天然金伴生矿物显微LIBS识别技术与方法研究
发布时间：2021-07-28 03:56
金是一种宝贵的货币金属,在现代工业生产中也有着不可替代的作用,金矿勘探一直受到世界各国的高度重视。在天然金矿床中,金往往与硫化物、硅酸盐等多种矿物伴生,通过对金伴生矿石的识别和分析来获取矿床信息是重要的探矿手段。探针、电镜等各类微区分析仪器在确定矿物元素构成和地质分析等方面具有优势,但往往需在实验室中进行,难以满足现场分析需求。激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS）技术几乎可分析全部元素,且具有原位、快速优势,在矿物微区分析方面有重要应用潜力。本文针对限制便携式LIBS仪器在天然金伴生矿石探测中应用的关键问题开展研究,研究微区分析自动对焦、现场快速识别、仪器小型化等核心技术和方法,以提高LIBS技术在该场景下的实际应用价值。为实现LIBS微区探测,本文首先将显微物镜引入便携式LIBS仪器的光学系统中,显微物镜可以将激光束汇聚的更细,从而实现较小的探测范围,降低杂质对探测结果的干扰。但是引入显微物镜会造成激光能量密度达到激发阈值的区间变短,设计一套快速精确的对焦方法是十分有必要的,本文设计了双色激光辅助结合图像对比度对焦模块...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１世界上第一台便携式ＬＩＢＳ仪器?
微型光谱仪系统，提高了仪器的信??噪比和信背比。使用这套系统测得钢铁中锰元素的含量检测限为０．０１６％，??有机样品中的钙元素含量的检测限为０．１３％，误差小于５％。此后，便携式??ＬＩＢＳ仪器不断发展，体积不断缩小，便携性不断提升。２０１６年，美国西雅??图大学的ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ［?１９］等人开发了一台尺寸为３ｘ３５ｃｍｘ５ｌｃｍ的便携式??ＬＩＢＳ系统，这台仪器针对气溶胶中的元素含量进行分析，得到的线性回归??系数为０．７８，检出限范围在（２．３？５．０）ｘｌ（Ｔ５ｍｇ／Ｚ。图１－２为新式高能手持ＬＩＢＳ??仪器。??图１－１世界上第一台便携式ＬＩＢＳ仪器?图１－２高能手持式ＬｆｆｉＳ仪器??天然状态下的矿物具有新微细杂的特点，在空间上分布不连续，表面不??平整，在原位探测时难以对样品进行打磨抛光等复杂处理，虽然便携式ＬＩＢＳ??仪器不断发展，但是在天然矿物原位探测方面还存在一定问题。当前便携式??ＬＩＢＳ仪器的光路系统多使用长焦透镜汇聚激光束，这样可以增大工作区间，??免去了对焦的问题，但其取样范围往往也较大，有效信号容易淹没在背景中。??因此，其微区分析能力较差，尤其不适合含量较低的天然稀有矿物样品的探??测。另外，为了提高便携性，现场仪器中往往采用小型化激光器，其能量稳??定性较差，激发光的能量波动势必会造成光谱信号的波动，这是否会对金伴??生矿石的分析产生影响需要进一步评估。??４??
山东大学硕士学位论文??增强的光谱信号。??ＵＢＳ系统中的等离子体信号收集光路主要可分为垂直接收和侧位接??收［３８］两种方式，分别如图２－１、图２－２所示。垂直接收系统中激光束汇聚和??信号的收集使用同一透镜，因此光学系统中必须引入镀膜反射镜或者二向色??镜，镀膜反射镜对短波长信号的反射率较低，只能收集波长在２５０？ｗ之后??的长波信号。侧位接收方式中，激光聚焦透镜和信号收集光路呈一定的角度??摆放［３９］，使用石英透镜可获得的信号波长范围较宽，几乎可以实现全谱信号??收集，但是侧位接收方式收集的光谱信号容易受样品表面平整度影响，对同??一样品不同位置进行探测时可能收集到差异较大的信号。目前有学者开展了??不同接收位信号强度分布差异的研宄［４（）４２］，并进一步开展了等离子体的空间??分辨研究，这对ＬＩＢＳ信号收集系统的优化具有重要意义。在特殊的信号收??集系统中，如远程遥测光学信号收集，要求有足够大的信号接收角，多采用??望远镜系统作为信号收集模块，例如常用的卡塞格林望远系统［４３］、反射式望??远镜［４４］及牛顿式望远镜［４５］。在现场ＵＢＳ仪器中，空间是十分紧俏的，垂直??接收系统可以共用透镜，占用更小的空间，相对于侧位接收系统无疑是更加??合适的。????凸?ｊ?色ｆ?１?ｆ?镜?／?Ａ??光纤＾?丁?—光纤??圓?ｍ??Ｖ光谱仪０ｗ纖ｕ—＾???图２－１垂直接收方式?图２－２侧位接收方式??对天然金伴生矿石的原位探测，要求有更小的取样范围，因此使用长焦??透镜汇聚激光束的一般方法不适用，所以本文将显微物镜引入光束汇聚部分??以获得微区分析能力。但是显微物镜的使用使得能量密度达到激发阈值的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卷积神经网络的SIFT特征描述子降维方法[J]. 周宏浩,易维宁,杜丽丽,乔延利. 激光与光电子学进展. 2019(14)
[2]半监督算法在自然语言处理中的应用研究[J]. 黄春. 科技创新导报. 2019(06)
[3]江西钦杭成矿带金矿赋存特征及控矿要素分析[J]. 李泽轩. 世界有色金属. 2018(23)
[4]激光诱导击穿光谱的自组织特征映射结合相关判别对天然地质样品分类方法研究[J]. 闫梦鸽,董晓舟,李颖,张莹,毕云峰. 光谱学与光谱分析. 2018(06)
[5]基于LIBS技术的水体重金属连续在线检测方法[J]. 贾尧,赵南京,刘文清,方丽,马明俊,孟德硕. 中国激光. 2018(06)
[6]黔西南戈塘金矿田成矿后变化及找矿潜力评价[J]. 毛彬吉,冉瑞德,况顺达,何兴华,杨冲. 矿产与地质. 2017(06)
[7]基于FPGA的卷积神经网络浮点激励函数实现[J]. 李施豪,应三丛. 微电子学与计算机. 2017(10)
[8]共轴双脉冲激光诱导击穿光谱和最小二乘支持向量机法定量分析植物油中铬[J]. 吴宜青,刘津,莫欣欣,孙通,刘木华. 分析化学. 2016(12)
[9]基于FPGA的卷积神经网络加速器[J]. 余子健,马德,严晓浪,沈君成. 计算机工程. 2017(01)
[10]再加热双脉冲激光诱导等离子体的时空演变特性研究[J]. 王静鸽,付洪波,倪志波,贺文干,陈兴龙,董凤忠. 光谱学与光谱分析. 2016(03)
博士论文
[1]煤粉颗粒流的激光诱导击穿光谱特性及其测量方法研究[D]. 郑建平.华南理工大学 2014
[2]基于激光诱导击穿光谱的物质成份分析方法研究[D]. 陈兴龙.合肥工业大学 2014
硕士论文
[1]Bayer型CCD前端视频采集模块的优化及预处理算法的研究[D]. 王晨.南京理工大学 2015
本文编号：3307162
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１世界上第一台便携式ＬＩＢＳ仪器?
微型光谱仪系统，提高了仪器的信??噪比和信背比。使用这套系统测得钢铁中锰元素的含量检测限为０．０１６％，??有机样品中的钙元素含量的检测限为０．１３％，误差小于５％。此后，便携式??ＬＩＢＳ仪器不断发展，体积不断缩小，便携性不断提升。２０１６年，美国西雅??图大学的ＭｃＬａｕｇｈｌｉｎ［?１９］等人开发了一台尺寸为３ｘ３５ｃｍｘ５ｌｃｍ的便携式??ＬＩＢＳ系统，这台仪器针对气溶胶中的元素含量进行分析，得到的线性回归??系数为０．７８，检出限范围在（２．３？５．０）ｘｌ（Ｔ５ｍｇ／Ｚ。图１－２为新式高能手持ＬＩＢＳ??仪器。??图１－１世界上第一台便携式ＬＩＢＳ仪器?图１－２高能手持式ＬｆｆｉＳ仪器??天然状态下的矿物具有新微细杂的特点，在空间上分布不连续，表面不??平整，在原位探测时难以对样品进行打磨抛光等复杂处理，虽然便携式ＬＩＢＳ??仪器不断发展，但是在天然矿物原位探测方面还存在一定问题。当前便携式??ＬＩＢＳ仪器的光路系统多使用长焦透镜汇聚激光束，这样可以增大工作区间，??免去了对焦的问题，但其取样范围往往也较大，有效信号容易淹没在背景中。??因此，其微区分析能力较差，尤其不适合含量较低的天然稀有矿物样品的探??测。另外，为了提高便携性，现场仪器中往往采用小型化激光器，其能量稳??定性较差，激发光的能量波动势必会造成光谱信号的波动，这是否会对金伴??生矿石的分析产生影响需要进一步评估。??４??
山东大学硕士学位论文??增强的光谱信号。??ＵＢＳ系统中的等离子体信号收集光路主要可分为垂直接收和侧位接??收［３８］两种方式，分别如图２－１、图２－２所示。垂直接收系统中激光束汇聚和??信号的收集使用同一透镜，因此光学系统中必须引入镀膜反射镜或者二向色??镜，镀膜反射镜对短波长信号的反射率较低，只能收集波长在２５０？ｗ之后??的长波信号。侧位接收方式中，激光聚焦透镜和信号收集光路呈一定的角度??摆放［３９］，使用石英透镜可获得的信号波长范围较宽，几乎可以实现全谱信号??收集，但是侧位接收方式收集的光谱信号容易受样品表面平整度影响，对同??一样品不同位置进行探测时可能收集到差异较大的信号。目前有学者开展了??不同接收位信号强度分布差异的研宄［４（）４２］，并进一步开展了等离子体的空间??分辨研究，这对ＬＩＢＳ信号收集系统的优化具有重要意义。在特殊的信号收??集系统中，如远程遥测光学信号收集，要求有足够大的信号接收角，多采用??望远镜系统作为信号收集模块，例如常用的卡塞格林望远系统［４３］、反射式望??远镜［４４］及牛顿式望远镜［４５］。在现场ＵＢＳ仪器中，空间是十分紧俏的，垂直??接收系统可以共用透镜，占用更小的空间，相对于侧位接收系统无疑是更加??合适的。????凸?ｊ?色ｆ?１?ｆ?镜?／?Ａ??光纤＾?丁?—光纤??圓?ｍ??Ｖ光谱仪０ｗ纖ｕ—＾???图２－１垂直接收方式?图２－２侧位接收方式??对天然金伴生矿石的原位探测，要求有更小的取样范围，因此使用长焦??透镜汇聚激光束的一般方法不适用，所以本文将显微物镜引入光束汇聚部分??以获得微区分析能力。但是显微物镜的使用使得能量密度达到激发阈值的
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于卷积神经网络的SIFT特征描述子降维方法[J]. 周宏浩,易维宁,杜丽丽,乔延利. 激光与光电子学进展. 2019(14)
[2]半监督算法在自然语言处理中的应用研究[J]. 黄春. 科技创新导报. 2019(06)
[3]江西钦杭成矿带金矿赋存特征及控矿要素分析[J]. 李泽轩. 世界有色金属. 2018(23)
[4]激光诱导击穿光谱的自组织特征映射结合相关判别对天然地质样品分类方法研究[J]. 闫梦鸽,董晓舟,李颖,张莹,毕云峰. 光谱学与光谱分析. 2018(06)
[5]基于LIBS技术的水体重金属连续在线检测方法[J]. 贾尧,赵南京,刘文清,方丽,马明俊,孟德硕. 中国激光. 2018(06)
[6]黔西南戈塘金矿田成矿后变化及找矿潜力评价[J]. 毛彬吉,冉瑞德,况顺达,何兴华,杨冲. 矿产与地质. 2017(06)
[7]基于FPGA的卷积神经网络浮点激励函数实现[J]. 李施豪,应三丛. 微电子学与计算机. 2017(10)
[8]共轴双脉冲激光诱导击穿光谱和最小二乘支持向量机法定量分析植物油中铬[J]. 吴宜青,刘津,莫欣欣,孙通,刘木华. 分析化学. 2016(12)
[9]基于FPGA的卷积神经网络加速器[J]. 余子健,马德,严晓浪,沈君成. 计算机工程. 2017(01)
[10]再加热双脉冲激光诱导等离子体的时空演变特性研究[J]. 王静鸽,付洪波,倪志波,贺文干,陈兴龙,董凤忠. 光谱学与光谱分析. 2016(03)
博士论文
[1]煤粉颗粒流的激光诱导击穿光谱特性及其测量方法研究[D]. 郑建平.华南理工大学 2014
[2]基于激光诱导击穿光谱的物质成份分析方法研究[D]. 陈兴龙.合肥工业大学 2014
硕士论文
[1]Bayer型CCD前端视频采集模块的优化及预处理算法的研究[D]. 王晨.南京理工大学 2015
本文编号：3307162
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