[發明專利]一種基于激光誘導擊穿光譜和線性判別的礦物識別方法

在審

• 申請號: 201610239208.8
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN107305187A
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 胡勇;范增偉;郭冬發;董晨;劉桂方;黃秋紅;謝勝凱;譚靖
• 申請（專利權）人: 核工業北京地質研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 核工業專利中心11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明屬于地質勘探領域，具體涉及一種基于激光誘導擊穿光譜和線性判別的礦物識別方法。

背景技術

傳統礦物識別一般通過觀察礦物的物理性質(硬度、顏色、紋路、光澤、裂縫方向和特征、形態、磁性、與鹽酸作用等現象)，輔助偏振光人工識別礦物切片的光學性質等方法，但這些檢測需要分析人員具有豐富的知識和經驗。同時由于人的主觀性，很難保證識別結果的準確性。因此更多的精密分析技術被用于細小的礦物或具有相似物理性質的礦物識別。常用巖石礦物微區特征信息獲取的主要儀器方法有微X射線衍射分析(XRD)、電子探針分析(EMPA)、掃描電子顯微分析(SEM)、激光誘導－電感耦合等離子體質譜分析(LA－ICP－MS)、二次離子質譜分析(SIMS)等。這些技術都提供了獨特、有用的信息，但這些技術需要經驗比較豐富人員操作，有的定量分析精度不高或對大區域內的元素分析效果不好，有的儀器設備昂貴，前處理時間長，對樣品具有破壞性。目前對于礦物的快速識別方法主要是指紋區識別法，該方法通過選取重要峰位點或一段感興趣區域獲得樣品的定性結果，該方法需要準確判斷指紋區，同時每一種礦物樣品的指紋區又不盡相同，這給實際操作方法帶來了困難。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于激光誘導擊穿光譜(Laser Induced Breakdown Spectroscopy：LIBS)和線性判別的礦物識別方法，該方法通過采集一定數量的分析樣品構成訓練樣本，通過統計模式算法獲取樣品內在空間結構 信息，實現礦物樣品的快速、準確分析和區別。

為解決上述技術問題，本發明一種基于激光誘導擊穿光譜和線性判別的礦物識別方法，包括以下步驟：

步驟一、基于LIBS光學系統進行數據采集；

步驟二、對采集的數據，通過三次樣條插值算法修正各種譜圖波長，使其一致；

步驟三、對平滑后的光譜數據進行標準正態變量校正，得到標準正態變量校準后的光譜；

步驟四、利用線性判別分析方法對經過標準正態變量校正后的光譜數據進行特征提取和聚類分析。

所述的步驟三中，進行標準正態變量校正利用如下公式：

其中X_i為第i個礦物樣品光譜變量的平均值，k＝1,2,...,m，m為波長點數，X_i,SNV為經過標準正態變量校準后的光譜，X_i,k為第i個樣品中，第k個波長處的計數。

本發明的有益技術效果在于：本發明是一種簡單、快捷的光譜測試和分析手段；本發明可實現實時測量和同時對多種礦物樣品進行分析；本發明無須煩瑣的樣品前處理過程；本發明對樣品尺寸、形狀及物理性質要求不嚴格，可分析不規則樣品；本發明具有高靈敏度與高分辨率，線性判別分析算法可以有效提高識別精度。

本發明通過搭建的LIBS系統對五類賀蘭石樣品進行光譜采集，利用三次樣條插值及標準正態變量校正等方法對光譜數據進行預處理，通過線性判別分析 方法對上述采集數據進行聚類分析，實現了五類賀蘭石樣品的快速、準確識別。說明了基于激光誘導擊穿光譜技術結合線性判別分析方法用于礦物識別的有效性和正確性。

附圖說明

圖1為：光譜儀獲取賀蘭石信號；

圖2為：各種插值方法比較；

圖3為：技術方案流程圖；

圖4為：125444樣本均值譜圖；

圖5為：125445樣本均值譜圖；

圖6為：125446樣本均值譜圖；

圖7為：125447樣本均值譜圖；

圖8為：125448樣本均值譜圖；

圖9為：SNV后五類樣本均值譜圖；

圖10為：五類賀蘭石樣品LDA聚類分析(2D表示)；

圖11為：五類賀蘭石樣品測試結果。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

本發明一種基于激光誘導擊穿光譜和線性判別的礦物識別方法，包括以下步驟：

步驟一、基于LIBS光學系統進行數據采集，采用國產激光器搭建一套微區特征LIBS快速識別技術實驗系統，該系統的組成為光譜儀探頭，8mm聚焦透鏡，樣品池，激光器的組成為:紫外固體激光器(Nd－YAG，有效輸出能量為8mJ，光導纖維CCD光譜儀：Avaspec－2048FT－4－DT四通道)以及控制計算 機一臺。為了產生擊穿等離子體光譜，相應參數調節可以為：

●充電電壓：600V-900V