模块化岩心组分光谱成像扫描系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统，包括：光源单元、样品单元、光谱仪单元；所述光源单元发出宽谱线光束；所述样品单元承载岩心样品；所述光源单元发出的宽谱线光束均匀照射到所述样品单元承载的岩心样品上，所述岩心样品的漫反射光射入所述光谱仪单元，所述光谱仪单元根据射入的漫反射光进行光谱成像。本发明实施例的模块化岩心组分光谱成像扫描系统，通过将图像扫描技术和光谱分光技术相结合形成的岩心组分成像光谱，既可以提供岩心样品空间形态分布，又能够提供成像视场内精确到像素点的样品光谱信息，可以辅助进行矿物识别、分析、结果的可视化以及后处理，为岩心矿物组分分析提供新的实验平台。
【专利说明】模块化岩心组分光谱成像扫描系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学领域，特别涉及一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统。
【背景技术】
[0002]在地质找矿工作中，岩心钻探是不可缺少的重要环节，对决定矿产资源的品位和储量起着决定性的作用。随着矿产资源的开发，深部找矿的进程不断加快，钻孔越来越深，岩心样品数量成倍增加。不仅钻探的技术要求越来越高,对岩心组分分析的技术要求也越来越高。
[0003]传统的岩心组分分析采用图像扫描仪或者是使用X射线岩心扫描技术，可以获得岩心样品表面图像信息或者是岩心内部的三维图像，但是仅仅根据岩心样品表面图像信息和三维分布依然难以对岩心样品进行矿物识别和分析。对矿物、岩石等样品进行光谱分析始于20世纪60年代。经过大量的理论分析和应用试验，已经取得了许多成果。随着色散器件和探测器的发展，20世纪80年代高光谱分辨率遥感技术出现并得到了快速发展，并在地质矿产领域进行了应用试验，取得了新的研究结果。童庆禧等对白云石和灰石的研究表明，两者在2.35 μ m处有着明显差异的吸收峰。这些研究结果表明高光谱遥感技术在地质矿产领域有着广泛的应用前景，但是常规的高光谱遥感图像由于其空间分辨率较低(30米)，并不适用于岩芯样品；国内外也开发出了一种基于非成像的点光谱仪方式的岩芯扫描系统，典型的系统如南京地质调查中心开发系统和澳大利亚的HyLogger岩芯光谱扫描系统，但由于点光谱仅能对岩芯进行一定距离的间隔采集，不能解译连续、完整的岩芯面的光谱信息，并且点光谱的空间分辨率有限，扫描的是矿物成分的混合光谱，对矿物成分的解译带来了一定的难度与不确定性。一种针对于岩芯样品的高分辨率成像光谱仪并未报道。我们研制的一种模块化岩芯组分光谱成像扫描系统能够同时获取岩心样品图像信息和每个像素点的光谱信息，将推动岩心组分的快速分析，同时推动我国实用型岩心组分成像光谱仪发展。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统，能够对岩心样品进行矿物识别和分析。
[0005]本发明实施例采用如下技术方案:
[0006]—种模块化岩心组分光谱成像扫描系统，包括:光源单兀、样品单兀、光谱仪单元;
[0007]所述光源单元发出宽谱线光束照亮岩心样品扫描线区域；
[0008]所述样品单元承载岩心样品；
[0009]所述光源单元发出的宽谱线光束均匀照射到所述样品单元承载的岩心样品上，所述岩心样品的漫反射光射入所述光谱仪单元，所述光谱仪单元根据射入的漫反射光进行光谱成像。[0010]可选的，还包括:
[0011]移位单元，所述位移单元包括位移台、底座，所述位移台位于所述底座上，所述位移台承载所述样品单元，使得所述样品单元随所述位移台一同移动。
[0012]可选的，还包括:
[0013]计算机，所述计算机与所述光谱仪单元相连，获取所述进行光谱成像得到的图像数据，对所述图像数据进行处理得到光谱数据。
[0014]可选的，所述光谱仪单元包括:镜头、光谱仪、面阵探测器，所述光谱仪前方设置狭缝，根据感兴趣光谱波段和分辨率不同有多个狭缝和光谱仪模块；
[0015]所述镜头用于收集岩心样品的漫反射光信号，成像到所述光谱仪前方的狭缝处；
[0016]所述光谱仪用于中继狭缝处岩心样品的像，通过所述光谱仪内部透镜准直，色散器件分光，透镜聚焦成像到所述面阵探测器进行光谱成像，所述面阵探测器形成的图像交由所述计算机处理；
[0017]可选的，所述光谱仪采用色散分光方式，或者所述光谱仪采用滤光片转轮分光方式或其他分光方式。
[0018]可选的，所述光源单元包括以下至少一种光源:
[0019]宽谱光源，多波段光源，单色光源合束，白光光源，扫频光源。
[0020]可选的，所述样品单元还包括:转接板、白板、岩心槽；
[0021]所述转接板用于固定所述白板、所述岩心槽及所述岩心样品到所述移位单元；
[0022]所述岩心槽用于盛放所述岩心样品；
[0023]所述白板用于校正光源光谱。
[0024]可选的，所述光谱仪单元通过点扫描或者多点扫描成像方式，实现光谱成像功能。
[0025]可选的，还包括滤光片，所述滤光片位于光谱仪单元前端，所述滤光片通过荧光成像方式实现光谱成像功能。
[0026]本发明实施例的模块化岩心组分光谱成像扫描系统，通过将图像扫描技术和光谱分光技术相结合获取岩心组分成像光谱，既可以提供岩心样品空间形态分布，又能够提供成像视场内精确到像素点的样品光谱信息，可以辅助进行矿物识别、分析、结果的可视化以及后处理，为岩心矿物组分分析提供新的实验平台。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本发明实施例提供的一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。[0030]实施例1
[0031]如图1所示，本实施例提供一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统，包括:光源单元1、样品单元2、光谱仪单元4 ；
[0032]所述光源单元I发出的宽谱线光束；
[0033]所述样品单元2承载岩心样品；
[0034]所述光源单元I发出的宽谱线光束均匀照射到所述样品单元2承载的岩心样品扫描线区域上，所述岩心样品的漫反射光射入所述光谱仪单元4，所述光谱仪单元4根据射入的漫反射光进行光谱成像。
[0035]可选的，如图1所示，还包括:
[0036]移位单元3，所述移位单元3包括位移台9、底座10，所述位移台9位于所述底座10上，所述位移台9承载所述样品单元2，使得所述样品单元2随所述位移台9 一同移动。
[0037]可选的，如图1所示，还包括:
[0038]计算机5，所述计算机5与所述光谱仪单元4相连，获取所述进行光谱成像得到的图像数据，对所述图像数据进行处理得到光谱数据。
[0039]可选的，如图1所示，所述光谱仪单元4包括:镜头11、光谱仪12、面阵探测器13，所述光谱仪13前方设置狭缝；
[0040]所述镜头11用于收集岩心样品的漫反射光信号，成像到所述光谱仪12前方的狭缝处；
[0041]所述光谱仪12用于中继狭缝处岩心样品的像，通过所述光谱仪12内部透镜准直，色散器件分光，透镜聚焦成像到所述面阵探测器13进行光谱成像，所述面阵探测器13形成的图像交由所述计算机处理；
[0042]可选的，光谱仪单元4根据光谱分辨率和光谱波段需求有多个狭缝和光谱仪模块。
[0043]可选的，如图1所示，所述光谱仪采用色散分光方式，或者所述光谱仪采用滤光片转轮。
[0044]可选的，如图1所示，所述光源单元I包括以下至少一种光源:
[0045]宽谱光源，多波段光源，单色光源合束，白光光源，扫频光源。
[0046]可选的，如图1所示，所述样品单元2还包括:转接板8、白板6、岩心槽(图中未示出)；
[0047]所述转接板8用于固定所述白板6、所述岩心槽及所述岩心样品7到所述移位单元;
[0048]所述岩心槽用于盛放所述岩心样品7 ；
[0049]所述白板6用于校正光源光谱。
[0050]模块化岩心组分光谱成像扫描系统光谱仪单元4成像方式改用点扫描或者多点扫描成像方式可以实现同样的光谱成像功能。
[0051]光谱仪单元前端增加滤光片改用荧光成像方式可以实现同样的光谱成像功能。
[0052]本实施例的模块化岩心组分光谱成像扫描系统，通过将图像扫描技术和光谱分光技术相结合获取岩心组分成像光谱，既可以提供岩心样品空间形态分布，又能够提供成像视场内精确到像素点的样品光谱信息，可以辅助进行矿物识别、分析、结果的可视化以及后处理，为岩心矿物组分分析提供新的实验平台。
[0053]实施例2
[0054]如图1所示，本实施例提供一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统，包括光源单元1、样品单元2、移位单元3、光谱仪单元4、计算机5 ;所述的光源单元I发出的光经过样品单元2反射后进入光谱仪单元4。
[0055]样品单元2包括白板6，岩心槽以及岩心样品7，转接板8组成，白板6要求有尽可能高的反射比，用于校正光源I的光谱不均匀性；岩心槽用于盛放岩心样品；根据不同的钻头尺寸可以有5格、6格、7格或者其他的规格；转接板8将白板6和岩心槽以及岩心样品7固定到移位单元3的位移台9上。
[0056]移位单元3由位移台9和底座10组成，位移台9根据移位的精度可以采用直线电机、步进电机、传送带或者其他移位形式；底座10提供光源1、样品单元2、移位单元3、光谱仪单元4的支撑。
[0057]光谱仪单元由镜头11、光谱仪12、面阵探测器13组成，镜头11允许光源I光谱范围内所有波段的光通过；光谱仪12提供对镜头收集光的色散和中继；其中面阵探测器13提供对光信号的探测，其中的面阵探测器13可以是CCD、CMOS或其他面阵探测器。
[0058]具体应用时，从光源单元I发出的宽谱线光束均匀照射到岩心样品7上，岩心样品7对光源单元I发出的光束发生主要是漫反射；岩心样品7的漫反射光经过镜头11的收集进入光谱仪单元4 ;光谱仪单元4中的镜头11将收集的样品7的漫反射光成像到光谱仪12前端的狭缝处，光谱仪12中的准直透镜将狭缝处的光束进行准直，以平行于光谱仪光轴的方向入射到色散器件，色散器件对宽谱光束进行分光，经过光谱仪的聚焦透镜汇聚到面阵探测器13上进行成像；探测器光敏面平行于狭缝的方向称为空间维，每一行的光敏面元是地物条带一个光谱通道的像；探测器光敏面垂直于狭缝的方向是光谱维，光敏面每一列光敏面元上是地物条带一个空间采样视场(像元)光谱色散的像；由于光谱仪中狭缝的存在，每次成像只能对样品一个条带进行光谱成像，使用位移台9控制样品进行移动，就可以完成对整个样品的光谱成像；光谱仪单元4中的面阵探测器13探测得到的图像交由后端计算机5进行处理得到各像素点的光谱信息，并根据光谱曲线的鉴定特征对岩心矿物进行识另U、分析和结果存储。
[0059]模块化岩心组分光谱成像扫描系统样品单兀2中岩心槽和岩心样品7改为岩屑、土壤、水果等其他样品可以实现同样的光谱成像功能。
[0060]模块化岩心组分光谱成像扫描系统光谱仪单元4，改为其他色散方式或者滤光片转轮、液晶可调滤光片、声光可调滤光片等方式可以实现同样岩心组分成像光谱功能。
[0061]模块化岩心组分光谱成像扫描系统光谱仪单元4成像方式改用点扫描或者多点扫描成像方式可以实现同样的光谱成像功能。
[0062]光谱仪单元前端增加滤光片改用荧光成像方式可以实现同样的光谱成像功能。
[0063]光谱仪单元根据光谱分辨率和光谱波段需求有多个狭缝和光谱仪模块。
[0064]本实施例的，采用推扫式光谱成像方式，每次成像可以获得样品条带的空间图像和光谱图像；采用反射光谱成像方式，可以同时获得光源光谱范围内的样品光谱信息。
[0065]以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种模块化岩心组分光谱成像扫描系统，其特征在于，包括:光源单元、样品单元、光谱仪单元； 所述光源单元发出的宽谱线光束； 所述样品单元承载岩心样品； 所述光源单元发出的宽谱线光束均匀照射到所述样品单元承载的岩心样品上，所述岩心样品的漫反射光射入所述光谱仪单元，所述光谱仪单元根据射入的漫反射光进行光谱成像。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括: 移位单元，所述位移单元包括位移台、底座，所述位移台位于所述底座上，所述位移台承载所述样品单元，使得所述样品单元随所述位移台动台一同移动。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括: 计算机，所述计算机与所述光谱仪单元相连，获取所述进行光谱成像得到的图像数据，对所述图像数据进行处理得到光谱数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱仪单元包括:镜头、光谱仪、面阵探测器，所述光谱仪前方设置狭缝； 所述镜头用于收集岩心样品的漫反射光信号，成像到所述光谱仪前方的狭缝处；所述光谱仪用于中继狭缝处岩心样品的像，通过所述光谱仪内部透镜准直，色散器件分光，透镜聚焦成像到所述面阵探测器进行光谱成像，所述面阵探测器形成的图像交由所述计算机处理。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述光谱仪采用色散分光方式，或者所述光谱仪采用滤光片转轮或其他分光方式。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述光源单元包括以下至少一种光源:宽谱光源，多波段光源，单色光源合束，白光光源，扫频光源。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述样品单元还包括:转接板、白板、岩心槽； 所述转接板用于固定所述白板、所述岩心槽及所述岩心样品到所述移位单元； 所述岩心槽用于盛放所述岩心样品； 所述白板用于校正光源光谱。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱仪单元通过点扫描或者多点扫描成像方式，实现光谱成像功能。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括滤光片，所述滤光片位于光谱仪单元前端，所述滤光片通过荧光成像方式实现光谱成像功能。
【文档编号】G01N21/27GK103913424SQ201410105369
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】张立福, 吴太夏, 张红明, 张艮中, 赵恒谦, 王桂珍, 童庆禧 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所