[發(fā)明專利]一種用于礦物掃描分析的高光譜成像儀

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210058888.5
• 申請(qǐng)日: 2012-03-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103308453A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李晶;王宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 王宏
• 主分類號(hào): G01N21/25
• 分類號(hào): G01N21/25;G01J3/45
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種礦物樣品分析高光譜成像光譜儀，適用于在礦業(yè)勘探或開(kāi)采過(guò)程中的礦物樣品分析以及巖芯掃描編錄過(guò)程，利用不同礦物的光譜頻段響應(yīng)特性，對(duì)巖石進(jìn)行高光譜掃描與分析，屬于高光譜成像探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

目前，用于野外勘探過(guò)程的高光譜分析儀大多為非成像型，分光元器件以光柵為主，采用單點(diǎn)測(cè)量分析方式，比較著名的是美國(guó)光譜分析設(shè)備公司(ASD)的FieldSpec系列近紅外光譜儀。而傳統(tǒng)的高光譜成像光譜儀則主要用于航空遙感及衛(wèi)星遙感，采用堆掃或是擺掃的方式，分光原理一般為棱鏡、光柵分光或者是基于邁克爾遜的時(shí)間調(diào)制型以及基于橫向剪切的空間調(diào)制型。這些成像光譜儀往往需要運(yùn)動(dòng)部件，體積和功耗都較大。不同于傳統(tǒng)的航空或衛(wèi)星遙感高光譜成像，用于礦石樣品掃描的高光譜成像儀，要求分辨率高，快速(靈敏度高)、高穩(wěn)定性和操作簡(jiǎn)便，可以根據(jù)光譜信息，直接用不同顏色或文字標(biāo)出樣品中所包含的不同的礦物種類，既能夠用于平時(shí)的礦物樣品掃描分析，也能用于巖芯的自動(dòng)掃描編錄過(guò)程。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種具有高通量，高信噪比，高穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的新型干涉成像光譜儀，并且將該干涉光譜技術(shù)用于直接的礦石成像分析與掃描。?

本發(fā)明的技術(shù)方法是：?

1.用光譜范圍覆蓋900-2500nm的燈光，如鹵鎢燈，經(jīng)匯聚后，在一定距離內(nèi)照射礦石樣品。?

2.對(duì)反射或散射光進(jìn)行收集和準(zhǔn)直，使入射到成像系統(tǒng)的光，成為平行光。?

3.采用Sagnac型分光法，Sagnac分光部分的設(shè)計(jì)如圖1，將入射光分為2束相干光，兩束光的光程差可表述為2πv.d。?

4.兩束完全相干的光在透鏡后焦平面的HgCdTe面陣探測(cè)器上形成干涉條紋。?

5.將面陣探測(cè)器輸出的的干涉圖像送入處理器，進(jìn)行傅里葉變換分析，最后得到樣品的高光譜圖像。?

為了保證光譜數(shù)據(jù)的精度，我們利用小型的固體激光器對(duì)光程差進(jìn)行定標(biāo)和修正。根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)的干涉光譜儀，包含以下幾個(gè)部分：前置準(zhǔn)直模塊、Sagnac橫向剪切干涉光路模塊(如圖1)、光收集模塊、面陣探測(cè)器、信號(hào)處理系統(tǒng)組合而成。另外，在干涉光路前還設(shè)有定標(biāo)光路模塊，包括小型固體激光器、反射鏡組成。反射鏡是為了將激光引入干涉儀。同時(shí)當(dāng)定標(biāo)光路啟動(dòng)時(shí)，位于前置光學(xué)系統(tǒng)的狹縫關(guān)閉，遮擋主光路的光線，這樣光路中就只有副光路的激光用于定標(biāo)。?

附圖及實(shí)施例：?

圖1為非對(duì)稱sagnac干涉光路，由4塊直角三角形的玻璃組成，第1和第2塊玻璃為完全相同的等邊直角三角形的玻璃，斜邊鍍半反半透分光膜，并粘合在一起。第3塊和第4塊玻璃同樣為完全相同的直角三角形，2個(gè)銳角分別為22.5度和67.5度，斜邊鍍反射膜，并分別如圖非對(duì)稱的放置在垂直光軸的一定距離處，即第3塊與第4塊玻璃，距離分束中心的距離不完全對(duì)稱，其差值為d。例如，第1塊玻璃距離分束中心O的距離為25mm，第2塊玻璃距離分束中心的距離為26mm，則d＝1mm；則Sagnac干涉光路系統(tǒng)能夠?qū)⑷肷涔庋卮怪庇诠廨S方向同向剪切為相距為d的完全相干的2束光，他們的強(qiáng)度相同或相似。4塊玻璃可以方便的固定在方形容器內(nèi)，通過(guò)直角放置，可以快速完成光路的調(diào)整。?

圖2為干涉高光譜成像光譜儀實(shí)施略圖，透鏡1和2，組成前置光學(xué)系統(tǒng)，用于將目標(biāo)發(fā)出的光束進(jìn)行收集和準(zhǔn)直，在1和2之間，還放置有自動(dòng)狹縫，作為光闌，另外，當(dāng)啟動(dòng)定標(biāo)副光路時(shí)，狹縫將自動(dòng)上移，遮閉主光路。圖中3、4即為副光路系統(tǒng)，可用于干涉儀定標(biāo)和調(diào)整。3為小型固體激光器，4為反射鏡片。正常使用時(shí)，固體激光器關(guān)閉，當(dāng)系統(tǒng)自檢以及調(diào)整時(shí)，激光器打開(kāi)，激光進(jìn)入干涉光譜儀，同時(shí)位于前置光學(xué)系統(tǒng)的自動(dòng)狹縫關(guān)閉主光路。干涉儀的標(biāo)定系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)震動(dòng)、溫度、污染等因素造成的光程差變化。收集光學(xué)系統(tǒng)6將剪切后的光束收集到后焦面的探測(cè)器上，并發(fā)生干涉，干涉條紋與剪切方向垂直。干涉的光程差與剪切量d以及探測(cè)器的距離和大小有關(guān)。光程差越大，光譜儀的分辨率越高。探測(cè)器7是干涉信號(hào)的接收器，探測(cè)器為HgCdTe面陣探測(cè)器，面陣探測(cè)器在使用前，需要對(duì)每個(gè)像元進(jìn)行線性標(biāo)定，用于光譜響應(yīng)度的修正；探測(cè)器獲取目標(biāo)的兩維空間信息以及一維光譜信息。信號(hào)處理系統(tǒng)?將得到的兩維空間圖像和像面干涉圖采集下來(lái)，進(jìn)行傅里葉變換分析，從而得到每個(gè)目標(biāo)像元的高光譜圖像，同時(shí)依據(jù)在不同波長(zhǎng)下的高光譜圖像，對(duì)巖石樣品的不同礦物類型進(jìn)行辨識(shí)，并以不同顏色和深淺進(jìn)行標(biāo)識(shí)。在整個(gè)系統(tǒng)中還集成了便攜的光源系統(tǒng)，光源采用能夠覆蓋1000-2500nm的鹵鎢燈，燈光經(jīng)過(guò)匯聚后，照射待分析的礦石樣品。?