专利名称：具有本底补偿功能的矿物年代测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，具体应用于地质矿物样品的年代测定。
背景技术：
固体矿物晶体生长于自然环境中，在生长过程中产生的先天缺陷和后天环境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。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。根据光释光矿物年代测定的原理，矿物样品年代的计算公式为t=N/B=De/Dy其中t为样品的年龄；N为结晶固体中积存的光释光总量；B为各类辐射每年产生的光释光总和；De为等效剂量，即产生相当于样品天然释光信号水平所需的实验室剂量，也称为古剂量；Dy为各类辐射在晶体中每年产生的辐射剂量的总和。采用光释光方法进行矿物年代测定，具体的试验方法分为很多种，但是无论采取哪种方法，都需要对矿物样品的天然释光信号和附加不同剂量的释光信号进行光子探测。光电倍增管具有极高的灵敏度和极低的噪声，因此现有的矿物年代测定仪器多采用其做为释光光子的探测设备，接收激发出的释光光子。但是光电倍增管在完全黑暗的环境中仍会有微小的阳极暗电流输出，这就是光释光年代测定的本底(如图5所示的本底曲线)。实际的释光曲线面积应为测得的释光曲线面积减去本底的曲线面积。通常在光释光测试之前对样片进行一次本底测试，得到本底曲线。但是这种获得本底曲线的方法只适用于实验过程中本底变化极为微小的情况。但实际上，光电倍增管的暗本底在测试过程中很难保持本底变化极为微小。其本底由如下组成方面1.电子热发射。温度对于光电倍增管的暗本底影响极大；2.玻璃发光。 3.场致发射当光电倍增管工作电压接近极限工作电压时，强大的电场使电极发出场致发射电子，从而造成暗脉冲输出。由此可见，实验环境中的温度和电场对于本底有极大影响，如果测试过程中温度和电场有变化，那么本底曲线就会剧烈变化，强烈不同于原测得的本底曲线，进而较大的影响光释光曲线面积以及年代测定的准确度。因此需要对光释光年代测定过程中出现的暗本底波动进行记录，才可能在最终数据处理时对其进行补偿，消除其对于最终年代测定结果精确度的影响。现有的光释光矿物年代测定仪器不仅不具有动态本底补偿功能，而且价格昂贵、 操作复杂、体积庞大，不利于携带。
实用新型内容本实用新型设计了一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，可以在矿物年代测定过程中同时记录本底，从而消除本底对于年代测定的影响，提高释光年代测定的准确度；而且采用Arm机进行整个矿物样品年代测定过程的控制，满足了地质仪器对于体积�。� 重量轻的要求。本实用新型具有体积小，重量轻，密封性好、灵敏度高、动态补偿、操作方便等优点。本实用新型的如下技术方案一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，其特征在于所述矿物年代测定仪包括通过控制线连接的探测机和主机；所述探测机包括并排连接成一体的测试暗室和本底暗室统称为暗室，以及分别安装在测试暗室和本底暗室上的测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管，所述暗室包括暗室外壳，暗室上盖，暗室底座；测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管都分别固定于各自的暗室上盖上，测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管通过导电性和导热性良好的光电倍增管上套连接在一起，测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管的前端分别穿过各自暗室的上盖，测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管前分别固定有一探测滤光片1、2 ；暗室底座呈斗状，在测试暗室和本底暗室底座的中央部位分别安装有可拆卸的矿物样片支架，矿物样片支架上分别放置有测试矿物样片和本底矿物样片，各样片的中心分别与测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管的中心对正；在测试暗室底座的斜向坡面上固定设置有与主机连接的受主机控制的左右两组激发光源，各组激发光源的发光角度一致，其光斑中心位于测试矿物样片中心，激发光源前固定有激发滤光片；所述测试暗室和本底暗室形状结构完全相同，所加样片相对于测试光电倍增管和本底光电倍增管位置相同，而且测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管型号相同，两个光电倍增管前面所设置的探测滤光片型号规格相同；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�？椋哐鼓？椋龀逭文？椋剖？椋庠纯刂颇？榘ɡ豆饪刂颇？楹秃焱饪刂颇？椋籄RM机输出高压控制信号连接到高压控制�？椋哐箍刂颇？橥ü刂葡吡拥礁哐鼓？椋哐鼓？榈氖涑隽拥教讲饣械牟馐怨獾绫对龉芎捅镜撞钩ス獾绫对龉埽隽礁龉獾绫对龉芴讲獾焦庾雍笫涑雎龀逍藕诺街骰新龀逭文？椋龀逭文？槭涑鲂藕诺郊剖？椋� 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�？椋庠纯刂颇？榉直鹜ü刂葡吡拥教讲饣械募し⒐庠矗灰壕聊芄煌瓿啥约し⒐庠春凸獾绫对龉艿目乜刂�、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。所述暗室为双层外壳结构，即在暗室底座外包设有外壳；所述探测机各接口处配设有密封结构。本实用新型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。本实用新型所述受主机控制的每组激发光源�？橛�10个发光二极管组构成。本实用新型矿物样品支架采用可替换式的双矿物样品支架。本实用新型所述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IOOMHz的以上配置。本实用新型中所述与ARM机配套的高压控制�？椋哐鼓？椋龀逭文？椋剖？椋豆饪刂颇？椋焱饪刂颇？榈榷季捎贸９娴牡缏飞杓�。本实用新型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。本实用新型在主机上配置有通用串行总线口(即USB 口)。本实用新型的有益效果为与现有技术相比，本实用新型的优点在于1.采用补偿光电倍增管对本底进行动态补偿，提高了年代测定的精确度。2.两个光电倍增管型号相同，所加探测滤光片型号规格相同，并采用导热导电性能良好的光电倍增管上套进行连接，测试暗室和本底暗室结构相同，保证了两个光电倍增管外部环境相同，提高了本底动态补偿的准确性。3.采用双外壳结构及多处设置密封垫圈，提高了暗室的密封性。4.样片支架采用可替换的双矿物样片支架，提高了光释光年代测试的效率，同时减小了仪器体积，减轻了仪器重量。5.同时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。6.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。 7. ARM主控机上具有USB 口，方便数据的传输。8.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。总之，本实用新型设计了一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，可以在矿物年代测定过程中同时记录本底，从而消除本底对于年代测定的影响，提高释光年代测定的准确度；而且采用Arm机进行整个矿物样品年代测定过程的控制，满足了地质仪器对于体积�。亓壳岬囊�。本实用新型具有体积�。亓壳幔芊庑院�、灵敏度高、动态补偿、操作方便等优点。
附图1为本实用新型实施例的总体结构示意图；附图2为本实用新型实施例的暗室的主视图；附图3为本实用新型实施例的暗室底座的俯视图；附图4为本实用新型实施例的主机工作原理框图；附图5为本实用新型实施例的光释光曲线(附加剂量法)；附图6为本实用新型实施例的Ν+4 β释光曲线和其同期本底曲线(附加剂量法)；附图7为本实用新型实施例的释光生长曲线(附加剂量法)；附图8为本实用新型实施例的图2中A局部放大图；附图9为本实用新型实施例的图2中B局部放大图；附图10为本实用新型实施例的光电倍增管上套结构图；附图11为本实用新型实施例的主机软件工作流程图；[0045]附图12为本实用新型实施例的数据采集�？楣ぷ髁鞒掏迹桓酵�13为本实用新型实施例的年代计算�？楣ぷ髁鞒掏迹桓酵�14为本实用新型实施例的矿物样片支架结构图；附图15为本实用新型实施例的环境温度与本底的关系曲线。图中1.暗室，2.测试光电倍增管，3.本底补偿光电倍增管，4.控制线一， 5.控制线二，6.主机，7.暗室上盖，8.探测滤光片一，9.光电倍增管上套，10.探测滤光片二，11.样片支架把手，12.暗室外壳，13.本底矿物样片，14.蓝色光源�？椋�15.激发滤光片，16.测试矿物样片，17.样片支架，18.红外光源�？椋�19.暗室底座，20.测试暗室，21.本底暗室，22. ARM机，23.液晶屏，24.高压控制�？椋�25.高压�？椋�26.脉冲整形�？椋�27.计数�？椋�28.蓝光控制�？椋�29.红外控制�？椋�30.密封垫圈一，31.密封垫圈
具体实施方式
如图1所示，本实施例是一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，涉及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暗室1、测试光电倍增管2和本底补偿光电倍增管3组成的探测机和主机6 ；探测机中光电倍增管2和3与主机6之间通过控制线一 4连接，主机6对光电倍增管2和3的控制信号和光电倍增管2和3转化出的电脉冲由控制线一 4进行传送；暗室1和主机6之间通过控制线二 5连接，主机6对激发光源�？�14和18的开关控制信号则通过控制线二 5传输。如图2、3所示，本实施例所诉暗室1包括形状完全相同的测试暗室20和本底暗室21，各暗室包括暗室外壳12，暗室上盖7，暗室底座9，测试光电倍增管2和本底补偿光电倍增管3都固定于各自的暗室上盖7上，并通过光电倍增管上套9连接在一起，测试光电倍增管2的前端穿过暗室上盖7正对测试暗室20内测试矿物样片16的中央，本底补偿光电倍增管3的前端穿过暗室上盖7正对本底暗室20内本底矿物样片13的中央，测试光电倍增管2前固定有探测滤光片一 8，本底补偿光电倍增管3前固定有探测滤光片二 10，在暗室底座19上设置有受主机6控制的激发光源�？榘ɡ渡庠茨？�14和红外光源�？�18，蓝色光源�？�14和红外光源模块18的发光角度一致，其光斑中心位于测试矿物样片 16中心，在暗室底座19设置有可拆卸的矿物样片支架17，上面放有测试矿物样片16和本底矿物样片13，他们的中心分别与测试光电倍增管2和本底补偿光电倍增管3的中心对正。蓝光光源模块14和红外光源模块18均为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16的强度为89mW/cm2(略低于此强度或高于此强度均可)。所述各暗室中所加样片相对于光电倍增管位置相同。而且测试光电倍增管2和本底补偿光电倍增管3型号相同，两个光电倍增管前面所加探测滤光片8和10型号规格相同，两个光电倍增管由导电性和导热性良好的光电倍增管上套9连接，因此可以保证两个光电倍增管2和3所处外部环境完全相同(即温度和电场相同)，增强本底动态补偿的准确性伐口图3)。如图4所示，本实施例所述主机6包括ARM机22，液晶屏23，高压控制模块24，高压�？�25，脉冲整形�？樯颍剖？�27，蓝光控制模块观，红外控制模块四，他们之间通过控制线和信号线进行连接。主机6的工作原理为首先通过液晶屏23发出高压控制信号，通过高压控制模块M对高压�？�25的电源进行控制，进而控制其高压的输出。光电倍增管2和3加上高压后，等待半小时，至其稳定。然后再通过液晶屏23对蓝光控制�？楣刍蚝焱饪刂颇？樗姆⒊隹刂菩藕牛蚩豆夤庠�14或红外光源或18，进行释光激发，光电倍增管2和3探测到光子，转化成电脉冲，电脉冲输入到脉冲整形模块沈，进行放大整形，再送入计数�？�27进行脉冲计数。ARM机22同样通过控制信号控制脉冲计数�？�27的开启和关闭。下面分别介绍各个�？�。1. ARM机ARM机的型号为ARM9(可用类似的ARM机型号代替)。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，采用基于Windows CE的操作系统。本实施例的中央处理器为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广片NandFlash存储芯片， 型号为U-K9F1208UDM-YC80 ；—片Nor Flash存储器芯片，型号为^VL800 ；—张容量为IG 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EPM7U8，其工作频率为100MHz，用来实现高速数据采集和控制脉冲整形�？樯�、高压�？�25和光源�？� 14和18的开关。在本实用新型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�？镸，将ARM机22发过来的小电流控制信号，采用三极管进行信号放大，并通过不同电压下三极管的通断功能来控制高压模块25的电源通断，从而同时控制2个光电倍增管2和3的工作状态。3.光源控制模块观和四，将ARM机22发过来的小电流控制信号，采用三极管进行信号放大，并通过不同电压下三极管的通断功能来控制光源模块14和18的电源通断，从而同时控制光电倍增管O和幻的工作状态。4.高压�？�25，其供电电压为12V (通过高压控制�？镸控制)，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�？樯颍獾绫对龉�2和3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6，脉冲整形�？樯蚴紫炔捎昧郊度芊糯蟮缏方龀逍藕沤蟹糯螅缓蟛捎帽冉掀鱉AX913对脉冲信号进行整形，将杂波信号去除，然后将形成的方波信号输入ARM机22的数据采集�？榻薪徊酱�。6.液晶屏23，采用触摸屏完成光释光初始参数设置，光电倍增管2和3和光源�？�14和18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5所示，光释光矿物年代测定中，采用附加剂量法求矿物样品的等效剂量，需要测定天然释光曲线、添加不同辐照剂量的光释光曲线以及同期的本底曲线。图中，由上而下的释光曲线分别为天然释光+4倍辐射剂量(Ν+4β )释光曲线，Ν+3β释光曲线，Ν+2β 释光曲线，Ν+1β释光曲线，N释光曲线，和本底曲线。由图5可见，随着辐射剂量的增大，释光曲线积分面积值有规律的增大。如图6所示，采用附加剂量法求矿物样品的等效剂量时，测定的天然释光+4倍辐射剂量(Ν+4β )释光曲线和其同期的本底曲线。如图7所示，附加剂量法是通过建立释光生长曲线，即Ν+β释光增长曲线，利用其外延部分确定等效剂量De值。如图5和图6所示的光释光曲线积分计算完毕后可以得到下表。
权利要求1.一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，其特征在于所述矿物年代测定仪包括通过控制线连接的探测机和主机；所述探测机包括并排连接成一体的测试暗室(20)和本底暗室(21)统称为暗室(1)，以及分别安装在测试暗室(20)和本底暗室(21)上的测试光电倍增管(2)和本底补偿光电倍增管(3)，所述暗室(1)包括暗室外壳(12)，暗室上盖(7)，暗室底座(19)；测试光电倍增管 (2)和本底补偿光电倍增管(3)都分别固定于各自的暗室上盖上，测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管通过导电性和导热性良好的光电倍增管上套(9)连接在一起，测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管的前端分别穿过各自暗室的上盖，测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管前分别固定有一探测滤光片1、2 (8,10)；暗室底座(19)呈斗状，在测试暗室和本底暗室底座的中央部位分别安装有可拆卸的矿物样片支架(17)，矿物样片支架(17)上分别放置有测试矿物样片(16)和本底矿物样片(13)，各样片的中心分别与测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管的中心对正；在测试暗室底座的斜向坡面上固定设置有与主机连接的受主机控制的左右两组激发光源(14、18)，各组激发光源(14和18)的发光角度一致，其光斑中心位于测试矿物样片(16)中心，激发光源(14、18)前固定有激发滤光片(15)；所述测试暗室和本底暗室形状结构完全相同，所加样片相对于测试光电倍增管和本底光电倍增管位置相同，而且测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管型号相同，两个光电倍增管前面所设置的探测滤光片型号规格相同；所述主机包括通过控制线和信号线连接的ARM机(22)，液晶屏(23)，高压控制�？� (M)，高压�？�(25)，脉冲整形�？�(26)，计数�？�(27)，光源控制模块包括蓝光控制�？� (28)和红外控制�？�(29) ；ARM机(22)输出高压控制信号连接到高压控制�？�(24)，高压控制�？�(24)通过控制线连接到高压�？�(25)，高压�？�(25)的输出连接到探测机中的测试光电倍增管(2)和本底补偿光电倍增管(3)，所述两个光电倍增管(2、3)探测到光子后输出脉冲信号到主机中脉冲整形�？�(26)，脉冲整形模块(26)输出信号到计数�？�(27)， ARM机(22)通过控制线与计数�？�(27)连接；ARM机(22)输出光源控制信号到光源控制�？�(28、四)，光源控制�？�(28、四)分别通过控制线连接到探测机中的激发光源(14、18); 液晶屏(23)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(22)直接连接；所述暗室为双层外壳结构，即在暗室底座外包设有外壳；所述探测机各接口处配设有密封结构。
2.根据权利要求1所述的具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，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所述的具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，其特征在于而且测试暗室与本底暗室结构完全相同。
4.根据权利要求1所述的一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，其特征在于所述受主机控制的每组激发光源�？橛�10个发光二极管组构成。
5.根据权利要求1所述的具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，其特征在于矿物样品支架采用可替换式的双矿物样品支架。
6.根据权利要求1所述的具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，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EPM7U8工作频率IOOMHz的以上配置。
7.根据权利要求1所述的具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，其特征在于在主机上配置有通用串行总线口，即USB 口。
专利摘要本实用新型涉及一种具有本底补偿功能的矿物年代测定仪，具体应用于地质矿物样品的年代测定。所述矿物年代测定仪包括通过控制线连接的探测机和主机；所述探测机包括并排连接成一体的测试暗室和本底暗室统称为暗室，以及分别安装在测试暗室和本底暗室上的测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管，所述测试暗室和本底暗室形状结构完全相同，所加样片相对于测试光电倍增管和本底光电倍增管位置相同，而且测试光电倍增管和本底补偿光电倍增管型号相同，两个光电倍增管前面所设置的探测滤光片型号规格相同；所述暗室为双层外壳结构，即在暗室底座外包设有外壳；所述探测机各接口处配设有密封结构。本实用新型具有体积小，重量轻，密封性好、灵敏度高、动态补偿、操作方便等优点。
文档编号G01N21/64GK202002887SQ20112007257
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者亢俊健, 刘强, 梁萍, 王广祥 申请人:石家庄经济学院
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