專利名稱：：便攜式近紅外礦物分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種主要用于地質(zhì)調(diào)查野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行礦物分析的光柵掃描近紅外漫反射光譜分析儀器。
背景技術(shù)：
：采礦業(yè)和地質(zhì)調(diào)查行業(yè)的一個(gè)重要任務(wù)就是進(jìn)行礦物成份分析。自然界中的礦物都是以一定的絡(luò)合物形式存在，通過(guò)對(duì)這些絡(luò)合物的檢測(cè)就可以精確分析出礦物的組成成份和含量。目前常用的分析方法有化學(xué)分析法，光譜分析法等。而進(jìn)一步深入了解礦物之間的微小差別時(shí)多用X射線衍射法和微探針?lè)治龇ā，F(xiàn)有用于此類分析的儀器都有一個(gè)共同的缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的制作測(cè)試樣品的過(guò)程和昂貴的制作設(shè)備，具有分析周期長(zhǎng)，成本高，效率低的缺點(diǎn)。隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展，使近紅外技術(shù)完全能實(shí)現(xiàn)礦物成份分析。目前一些廠家生產(chǎn)的近紅外光譜分析儀，主要應(yīng)用于食品、石油、制藥等行業(yè)。如中國(guó)產(chǎn)的Spectrumlab400儀器，該儀器體積大，不適宜野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；CN94101325.1公開(kāi)的“電斬光水分分析儀”，該儀器為雙光路結(jié)構(gòu)，只能進(jìn)行單一波長(zhǎng)分析，不能實(shí)現(xiàn)野外現(xiàn)場(chǎng)巖礦石組分分析；ZL96218361.X公開(kāi)的“近紅外石油組成分析儀”，該儀器基于透射原理設(shè)計(jì)，不能野外直接測(cè)試固體礦物。澳大利亞IntegratedSpectronicsPtyLtd公司生產(chǎn)的PIMA(PortableInfraredMineralAnalyzer)儀器雖然可以進(jìn)行野外礦物分析，但該儀器內(nèi)部采用半球冠形設(shè)計(jì)，樣品口設(shè)計(jì)在儀器的側(cè)面，粉末樣品側(cè)面水平投放時(shí)常會(huì)使樣品分布不均勻，測(cè)試不方便，測(cè)量前需要對(duì)傳感器進(jìn)行制冷過(guò)程，測(cè)試成本高，設(shè)備價(jià)格昂貴，難于維護(hù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種價(jià)格便宜，攜帶方便，不需制樣，適于野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行塊狀或粉末礦物樣品的組成成份及其含量分析，且方便快捷的近紅外光譜分析儀。本實(shí)用新型是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的，光學(xué)系統(tǒng)1包括積分球11和屏蔽罩7，積分球11上部設(shè)有樣品口15，樣品口15外裝有鍍金薄板12，積分球11內(nèi)壁鍍金，并在積分球11內(nèi)壁樣品口15周圍貼有光學(xué)玻璃14且該處球壁比其它地方薄，在積分球11側(cè)面中部設(shè)有出光13，下面設(shè)有狹縫17，積分球11通過(guò)螺栓與屏蔽罩7連成一體，在屏蔽罩7內(nèi)裝有反射鏡9、10和光柵8，側(cè)面設(shè)有入光狹縫16，在狹縫16外通過(guò)支架24裝有光調(diào)制器6。本發(fā)明還可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)，反射鏡9、10中心對(duì)稱，且與光柵8、狹縫16、17和光源4的中心設(shè)計(jì)在同一平面，光源4、聚焦透鏡5、光調(diào)制器6、狹縫16和反射鏡9的中心設(shè)計(jì)在同一水平線上；光調(diào)制器6包含了一個(gè)以上光分割器18和一個(gè)以上直流電機(jī)，光分割器18是在圓形金屬板上等角度開(kāi)出至少12個(gè)梯形過(guò)光口19，通過(guò)銷子將光分割器18固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)光分割器18，使入射光變成強(qiáng)弱交替變化的光。本發(fā)明的有益效果是價(jià)格便宜，攜帶方便，不需制樣，不需要對(duì)傳感器冷卻，適于野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行塊狀或粉末狀礦物樣品的組成成份分析。附圖1是便攜式近紅外礦物分析儀側(cè)視剖面圖附圖2是光分割器結(jié)構(gòu)示意圖附圖3是便攜式近紅外礦物分析儀構(gòu)成框圖附圖4是便攜式近紅外礦物分析儀采集、處理框圖1.光學(xué)系統(tǒng)，2.信號(hào)采集系統(tǒng)，3.電腦，4.光源，5.聚焦透鏡，6.光調(diào)制器，7.屏蔽罩，8.光柵，9、10.反射鏡，11.積分球，12.鍍金薄板，13.出光口，14.光學(xué)玻璃，15.樣品口，16、17.狹縫，18.光分割器，19.過(guò)光口，20.信號(hào)調(diào)理模塊，21.數(shù)據(jù)采集模塊，22.中心控制單元，23.傳感器，24、25支架，26底版。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。光源4為鎢鹵素?zé)簦劢雇哥R5由3片凸透鏡組成，光源4、光調(diào)制器6分別通過(guò)螺絲固定在支架25、24上，支架24、25分別焊接在底版26上，光調(diào)制器6緊靠屏蔽罩7側(cè)面狹縫16的外面，并保證光源4和聚焦透鏡5的中心與光調(diào)制器6、屏蔽罩7側(cè)面狹縫16、反射鏡9的中心在同一水平線上；反射鏡9和10中心對(duì)稱，光柵8、反射鏡9、10通過(guò)螺絲固定在屏蔽罩7的內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)底面上，光柵8是300線的閃耀光柵，它與反射鏡9、10、狹縫16、17和光源4的中心設(shè)計(jì)在同一個(gè)水平面上，使自然光分解為按序排列的各級(jí)光譜。屏蔽罩7可擋住外界雜散光和灰塵進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)，在裝配時(shí)應(yīng)保證積分球11球心正對(duì)著狹縫17。光調(diào)制器6是由光分割器18和直流電機(jī)組成，光分割器18是在圓形金屬板上等角度開(kāi)出12個(gè)梯形過(guò)光口19，光分割器18通過(guò)銷子固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，直流電機(jī)根據(jù)中心控制單元22給出驅(qū)動(dòng)光調(diào)制器6的指令，光調(diào)制器6通過(guò)電壓為12V的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)光分割器18，使光分割器18上的過(guò)光口19交替變換，使入射光調(diào)制為480Hz強(qiáng)弱交替變化的光。積分球11通過(guò)螺栓與屏蔽罩7連接，且積分球11下面狹縫與屏蔽罩7上部狹縫為同一個(gè)狹縫17，積分球11上部設(shè)有樣品口15，樣品口15外裝有鍍金薄板12，用于系統(tǒng)校正，測(cè)試樣品時(shí)再把它移開(kāi)。積分球11內(nèi)壁鍍金，并在其內(nèi)壁樣品口15的周圍貼有光學(xué)玻璃14，以防止灰塵落入積分球11內(nèi)，且在貼有光學(xué)玻璃14處的球壁比其它地方薄。在積分球11的側(cè)面中部設(shè)有出光口13，傳感器23設(shè)置在出光口13內(nèi)，傳感器23的兩管腳焊在電路板上，電路板用螺絲固定在積分球11外殼上。傳感器(18)為PbS傳感器，傳感器23和信號(hào)調(diào)理模塊20用雙絞線相連，利用信號(hào)調(diào)理模塊20對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，得到信噪比較高的直流電信號(hào)。直流電信號(hào)通過(guò)雙絞線送到數(shù)據(jù)采集模塊21，數(shù)據(jù)采集模塊21和中心控制單元22設(shè)計(jì)在一個(gè)電路板上，通過(guò)通訊線與電腦3相連。中心控制單元22是以89C2051為核心的微控制器，它負(fù)責(zé)儀器基本功能的實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的工作過(guò)程是，當(dāng)電源給光源4供電使其發(fā)光，光線透過(guò)聚焦透鏡5聚焦后，經(jīng)光調(diào)制器6調(diào)制。使入射光調(diào)制為480Hz后的光斑透過(guò)屏蔽罩7側(cè)面狹縫16照射在反射鏡9上。反射鏡9改變了光線的方向，使其照在光柵8上，光柵8對(duì)光線進(jìn)行分光，在中心控制單元22的控制下使所需波段的光線折射到反射鏡10上，經(jīng)反光鏡10反射的光線通過(guò)屏蔽罩7上部的狹縫17進(jìn)入積分球11后，經(jīng)光學(xué)玻璃14、樣品口15照在樣品上，樣品滿反射回來(lái)的近紅外光線經(jīng)過(guò)積分球均勻后一部分光經(jīng)出光13照在傳感器23上，測(cè)出由被測(cè)物表面漫反射回來(lái)的近紅外線光的強(qiáng)度，由傳感器23將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。該電信號(hào)由信號(hào)調(diào)理模塊20處理后濾掉了噪聲，得到信噪比很高的直流電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊21轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，由中心控制單元22的通訊端口送往電腦3。經(jīng)電腦3處理即可分析出樣品的成份和各成份的含量。當(dāng)測(cè)試粉末或液體樣品時(shí)，可把樣品裝到樣品池里后放在樣品口15上即可測(cè)試，固體樣品可以直接放在樣品口上。權(quán)利要求1.一種主要用于地質(zhì)調(diào)查野外現(xiàn)場(chǎng)礦物分析的便攜式近紅外礦物分析儀，是由光學(xué)系統(tǒng)(1)、信號(hào)采集系統(tǒng)(2)和電腦(3)組成，其特征在于，光學(xué)系統(tǒng)(1)包括積分球(11)和屏蔽罩(7)，積分球(11)上部設(shè)有樣品口(15)，樣品口(15)外裝有鍍金薄板(12)，積分球(11)內(nèi)壁鍍金，并在積分球(11)內(nèi)壁樣品口(15)周圍貼有光學(xué)玻璃(14)且該處球壁比其它地方薄，在積分球(11)側(cè)面中部設(shè)有出光口(13)，下面設(shè)有狹縫(17)，積分球(11)通過(guò)螺栓與屏蔽罩(7)連成一體，在屏蔽罩(7)內(nèi)裝有反射鏡(9)、(10)和光柵(8)，側(cè)面設(shè)有入光狹縫(16)，在狹縫(16)外通過(guò)支架(24)裝有光調(diào)制器(6)。2.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的便攜式近紅外礦物分析儀，其特征在于，反射鏡(9)、(10)中心對(duì)稱，且與光柵(8)、狹縫(16)、(17)和光源(4)的中心設(shè)計(jì)在同一平面上，光源(4)、聚焦透鏡(5)、光調(diào)制器(6)狹縫(16)和反射鏡(9)的中心設(shè)計(jì)在同一水平線上。3.按照權(quán)利要求1所說(shuō)的便攜式近紅外礦物分析儀，其特征在于，光調(diào)制器(6)包含了一個(gè)以上光分割器(18)和一個(gè)以上直流電機(jī)，光分割器(18)是在圓形金屬板上等角度開(kāi)出至少12個(gè)梯形過(guò)光口(19)，通過(guò)銷子將光分割器(18)固定在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)光分割器(18)，使入射光變成強(qiáng)弱交替變化的光。全文摘要本發(fā)明涉及一種適于野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試巖礦石組分的便攜式近紅外礦物分析儀，是由光學(xué)系統(tǒng)、信號(hào)采集系統(tǒng)和電腦組成。該分析儀的光學(xué)系統(tǒng)采用了積分球設(shè)計(jì)，信號(hào)采集系統(tǒng)是在電腦控制下經(jīng)光調(diào)制器將入射光變成強(qiáng)弱交替變化的光，經(jīng)光柵分光后照射在所測(cè)樣品上，樣品滿反射回來(lái)的近紅外線經(jīng)過(guò)積分求均勻后照在傳感器上，測(cè)出由被測(cè)物表面漫反射回來(lái)的近紅外光的強(qiáng)度，經(jīng)電腦處理后即可得到所測(cè)樣品的成分和各成分的含量。該儀器體積小，重量輕，攜帶方便不需要制樣就可以直接測(cè)試，方便快捷，單個(gè)樣品測(cè)試只需70秒就可得到所需數(shù)據(jù)，適于野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行塊狀或粉末狀巖礦樣品的組成成成份分析。文檔編號(hào)G01N21/35GK1480721SQ0312763公開(kāi)日2004年3月10日申請(qǐng)日期2003年7月16日優(yōu)先權(quán)日2003年7月16日發(fā)明者林君,占細(xì)雄,王智紅,林君申請(qǐng)人:吉林大學(xué)