一种地质样品年代测定仪用激发光源装置

摘要

本发明涉及一种地质样品年代测定仪用激发光源装置，由底座、盖板、光源控制板、光源模块和ARM机构成。ARM机、盖板和光源控制板用固定螺钉固定在底座上。ARM机通过连接线与光源控制板连接，光源控制板通过光源控制线与光源模块连接。盖板上设有探测滤光片，底座上设有导轨、样品隔热片和光源腔体，样品隔热片位于光源腔体的下端。光源模块由模块箱和激发滤光片组成，模块箱中装有发光二极管和检测光电三极管。利用ARM机完成对激发光源装置的控制和其它功能，操作简单，自动化程度高，测定数据准确。本发明结构紧凑、体积小、重量轻，便于安装、更换与携带，激发光源在距离激发光源30mm处光强度达到50～70mW/cm2。

说明书

技术领域

本发明属于光源设备技术领域，涉及具有ARM控制系统的可置换激发光源装置，具体涉及一种地质样品年代测定仪用的激发光源装置。 

背景技术

地质年代就是指地球上各种地质事件发生的时代。它包含两方面含义：其一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；其二是指各地质事件发生的距今年龄，由于主要是运用同位素技术，因此，称为同位素地质年龄（绝对地质年代）。这两方面相结合，才构成对地质事件及地球、地壳演变时代的完整认识。 

针对固体矿物晶体的本身特性，其生长于自然环境中，晶体生成过程中产生的缺陷和后天环境带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，而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。 

矿物样品年代测定要求年代测定仪器体积小、重量轻、便于携带，而现有的年代测定仪器多为国外产品，价格昂贵，操作复杂，体积庞大，无法满足其要求，激发光源做为年代测定仪的主要部件，同样要求体积小、重量轻、便于携带。现有技术的激发光源，更换发光二极管时（如改变二极管颜色或二极管发生故障），需要将年代测定仪拆开进行，影响地质年代测定的工作效率，因此需要一种可置换的激发光源装置。公开号为CN1921155A的中国发明专利申请公开一种“发光二极管激发光源装置”，该装置主要是由依次沿光轴连接的LED发光二极管、滤光片和透光镜直接固定在一壳体内。该装置借助于LED发光二极管体积小、驱动电压低、反应速度快和发热低的优点，用于荧光分光光度计或荧光检测器中的光源。但是，该激发光源装置不适用作为年代测定仪的激发光源，而且不具有可置换的特点。 

发明内容

本发明的目的是提供一种带有ARM控制系统的可置换激发光源装置，使其具有光强高、发热低、体积小、重量轻、成本低、易于控制和更换的特点，适用于地质样品光释光年代测定仪。 

本发明提供的地质样品年代测定仪用激发光源装置，主要由底座、盖板、和光源模块构成，盖板和光源控制板通过固定螺钉固定在底座上。激发光源装置还设有ARM机。ARM机通过固定螺钉固定于激发光源装置上，ARM机通过连接线与光源控制板连接，光源控制板通过光源控制线与光源模块连接。盖板上设有探测滤光片，底座上设有导轨、样品隔热片和光源腔体，样品隔热片位于光源腔体的下端。光源腔体内设有模块卡槽，光源模块安装在模块卡槽上。光源模块由模块箱和激发滤光片组成，模块箱中装有发光二极管和检测光电三极管，并采用固定板来固定发光二级管和光电三极管。激发光源装置为可置换结构。 

ARM机主要由ARM主板、光电倍增管控制模块、脉冲放大整形模块和液晶屏组成。ARM主板与液晶屏之间通过液晶屏连接线进行控制信号传输。ARM主板通过光电倍增管控制模块和光源控制板来分别控制光电倍增管和光源模块。脉冲整形模块将光电倍增管输出的电脉冲信号进行放大整形后输入ARM主板，光源模块通过光电三极管将激发光源光强信号反馈回ARM主板。ARM机设有旋转轴，通过旋转轴ARM机能够转成水平状态，便于光源装置的整体移动和置换。 

光源腔体采用的结构形式为倒置的方形锥台结构或圆形锥台结构。当光源腔体采用方形锥台结构时，光源腔体的锥台斜面与底座平面的夹角为30～60°，模块卡槽设在锥台的斜面上。激发光源装置设有2～8个光源模块，每个光源模块设有5～20个发光二极管和1～2个光电三极管。激发光源装置的光强度为：距离激发光源30mm处光强度为50～70mW/cm²。激发光源装置设有把手，把手位于盖板的一侧。探测滤光片和盖板之间、样品隔热片和底座之间、以及盖板和底座之间设有密封垫圈，底座上设有空槽。 

与现有技术相比，本发明的优点是：结构紧凑、体积小、重量轻、便于安装、更换与携带。激发光源的光强度高，在距离激发光源30mm处光强度达到50～70mW/ cm²。探测滤光片和盖板之间、样品隔热片和底座之间、以及盖板和底座之间设置密封垫圈，密封性好。采用整体模块式结构，易于更换不同颜色的发光二极管。激发光源装置具有ARM机，通过对液晶屏的操作完成对光源模块和光电倍增管的开关控制，光电倍增管传回的电脉冲信号的接收、计数，释光曲线、测试数据的显示和释光数据存储等功能。本发明操作简单，自动化程度高，测定数据准确。ARM机设有旋转轴，通过旋转轴能翻转成水平状态，便于光源装置的整体移动和置换。 

附图说明

图1为本发明地质样品年代测定仪用激发光源装置的总体结构示意图； 

图2为盖板结构示意图；

图3为盖板底视图；

图4 为底座结构示意图；

图5 为底座俯视图；

图6为光源模块内部结构示意图；

图7为光源模块侧视图；

图8为ARM机旋转轴示意图； 

图9为年代测定仪整体结构图；

图10为年代测定仪工作原理框图。

其中： 1—密封垫圈、2—盖板、3—光源模块、4—探测滤光片、5—光源控制线、6—固定螺钉、7—把手、8—ARM机、9—光源控制板、10—激发滤光片、11—样品隔热片、12—光源腔体、13—底座、14—空槽、15—导轨、16—模块卡槽、17—发光二极管、18—模块箱、19—固定板、20—模块箱盖、21—光电三极管、22—旋转轴、23—液晶屏、24—光电倍增管、25—矿物样品、26—光脉冲信号、27—电脉冲信号、28—光电倍增管控制信号、29—脉冲放大整形模块、30—计数脉冲信号、31—液晶屏返回信号、32—液晶屏控制信号、33— ARM主板、34—光电倍增管小电流控制信号、35—光电倍增管控制模块、36—光源小电流控制信号、37—光电三极管反馈信号、38—光源控制信号。 

具体实施方式   

    下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明地质样品年代测定仪用激发光源装置如图1所示，由底座13、光源控制板9、盖板2、光源模块3和ARM机8构成。盖板2的一侧设有把手7，用于激发光源装置的整体移动。盖板2用固定螺钉6固定在底座13上，盖板2和底座13之间设有密封垫圈1。ARM机8在侧面用固定螺钉6固定在激发光源装置上，如图8所示，ARM机设有旋转轴22，通过旋转轴22，ARM机8能够进行翻转，当其翻转成水平状态时，可以顺利进行光源装置的移动和置换。光源控制板9通过光源控制线5与光源模块3进行连接，并通过光源控制信号38对其进行控制。 

如图2、图3所示，盖板2的中间内嵌有探测滤光片4，探测滤光片4和盖板2之间设有密封垫圈1，探测滤光片4的材质为光学玻璃，其型号与具体的激发光源光谱相对应，通过光源模块3内部的激发滤光片10和探测滤光片4的配合，可以提高年代测定的精确度。 

如图4、图5所示，底座13上设有导轨15、样品隔热片11和光源腔体12。样品隔热片11的材质为光学玻璃，位于光源腔体12的下端，样品隔热片11和底座13之间设有密封垫圈1。导轨15用于模块式激发光源装置的整体移动。光源腔体12为倒置的方形锥台结构，锥台斜面与底座间夹角为45°。锥台的4个斜面设有模块卡槽16，光源模块3安装在模块卡槽16上。 

如图6、图7所示，光源模块3由模块箱18和激发滤光片10组成，每个模块箱18中装有9个发光二极管17、1个光电三极管21和固定板19，用固定板19固定发光二级管17和光电三极管21。发光二极管17可选择的光谱范围分为3种：蓝光、绿光和红外，本实例采用中心波长为470nm的蓝光二极管。模块箱盖20位于模块箱18的一端，用于密封模块箱18。激发光源装置的光强度为：距离激发光源30mm处光强度为56mW/cm²。底座13上开有两个空槽14，用于减轻激发光源装置的整体重量。 

如图9所示，年代测定仪上部设有光电倍增管24，光电倍增管24位于激发光源装置的正上方，矿物样品25位于光电倍增管24的正下方投影中心，ARM机8固定于可置换光源装置上，光源模块3的光照中心位于矿物样品25上。 

地质年代测定仪工作原理如图10所示，首先通过液晶屏23发出光电倍增管小电流控制信号34，使光电倍增管24开始工作，半小时后，发出光源小电流控制信号36，使激发光源模块3开始工作，激发光照射到矿物样品25上，从其上激发出释光光脉冲信号26。该脉冲信号到达光电倍增管24探测面，经过光电倍增管24内部的转化和多级倍增，输出电脉冲信号27。该脉冲信号输入到脉冲放大整形模块29进行放大整形，形成的方形计数脉冲信号30输入ARM主板33内部，进行计数和进一步的数据处理。 

下面介绍各个部分控制模块的功能。 

光源控制板9包括两个部分：光源控制和光源供电电压控制。首先将测定仪控制系统发过来的光源小电流控制信号36采用三极管进行放大，并通过不同控制信号下三极管状态来控制激发光源的供电电压，进而控制激发光源模块3的工作状态。光电三极管反馈信号37用于监测激发光源的光强，通过ＡＤ转换系统转换为数字信号，输入到ARM机8中，最后在液晶屏23上进行显示，便于必要时手动调节激发光源的供电电压。 

ARM机8包括ARM主板33、光电倍增管控制模块35、脉冲放大整形模块29和液晶屏23。ARM主板33通过光电倍增管控制模块35和光源控制板9来分别控制光电倍增管24和光源模块3的工作状态。脉冲放大整形模块29将光电倍增管24输出的电脉冲信号27进行放大整形后输入ARM主板33。光源模块3通过光电三极管21将光源模块3的光强信号反馈回ARM主板33。ARM主板33与液晶屏23之间通过液晶屏连接线进行信号传递和反馈。通过对液晶屏23的操作能够完成对光源模块3和光电倍增管24的开关控制，计数脉冲信号30的接收、计数，释光曲线、测试数据的显示和释光数据存储等功能。 

下面分别介绍各个模块的功能。 

1.　ARM主板33。ARM主板33由中央处理器、数据存储单元和数据采集单元组成，采用基于Windows CE的操作系统。其中央处理器为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；一片NandFlash存储芯片，型号为U-K9F1208UDM-YC80；一片Nor Flash存储器芯片，型号为29VL800；一张容量为1G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EPM7128，其工作频率最大100MHz，用来实现高速数据采集和控制脉冲放大整形模块29、光电倍增管控制模块35和激发光源3的工作状态。 

2.　光电倍增管控制模块35。光电倍增管控制模块将ARM主板33发过来的光电倍增管小电流控制信号34，采用三极管进行放大，并通过不同控制信号下三极管工作状态来控制光电倍增管24的供电电压，进而控制光电倍增管24的工作状态。 

3.　脉冲放大整形模块29。光电倍增管24将接收到的释光光脉冲信号26经过多级倍增转化为电脉冲信号27，并传入脉冲放大整形模块29，脉冲放大整形模块29首先采用两级三极管放大电路将电脉冲信号27进行放大，然后采用比较器MAX913对其进行整形，将本底信号去除，然后将形成的计数脉冲信号30输回ARM主板33。 

4.　液晶屏23。液晶屏上设有光释光初始参数设置、光电倍增管24与激发光源3的开关控制，释光曲线和测试数据的实时显示和数据存储等功能。 

本发明矿物样品年代测定仪用激发光源装置为可置换型结构，在发光二极管17发生故障或需要更换不同颜色的发光二极管17或光电三极管21时，可以通过ARM机的旋转轴22将ARM机8翻转至水平状态，通过把手7拉出激发光源装置，进行更换后，将新的激发光源装置推入年代测定仪，ARM机8重新翻转至垂直状态。