专利名称：一种稀土快速鉴别仪的制作方法
技术领域：
本发明属于分析仪器技术领域，特别是提供了一种稀土快速鉴别仪，可对稀土元素进行快速定量检测，无损分析。
背景技术：
稀土元素包含钪、钇及镧系稀土中的镧、铈、镨等共17个元素，其中钷元素在自然界中含量极低。稀土元素广泛应用于电子、石油化工、冶金、军事、能源等领域，有工业“黄金”之称。稀土是中国最丰富的战略资源，我国稀土资源占世界稀土资源的30%以上，承担着世界90%以上的稀土供应。稀土元素化学性质活泼，原子结构类似，多以复杂氧化物、硅酸盐、磷酸盐等形式存在，常规的分析手段难以检测。对稀土元素的现有检测手段主要分为两类，一类是化学检测方法，比如将样品溶解后的滴定等方法，分析周期长且一般只能测几种稀土的总量；另一类是仪器分析方法，一般为大型实验室分析仪器，可测定单个稀土含量，比如电感耦合等离子体光谱仪、原子吸收光谱仪等。以上两种方法各具优缺点，但其分析周期均较长，并不适用于对海关稀土检测、稀土矿产勘测等领域快速定量鉴别的要求。另一方面，便携式能量色散型X荧光光谱技术已经日趋成熟起来。它采用微型X射线管和半导体硅漂移探测器，可以简单快速的分析元素周期表中钠(Na)以后的元素，应用范围广泛。能量色散型X荧光光谱技术简单快速便携的特点恰好符合稀土分析领域快速定性分析的特点。据此，发明人研发了一款专门针对稀土分析领域的，能够快速鉴别、定量测量稀土元素的手持式稀土快速鉴别仪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种稀土快速鉴别仪，在不破坏样品外形的前提下快速鉴别17种稀土元素的手持式分析仪器，实现对稀土样品的种类和含量的快速鉴别。并且分析时间更短、重量更加轻便、操作更为舒服，整个仪器的使用寿命更长。本发明包括稀土快速鉴别仪主机及辅助组件。稀土快速鉴别仪主机包括微型X射线管7、电致冷SDD探测器14、电路控制系统
(10)、掌上电脑16 ;以电路控制系统10为中心，微型X射线管7通过控制纟而口与电路控制系统连接，操作软件装载在基于Android系统的掌上电脑16内，当掌上电脑16发出激发指令时，电路控制系统10控制微型X射线管7的高压电路开关量，并在激发扳机按钮8按下时发出开启高压电路放出X射线；电致冷SDD探测器14通过串口数据线与电路控制系统10的串行端口相连，受激样品发出的X射线经电制冷SDD探测器14转化成电信号，不同强度的电信号通过电路控制系统10传递给掌上电脑16 ;掌上电脑16将采集到的样品谱峰进行处理和数据运算。稀土快速鉴别仪辅助组件包括大容量锂电池9、可旋转固定盒底板15、电源开关按钮5、激发扳机按钮8、左散热片3和右散热片12等。稀土快速鉴别仪各辅助组件分别以不同的方式与稀土快速鉴别仪机身连接并发挥各自不同的作用。大容量锂电池9为电路控制系统10供电，并进而为微型X射线管7和电制冷SDD探测器14供电；掌上电脑16利用掌上电脑固定盒底板15和和固定盒上盖I固定在稀土快速鉴别仪机身，并通过阻尼软轴2实现掌上电脑16从0°到90°之间的可视化角度；将电源开关按钮5置于稀土快速鉴别仪机身后部并隐藏，将激发扳机按钮8置于枪体下部的扳机处，即方便操作者使用又可避免误操作引起的危险；在稀土快速鉴别仪主机机身的两侧分别加装左散热片3和右散热片12并通过导热黄铜片17与金属枪头13连接，最大限度提高仪器的散热效果和使用寿命。可旋转固定盒底板15连接掌上电脑16，激发扳机按钮8置于稀土快速鉴别仪前方偏下部，左散热片3和右散热片12在稀土快速鉴别仪机身两侧。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案I、整个仪器的设计思路稀土快速鉴别仪整机包括微型X射线管7、电致冷SDD探测器14、电路控制系统10和掌上电脑16 ;由微型X射线管发出X射线，照射在样品表面时将样品激发，样品受激后由激发态返回到基态时释放出特征X射线，特征X射线被电制冷SDD探测器接收，并经过前置放大器和多道处理器处理后最终转化为不同强度的电信号，作为定性和定量分析的基础。在此过程中，电路控制系统10控制微型X射线管7状态并反馈给掌上电脑16，掌上电脑接收探测到的信号并进行数据处理。2、软件的设计思路和改良操作软件装载在基于最新的Android操作系统的掌上电脑16内，掌上电脑作为硬件开发平台，采用Java语言结构化编程，在硬件控制环节嵌入汇编语言以提高执行效率。操作上采用中文上拉菜单方式易学易用，又不失功能完善和可扩充性。在测量完毕后能自动计算出是否含有镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、钇、镥、钪、钇等17种稀土元素，并可对稀土元素种类及含量进行定性和定量分析。同时，又能对2048道谱线的全谱、扩展谱进行灵活查看和分析，并具有GPS测量功能，能同时满足初学者和适合熟悉核技术方法专家应用。针对稀土元素干扰多测量难的特点，仪器专门打造了针对不同稀土元素的能量和强度比多重判定方法，并提供17种稀土纯物质的标准谱图对对比，进一步提高对稀土元素判定的准确率。此外，稀土快速鉴别仪还增加了稀土元素的含量阈值和报警装置，当稀土元素含量超过阈值时仪器可进行铃声报警。3、对现有X荧光的改造思路现有的能量色散型X荧光光谱仪分析时间多为30s — IOOs之间，稀土快速鉴别仪大幅优化了分析软件的数据处理方式，整个测试时间不到10秒；现有的能量色散型X荧光光谱仪重量在I. 8kg左右，稀土快速鉴别仪采用高集成化的电器元件，带电池重量不足I. 5kg，更易于携带和操作；稀土快速鉴别仪的机身与掌上电脑固定盒15之间通过阻尼转轴2连接，实现了掌上电脑16与机身在0°到90°之间随意旋转，方便测量过程中的观察；配套便携式蓝牙热敏打印机，方便测量数据的随时打印和保存；在仪器机身左右两侧分别增加左散热片3、右散热片12，并通过导热黄铜片17与金属枪头13连接，提高仪器的散热效果和使用寿命。本发明的有益效果现有对稀土元素的检测手段主要分为化学检测和大型分析仪器检测，其分析周期均较长，并不适用于对海关稀土检测、稀土矿产勘测等领域的快速鉴别和定量分析。而随着科学仪器的发展，便携式能量色散型X荧光光谱技术已经日趋成熟，它可以简单快速的分析元素周期表中钠(Na)以后的元素，分析快速操作简便。
本发明的目的在于提供一种在不破坏样品外形的前提下快速鉴别17种稀土元素的便携式分析仪器，实现了对稀土样品的种类和含量进行定性和定量分析。进一步还可以实现对便携式X荧光测量时间和仪器重量的大幅缩减；对常见稀土元素干扰元素的误判消除；对高含量稀土元素的铃声报警；对不同客户要求的含量段阈值和报警阈值进行调整；对仪器散热效果和使用舒适度的提高。通过以上对仪器软硬件方面的改进，最终打造出专门针对稀土元素进行快速分析的便携式稀土快速鉴别仪，并在海关稀土检测、打击稀土走私、稀土矿产勘测过程中得到广泛应用。
图I是稀土快速鉴别仪的整体结构示意图。图2是稀土快速鉴别仪主机与掌上电脑固定盒的机构示意图。图3是左侧导热黄铜片与金属枪头连接示意图。
图中，掌上电脑固定盒上盖I、阻尼转轴2、左散热片3、左壳体4、仪器电源开关按钮5、电池卡扣装置6、微型X射线管7、激发扳机按钮8、大容量锂电池9、电路控制系统10、右壳体11、右散热片12、金属枪头13、探测器系统14、掌上电脑固定盒底板15、掌上电脑16、导热黄铜片17。
具体实施例方式图I 图3为本发明的具体实施方式
。如图I的稀土快速鉴别仪的整体结构示意图。掌上电脑16固定在固定盒上盖I和固定盒底板15中间，固定盒与枪型机身通过阻尼转轴2相连接。微型X射线管7和探测器14均固定在枪型机身金属枪头13上，仪器电源开关6置于枪型机身后方，激发按钮8置于枪型机身扳机处，电池座9则通过卡扣装置6与机身相连接。金属材质左散热片3、右散热片12固定在左壳体4、右壳体11侧表面处，并通过散热黄铜片17与金属枪头13进行连接。稀土快速鉴别仪的机身与掌上电脑固定盒15之间通过阻尼转轴2连接，实现了掌上电脑16与机身在0°到90°之间随意旋转，方便测量过程中的观察(如图2所示)。针对手持式荧光光谱仪常见的散热差问题，稀土快速鉴别仪设计了在仪器机身左右两侧分别增加左散热片3、右散热片12，并通过导热黄铜片17与金属枪头13相连接(如图3所示)，提高仪器的散热效果和使用寿命。
实施例图I至图3所示为稀土快速鉴别仪的内部结构图，其中电池卡口装置6内置大容量锂电池9并为整个仪器供电；掌上电脑固定盒底板15通过阻尼转轴2与稀土快速鉴别仪机身相连接，实现了掌上电脑16与稀土快速鉴别仪机身在0°到90°之间随意旋转；仪器电源开关按钮5置于仪器后部并隐藏，微型X射线管7激发开关置于激发扳机按钮8处，即方便操作者使用又可避免误操作引起的危险；金属枪头13通过黄铜散热片17与左散热片
3、右散热片12连接，提高了仪器的散热效果，有利于分析数据的稳定性和提高仪器的使用寿命。
用稀土快速鉴别仪对镧镁合金样品、铁钕硼样品、镨钕混合矿粉、轻稀土精矿进行分析，测量均可准确报出相对应的稀土“大含量元素”，测量准确率为100%。选择定量分析模式，对在测量完毕后能自动计算出是否含有镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钦、铒、铥、钇、镥、钪、钇等16种稀土氧化物(1%、5%、99%)进行分析，测量均可准确报出相对应的稀土含量 段，测量准确率为100% ;其中99%含量的稀土元素分析结果均在97%以上，5%含量的稀土元素分析结果在4. 7%——5. 3%之间，1%含量的稀土元素分析结果在O. 8%——I. 2%之间。通过对以上高纯稀土氧化物、稀土高温合金和稀土混合矿粉的测试结果可知，稀土快速鉴别仪可以快速准确的判断出所测稀土元素的种类和含量。
权利要求
1.一种稀土快速鉴别仪，包括稀土快速鉴别仪主机及辅助组件；其特征在于， 稀土快速鉴别仪主机包括微型X射线管(7)、电致冷SDD探测器(14)、电路控制系统(10)、掌上电脑(16);以电路控制系统(10)为中心，微型X射线管(7)通过控制端口与电路控制系统连接，操作软件装载在基于Android系统的掌上电脑(16)内，当掌上电脑(16)发出激发指令时，电路控制系统(10)控制微型X射线管(7)的高压电路开关量，并在激发扳机按钮(8)按下时发出开启高压电路放出X射线；电致冷SDD探测器(14)通过串口数据线与电路控制系统(10)的串行端口相连，受激样品发出的X射线经电制冷SDD探测器(14)转化成电信号，不同强度的电信号通过电路控制系统(10)传递给掌上电脑(16);掌上电脑(16)将采集到的样品谱峰进行处理和数据运算； 辅助组件包括大容量锂电池(9)、可旋转固定盒底板(15)、电源开关按钮(5)、激发扳机按钮(8)、左散热片(3)和右散热片(12);大容量锂电池(9)为电路控制系统(10)供电，并进而为微型X射线管(7)和电制冷SDD探测器(14)供电；掌上电脑(16)利用掌上电脑固定盒底板(15)和固定盒上盖(I)固定在稀土快速鉴别仪机身，并通过阻尼软轴(2)实现掌 上电脑(16)从0°到90°之间的可视化角度；将电源开关按钮(5)置于稀土快速鉴别仪机身后部并隐藏，将激发扳机按钮(8)置于枪体下部的扳机处，方便操作者使用并避免误操作引起的危险；在稀土快速鉴别仪主机机身的两侧分别加装左散热片(3)和右散热片(12)并通过导热黄铜片(17)与金属枪头(13)连接，提高仪器的散热效果和使用寿命。
全文摘要
一种稀土快速鉴别仪，属于分析仪器技术领域。包括微型X射线管、电致冷SDD探测器、电路控制系统和掌上电脑；由微型X射线管发出X射线，照射在样品表面时将样品激发，样品受激后由激发态返回到基态时释放出特征X射线，特征X射线被电制冷SDD探测器接收，并经过前置放大器和多道处理器处理后最终转化为不同强度的电信号，作为定性和定量分析的基础。在此过程中，电路控制系统控制微型X射线管状态并反馈给掌上电脑，掌上电脑接收探测到的信号并进行数据处理。优点在于，分析时间更短、重量更加轻便、操作更为舒服，整个仪器的使用寿命更长。
文档编号G01N23/22GK102967613SQ20121051826
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者袁良经, 杨宏捷, 张胜坤, 于雷, 屈华阳, 周超, 刘佳 申请人:钢研纳克检测技术有限公司