探测器(2)，在放射源(1)一倒装有电池(6),在探测器(2)—侧装有电路板(5)，电池(6)输出端联接电路板(5)的电源输入端，电路板(5)的电源输出端联接探测器(2)，探测器(2)的信号输出端联接电路板(5)的信号输入端，电路板(5)的信号输出端通过USB输出接口(8)联接计算机(10)。本发明的一种便携式金属元素分析仪是根据不同元素的特征X射线的能量与该元素的原子序数平方呈一定的线性关系，通过检测矿石中各元素被激发出的特征X射线的能量，分辨出含有哪些元素种类；通过该元素特征X射线的强度，分析出该元素的含量。将放射源与探测器按照一定的相对位置固定在辐射准直屏蔽装置内，保证二者的夹角小于60度。辐射准直屏蔽体由重金属铅构成，能够对射线进行很好的遮挡作用。辐射准直屏蔽体在固定放射源位置前装有一个射线遮挡体，射线遮挡体可以抽动，并在内端开有一扇形孔，当射线遮挡体被向外抽动后，扇形孔正对放射源，射线可成扇面辐射，同时抽出的射线遮挡体触发仪表的总电源开关，探测器电源开始启动，并开始对探测器进行制冷。当射线遮挡体向内抽动至起始位置后，扇型孔移开放射源，射线无法辐射出仪表，总电源关闭。辐射准直屏蔽装置在探测器前面开有一扇形孔。分别在放射源及探测器前面开扇形孔的目的，是为了使探测器下方的被分析物质能够被测量到一定的面积。在扇形孔中，覆盖一层轻金属隔离层，将铅遮挡住，可以避免辐射准直屏蔽装置中的铅受射线激发而发出特征X射线影响仪表测量。在仪表的底端，装有一个中空的塑料制支撑板，保证在测量的时候，被分析物质相对放射源以及探测器的位置是一定的。测量时，将射线遮挡体向外抽动，触发仪表总电源，再将仪表平稳的放置于被测量物体上，或者手持将仪表紧贴被测量物的外表面。此时放射源发出的射线辐射到被测量物上，激发出物体中各种元素的特征X荧光，并被探测器所接收。待状态稳定后，按下仪表提手前方的测量按钮，仪表开始测量。测量开始，探测器信号处理电路开始工作，将探测器输出的信号进行处理，形成幅度与探测器接收到的射线能量成正比关系的脉冲信号，并对脉冲幅度分辨识别，相同幅度脉冲的总数量被累加在一起，最终形成一个横轴为脉冲幅度(对应能量)、纵轴为脉冲个数的图谱。由仪表内部的计时电路开始计时，测量时间达到预设的时间长度后，测量结束。仪表将最终获得到的图谱存储在电路中的存储单元。即时或一段时间后通过USB接口传输给笔记本电脑，再由笔记本电脑中预装的执行程序来对图谱进行分析处理。通过对图谱中各个峰位的道址确定，推算出对应特征X荧光射线的能量，根据特征X荧光的能量与不同元素的对应关系，确定被测量物中含有哪些元素。通过峰面积依据如下经验公式来确定该元素的含量/f:其中&为该元素的第f个特征X射线峰面积；So为放射源射线散射峰面积。A、5、C为待定系数。这些系数的确定，可以通过对对应不同元素含量配比的模拟样片的测量来进行标定。具体标定方法为通过对不同模拟样片的测量，记录下相应某元素的含量以及该元素的第i'个特征X射线峰面积&及放射源射线散射峰面积Sq，通过常规的非线性拟合方法，获得公式中的待定系数A'、5、C即可。对图谱中峰位道址与能量的对应关系，可以通过如下定标方式来判断通过对A、B两种已知不同元素的测量，可以分别得到相应特征峰位道址Wa和Wb，它们分别对应着A、B元素的特征X射线能量五a、￡B。则道址JV与能量￡的对应关系可以根据如下公式确定本发明的特点在于结构简单，易于操作，便于携带，使用电池供电，可以对测量到的图谱进行保存，待返回后输入电脑处理，或随时传输到笔记本电脑中分析处理，特别适合于野外使用。本发明主要适用于有色金属野外探矿，也可以使用于料堆、矿仓中对矿石、矿粉的成分及元素含量分析。图1是本发明的结构示意图图2是图1中的A—A视图的射线遮挡体抽动效果示意图图中l放射源，2探測器，3屏蔽准直器，4射线遮挡体，5电路板，6电池，7测量按钮，8USB输出接口，9提手壳体，IO计算机，31屏蔽准直器扇形孔，41射线遮挡体扇形孔，42隔离层。具体实施例方式结合附图具体说明本发明的结构和使用方法。结构见图l。在制有提手壳体9上装有测量按钮7,在提手壳体9后方装有USB输出接口8，USB输出接口8联接计算机10,在壳体内下部，装有屏蔽准直器3，在屏蔽准直器3中开有扇形孔31，屏蔽准直器3由重金属制成屏蔽体，在屏蔽准直器扇形孔31内壁上覆有2mm厚铝质隔离层，开扇形孔的目的是使放射源1发出的射线能够辐照到被测量物一定的面积，内侧放一铝层的目的是为了减少屏蔽准直器3中的铅被激发出的特征X射线对测量带来影响。在屏蔽准直器3中固定放射源1和探测器2，屏蔽准直器3对放射源1发出的射线进行屏蔽防护，使射线只能在一定的空间范围内传播，对探测器2进行防护，使放射源l发出的射线不能直接照射到探测器2上，只有被測量物受激发后发出的各种特征X射线才能被探测器2接收到。激发源采用同位素放射源，无需供电，适合野外作业；探测器采用高性能、电制冷的Si-PIN检测器，通过电制冷能够在常温状态下具有较高的能量分辨率。在屏蔽准直器3中装有射线遮挡体4，安装位置在放射源1的下方。在射线遮挡体4的内端开有射线遮挡体扇形孔41,射线遮挡体4由重金属制成屏蔽体，在扇形孔内壁上覆有轻金属的隔离层42,射线遮挡体4由铅制成，扇形孔内壁的隔离层42为2mm厚的铝壳，其作用与屏蔽准直器3中扇形孔的作用相同。射线遮挡体4可以在屏蔽准直器3中抽动，见图2。当射线遮挡体4向外抽动后，触发电源总开关，探测器2的电源以及制冷温度检测装置开始工作；同时扇形孔的孔径细小端正对放射源1，使得放射源1发出的射线可以依照扇形孔的扇面向外辐射。当射线遮挡体3向内插入后，电源开关关闭，仪表停止工作；扇形孔移开放射源l，放射源l被完全屏蔽，无辐射外漏。电路板5与电池6依照图示位置安装在提手壳体9中，电池6输出端联接电路板5的电源输入端，电路板5的电源输出端联接探测器2，探测器2的信号输出端联接电路板5的信号输入端，电路板5的信号输出端通过USB输出接口8联接计算机10。电路板上装有常规的电源电路、温度检测电路、计时器、脉冲整形放大电路、脉冲幅度甄别电路、计数器、存储模块。为探测器提供工作电源、检测探测器内温度、测量时间计时、对探测器输出的信号进行放大整形、识别脉冲的幅度并累计到相应的地址、保存数据。通过USB输出接口8即时与笔记本电脑联接，或者一段时间之后与普通台式计算机联接，通过电脑中的应用软件将保存的图谱调出，并进行分析处理。当进行检测使用时，将射线遮挡体4向外抽出，总开关打开，探测器电源与制冷及温度检测部分开始工作；仪表固定放稳或者手持，将仪表的下表面与被測量物紧贴；待状态稳定后，按下测量按钮7，测量开始，信号处理电路开始工作;由仪表内部的计时电路开始计时，测量时间达到预设的时间长度后，测量结束，电路中的存储单元将最终得到的图谱进行存储。通过对图谱中各个峰位的道址确定，推算出对应特征X荧光射线的能量，根据特征X射线的能量来确定对应的是何种元素。对图谱中峰位道址与能量的对应关系，可以通过如下定标方式来判断通过对A、B两种已知不同元素的测量，可以分别得到相应特征峰位道址ATa和Wb,它们分别对应着A、B元素的特征X射线能量五a、￡B。则道址W与能量￡的对应关系可以根据如下公式确定通过相应峰面积依据如下经验公式来确定该元素的含量if:其中&为该元素的第Z'个特征X射线峰面积；So为放射源射线散射峰面积。A、B、c为待定系数。而适当选择合适的^发射线能量，可以更有针对性的对不同种矿石的主要成分进行分析，提高检测精度。应用实例钼矿石一般都伴生有铁、铜、铅、钨等金属元素，有些甚至含量比钼还要高。因此在钼矿的野外勘探时，不仅仅要关注矿石中钼含量的高低，还要知道矿石中另外还含有哪些可利用的金属元素，以及它们的含量，以便正确对矿石的性质进行定性，确定矿脉，以发挥出矿石的最大经济效益。这些金属元素的特征X射线的能量如下(单位KeV)-<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>因此选择0.25mm不锈钢窗、1.85X109Bq的241Am放射源，具有对以上元素特征X射线较高的激发效率。而且半衰期长达458年，因此放射源自身衰变所带来的对测量结果的影响可以忽略。而钼的含量可以根据公式/f银=义l*5^相+爿2'Skp钼+5*S0+C求得。其中SK^为钼的Ka系特征X射线峰面积，SK^为钼的Ke系特征X射线峰面积，Sb为^Am的散射峰面积。jl、J2、5、C为公式系数，可以通过对于等效不同铜品位的模拟样片的测量结果，经过非线性回归拟合求得。通过对一组钼矿石进行实验测量，可以得到相应的参数41=0.01981642=0.0269245=0.067624C=—1.22169类fl的，铅的含量可以根据公式/f铅=41Slu裕Slp裕+>43Sly裕+丑So+C求得。公式中&^为铅的La系特征X射线峰面积，Su^为铅的LP系特征X射线峰面积，5ba为铅的LY系特征X射线峰面积，Sb为^Am的散射峰面积。Jl、v42、爿3、5、C为待定系数。权利要求1一种便携式金属元素分析仪，其特征在于在制有提手的提手壳体(9)上装有USB接口(8)、测量按钮(7)，在壳体内下部装有屏蔽准直器(3)，在屏蔽准直器(3)中装有射线遮挡体(4)，屏蔽准直器(3)内壁制有扇形孔(31)，在射线遮挡体(4)的内端开有一扇形孔，放射源(1)安装在射线遮挡体(4)上方，在屏蔽准直器(3)另一侧装有探测器(2)，在放射源(1)一侧装有电池(6)，在探测器(2)一侧装有电路板(5)，电池(6)输出端联接电路板(5)的电源输入端，电路板(5)的电源输出端联接探测器(2)，探测器(2)的信号输出端联接电路板(5)的信号输入端，电路板(5)的信号输出端由USB输出接口(8)联接计算机(10)。全文摘要本发明一种便携式金属元素分析仪，对矿石中各种金属元素的组成成分以及相应含量根据莫塞莱定律，通过计算机对矿石中各金属元素被激发出的特征X射线谱进行分析，获得矿石中含有的金属元素，以及各种金属元素的含量。放射源与探测器通过屏蔽准直器，经过多道脉冲信号处理，将最后的特征X射线谱保存，即时或一段时间后通过USB接口传输到笔记本电脑中，通过解谱软件对谱形进行分析，最终获得矿石含有金属元素的种类以及含量。本仪表可以在野外直接对矿石进行测量，携带、使用方便，准确度高。文档编号G01N23/22GK101349662SQ20081001322公开日2009年1月21日申请日期2008年9月17日优先权日2008年9月17日发明者于海明,侯朝勤,辉刘,卢元利,周洪军,尚庆敏,尹德有,尹毅强,伟张,李岩峰,蒋宝庆,晶赵,龚亚林申请人:丹东东方测控技术有限公司