近红外矿物分析仪研制与应用

　　在地质找矿中，通常利用星载或机载遥感数据进行矿物分析，由于其数据比较粗糙，不能精确地划分地面矿物类型，为了精确划分矿物，本文讲述用于地面矿物分析的仪器原理和应用。

　　近红外光谱的波长在780nm一2500nm(0.78卜m一2.5卿)之间。对近红外光谱产生吸收的官能团主要是含氢基团，包括C一H(甲基、亚甲基、甲氧基、梭基、芳基等)，经基0一H，琉基S一H，氨基N一H等，它们的合频和一级倍频位于1300nm一2500nm波段。由于矿物晶格中原子间的化学键的弯曲和伸缩吸收某些区域的近红外光谱，根据矿物某些官能团的在近红外区域的特征吸收光谱可以区分不同的矿物及同一矿物的不同结晶度。矿物近红外光谱的这些特点在野外地质调查研究具有特别重要的意义。利用这一方法可以区分层状硅酸盐中单矿物(粘土矿物，绿泥石，蛇纹石等)，含经基之硅酸盐矿物(绿帘石，闪石等)，硫酸盐矿物(明矾石，黄铁钾矾，石膏等)，碳酸盐矿物(方解石，白云石等)。【’〕

　　我们研制的BHKF一l型便携式近红外矿物光谱分析仪光谱扫描范围1300nm一2500nm，光谱带宽优于7nm，光谱扫描分辨率Znm，波长准确度和重复性均优于1nm，信噪比优于63dB，扫描速度小于605，峰值功耗小于24W，光源功耗12w，仪器体积255x110xl8o~，重量4.skg，工作温度范围一10℃一+30℃，内部电池能连续工作2小时以上，适合野外现场和实验室测试。软件功能具有定性分析半定量分析，主要分析单矿物和含有2种矿物以及2种矿物的光谱半定量分析;光谱成像;蚀变矿物近红外模型识别分析。

　　仪器实体外观如下，如图l所示:

　　1仪器设计和测试

　　1.1光机系统

　　本仪器光机系统由光源室、斩光系统、分光光学系统、积分球和样品台五部分组成。

　　光源发出的光用斩光器进行调制，经过会聚透镜成像在分光系统的狭缝上，然后经分光光学系统出射为单色光，单色光人射到样品发生漫反射，漫反射的光经积分球均匀地照射在探测器上。

　　分光光学系统设计，系统采用传统的光栅扫描分光方式，这种方式技术成熟可靠，分光系统采用的C一T式光学结构，该种结构紧凑，能够实现小型化。综合仪器分辨率和体积两个因素，采用单色器的焦距为l(X)mm，相对孔径4:l，线色散32n耐mm，带宽6.4一7nm，狭缝宽度0.22~。

　　1.2电子线路

　　本系统采用光电导PbS探测器，由于在近红外波段信号微弱而且该波段探测器探测率不高，因此该仪器的关键目标之一是提高系统信噪比。电子线路设计是否合理直接关系到整个仪器的性能，特别对降低噪声至关重要。电子线路包括前置放大器、带通滤波程控放大器、相干检测器、AD转换器、斩光伺服稳速控制、扫描步进电机控制和基于MSP430F149的测控通讯系统。其中采用同步相关器是一种完成信号窄带化处理的相干检测系统，即通过相干检测将调制信号从噪声中提取并还原成直流信号，对提高仪器的信噪比起到很大作用。由于仪器属于便携式野外现场测量系统，另一重要关键目标是降低系统的功耗，系统设计采用的措施是在保证仪器的信噪比情形下尽量降低光源功耗，电子学系统采用低功耗设计，数字器件采用CMoS器件，测控系统采用、超低功耗MsP430F149作为微处理器，系统工作模式上通过软件设置采用节电和工作两种模式选择。系统通讯有基于RS一2犯电平的串口通讯和基于USB电平标准的UsBI一通讯。「，]