一种聚光系统及其聚光方法与流程

本发明涉及矿石检测技术领域，特别是一种聚光系统及其聚光方法。

背景技术：

阴极发光是固体物质的一种表面物理荧光现象，固体样品的表面在阴极射线(快速电子束)轰击下，由电能转化成光辐射后，产生的一种发光现象。由于带能量的电子束是从阴极发射出来，经阳极电压加速而获得，故称阴极发光。这种发光只在电子束激发时才能观察到，按照发光类型，它属于荧光发光类型，一般涉及物质的深度不超过10μm，是由物体表面辐射的光，其发光波谱多数为可见光范畴，波长多在400～760nm之间。1879年，crookes首次发现并介绍了阴极发光现象；1965年，smith等人将阴极发光技术和光学显微镜相结合，于是开始了阴极发光技术在地球科学，医学，考古学，材料学等领域的广泛应用，特别是在矿物学领域。矿物由于晶体结构缺陷，如晶体空间群的对称性被破坏、阴阳离子的空位、原子和分子填隙的空位、原子的无序分布、空位和杂质的聚集体等，都可能导致阴极发光，因此研究矿物的阴极发光能够帮助人们辨认矿物，是常用的岩矿分析测试手段之一。目前的阴极发光仪通常都是和光学显微镜相结合使用的，能够显示矿物的颜色，给出矿物的图像，但是不能对阴极发光的光谱进行定量的测量。

专利文献cn103999185a公开的一种在电子显微镜中采集电子辐射下试样的阴极发光的装置包括：有试样平面的试样的托架；光采集镜；有表面的光纤传输电缆；其中：所述光采集镜包括用于采集所述试样光的反射椭球表面，所述椭球表面包括椭球的一部分，所述椭球在所述试样处具有第一焦点，在所述光纤电缆表面具有第二焦点；所述椭球在所述焦点之间有轴线，所述轴线相对于所述试样平面倾斜。该专利采用电子显微镜采集阴极发光，但该专利不能对阴极发光的光谱进行定量的测量，且采集强度低和精度差。

专利文献cn105280465a公开的一种用于在带电粒子束系统内使用的静电透镜包括：相互间隔以限定光轴的多个聚焦元件，所述带电粒子束沿着所述光轴行进穿过所述透镜并且行进到紧密邻近所述透镜放置的样品上，导致来自样品的放射物被往回辐射穿过所述透镜，其中，所述元件中的至少一个对于所述放射物是透射性的；以及用于检测所述放射物的至少一个检测器。该专利采用静电透镜检测，但该专利不能对阴极发光的光谱进行定量的测量，且采集强度低和精度差。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

鉴于上述问题，目前的阴极发光仪通常都是和光学显微镜相结合使用，能够显示矿物的颜色，给出矿物的图像，但是不能对阴极发光的光谱进行定量的测量。为了能够定量的测量阴极发光光谱，同时提高采集信号的强度，发明人提供了一种聚光系统和聚光方法，可以对阴极发光仪的光信号进行聚焦后输入到光纤光谱仪且提高了仪器的测量精度。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一方面，一种聚光系统包括阴极发光仪、聚光器和光纤光谱仪，所述聚光器连接所述阴极发光仪和光纤光谱仪，所述阴极发光仪包括阴极电子枪和发出光线的探测窗口，所述光纤光谱仪包括光纤探头和光谱仪，所述聚光器包括用于接收来自所述探测窗口的光线的第一聚光部分和用于固定连接所述光纤探头的第二聚光部分，所述第一聚光部分设有中空的第一本体和用于连接所述探测窗口的探测表面，所述探测表面上设有安装透镜的第一槽，所述第一本体的中空内表面设有内螺纹，所述第二聚光部分设有用于容纳光纤探头的光纤部分的中空的第二本体和设有第二槽的端表面，所述第二槽容纳所述光纤探头的探头部分，所述第二本体的外表面设有外螺纹，所述探测窗口、透镜、第一本体和光纤探头形成聚光光路，所述外螺纹啮合所述内螺纹以调节所述光纤探头和所述透镜之间的距离。

所述的聚光系统中，所述第一槽设有固定透镜的第一固定件，所述第二槽设有固定所述探头部分的第二固定件。

所述的聚光系统中，所述第一固定件和/或第二固定件为可解锁的锁止件以锁紧和放开所述透镜或探头部分。

所述的聚光系统中，所述探测表面和所述探测窗口接触使得聚光器稳定连接在所述阴极发光仪上，所述端表面的长度大于所述第一槽的直径以避免所述端表面接触所述透镜。

所述的聚光系统中，所述外螺纹和所述内螺纹为三角螺纹。

所述的聚光系统中，所述第一聚光部分为中空的螺母件，第一本体包括直径为透镜直径的1-5倍的第一中空部分，所述第一槽直径等于透镜的直径且深度为透镜焦距的2-10倍；所述第二聚光部分为中空螺杆件，第二本体包括直径为探头直径的1-20倍的第二中空部分，所述第二槽直径等于探头直径。

所述的聚光系统中，第一本体包括直径20毫米且深度为30毫米的第一中空部分，所述第一槽直径为10毫米且深度5毫米，所述透镜的直径为10毫米且焦距1毫米；第二本体包括直径为10毫米且深度为75毫米的第二中空部分，所述第二槽直径为3.5毫米且深度为5毫米。

所述的聚光系统中，所述聚光系统设有处理设备，所述处理设备连接所述光纤光谱仪，所述光纤光谱仪将光信号转换为电信号发送到所述处理设备，所述处理设备包括用于处理数据的处理器、用于存储数据的存储器和用于显示数据的显示界面，其中，所述处理器为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom。

根据本发明的另一方面，一种利用所述的聚光系统的聚光方法包括以下步骤：

在第一步骤中，将探头部分固定在所述第二槽，将透镜放在探测窗口，然后将聚光器放置在透镜上，让透镜和第一槽固定。

在第二步骤中，通过旋转内、外螺纹以调节探头部分和所述透镜之间的距离。

在第三步骤中，阴极发光仪发出光线经由探测窗口、透镜、第一本体和光纤探头形成的聚光光路传输到光纤光谱仪。

在所述的聚光方法中，在第四步骤中，所述光纤光谱仪将光信号转换为电信号发送到所述处理设备，处理后的数据通过显示界面显示。

本发明的聚光系统能对阴极发光的光谱进行定量的测量，同时提高采集信号的强度，聚光系统可以对阴极发光仪的光信号进行聚焦后输入到光纤光谱仪且提高了仪器的测量精度和采集强度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的聚光系统的结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的聚光系统的第二聚光部分的结构示意图；

图3是根据本发明另一个实施例的聚光系统的第一聚光部分的结构示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的聚光系统的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的利用聚光系统的聚光方法的步骤示意图；

图6是根据本发明另一个实施例的利用聚光系统的聚光方法的步骤示意图；

图7是根据本发明一个实施例的聚光方法获得的钾长石阴极发光光谱图；

图8是根据本发明一个实施例的聚光方法获得的钠长石阴极发光光谱图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的一个实施例的聚光系统的结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种聚光系统，所述聚光系统包括阴极发光仪1、聚光器2和光纤光谱仪3，所述聚光器2连接所述阴极发光仪1和光纤光谱仪3，所述阴极发光仪1包括阴极电子枪4和发出光线的探测窗口5，所述光纤光谱仪3包括光纤探头6和光谱仪7。

如图2所示的聚光系统的第二聚光部分的结构示意图和图3是所示的聚光系统的第一聚光部分的结构示意图，所述聚光器2包括用于接收来自所述探测窗口5的光线的第一聚光部分8和用于固定连接所述光纤探头6的第二聚光部分9，所述第一聚光部分8设有中空的第一本体10和用于连接所述探测窗口的探测表面11，所述探测表面11上设有安装透镜12的第一槽13，所述第一本体10的中空内表面设有内螺纹14，所述第二聚光部分9设有用于容纳光纤探头6的光纤部分的中空的第二本体15和设有第二槽16的端表面17，所述第二槽16容纳所述光纤探头6的探头部分，所述第二本体15的外表面设有外螺纹18，所述探测窗口5、透镜12、第一本体10和光纤探头6形成聚光光路，所述外螺纹18啮合所述内螺纹14以调节所述光纤探头6和所述透镜12之间的距离。

本发明的聚光系统利用可进行岩矿分析测试的阴极发光仪对样品进行阴极发光，利用激光器显著地提高了了采集信号强度，克服了现有技术中不能对阴极发光的光谱进行定量的测量的技术问题，本发明通过聚光器调节光纤探头6和透镜之间的距离，对阴极发光仪的光信号进行聚焦后输入到光纤光谱仪，进一步提高了仪器的测量精度，可以定量测量矿物的阴极发光光谱，本发明进一步地通过处理设备对数据进行分析，相比现有技术，显著提高了测量精度和应用范围。

本发明的聚光系统的一个优选实施例中，所述第一槽13设有固定透镜12的第一固定件，所述第二槽16设有固定所述探头部分的第二固定件。这进一步提高了系统的稳定性从而提高了本系统的耐用性。

本发明的聚光系统的一个优选实施例中，所述第一固定件和/或第二固定件为可解锁的锁止件以锁紧和放开所述透镜12或探头部分。这方便本系统更换不同的透镜和探头。

本发明的聚光系统的一个优选实施例中，所述探测表面11和所述探测窗口5接触使得聚光器2稳定连接在所述阴极发光仪1上，所述端表面17的长度大于所述第一槽13的直径以避免所述端表面17接触所述透镜12。

本发明的聚光系统的一个优选实施例中，所述外螺纹18和所述内螺纹14为三角螺纹。

本发明的聚光系统的一个优选实施例中，所述第一聚光部分8为中空的螺母件，第一本体10包括直径为透镜直径的1-5倍的第一中空部分，所述第一槽13直径等于透镜的直径且深度为透镜焦距的2-10倍；所述第二聚光部分9为中空螺杆件，第二本体15包括直径为探头直径的1-20倍的第二中空部分，所述第二槽16直径等于探头直径。通过研究，本实施例的聚光系统能够使用大部分的透镜，且聚光效果和应用范围得到了较好的平衡。

本发明的聚光系统的一个优选实施例中，第一本体10包括直径20毫米且深度为30毫米的第一中空部分，所述第一槽13直径为10毫米且深度5毫米，所述透镜12的直径为10毫米且焦距1毫米；第二本体15包括直径为10毫米且深度为75毫米的第二中空部分，所述第二槽16直径为3.5毫米且深度为5毫米。本实施例的聚光系统是透镜为10毫米且焦距1毫米情况下，得到的最佳尺寸。

参见图4，图4是本发明的聚光系统一个实施例，所述聚光系统包括阴极发光仪1、聚光器2和光纤光谱仪3，所述聚光器2连接所述阴极发光仪1和光纤光谱仪3，所述阴极发光仪1包括阴极发光器4和发出光线的探测窗口5，所述光纤光谱仪3包括光纤探头6和光谱仪7，所述聚光器2包括用于接收来自所述探测窗口5的光线的第一聚光部分8和用于固定连接所述光纤探头6的第二聚光部分9，所述第一聚光部分8设有中空的第一本体10和用于连接所述探测窗口的探测表面11，所述探测表面11上设有安装透镜12的第一槽13，所述第一本体10的中空内表面设有内螺纹14，所述第二聚光部分9设有用于容纳光纤探头6的光纤部分的中空的第二本体15和设有第二槽16的端表面17，所述第二槽16容纳所述光纤探头6的探头部分，所述第二本体15的外表面设有外螺纹18，所述探测窗口5、透镜12、第一本体10和光纤探头6形成聚光光路，所述外螺纹18啮合所述内螺纹14以调节所述光纤探头6和所述透镜12之间的距离，所述聚光系统设有处理设备19，所述处理设备19连接所述光纤光谱仪3，所述光纤光谱仪3将光信号转换为电信号发送到所述处理设备19，所述处理设备19包括用于处理数据的处理器20、用于存储数据的存储器21和用于显示数据的显示界面22，其中，所述处理器20为通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路asic或现场可编程门阵列fpga，所述存储器21可以包括一个或多个只读存储器rom、随机存取存储器ram、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器eeprom。

图5是根据本发明一个实施例的利用聚光系统的聚光方法的步骤示意图，聚光方法包括以下步骤。

在第一步骤s1中，将探头部分固定在所述第二槽16，将透镜12放在探测窗口5，然后将聚光器2放置在透镜上，让透镜和第一槽13固定。

在第二步骤s2中，通过旋转内、外螺纹以调节探头部分和所述透镜12之间的距离。

在第三步骤s3中，阴极发光仪1发出光线经由探测窗口5、透镜12、第一本体10和光纤探头6形成的聚光光路传输到光纤光谱仪3。

在聚光方法中，首先将光纤光谱仪的光纤探头插入到聚光系统中固定，然后将透镜放置在阴极发光仪的探测窗口，接着将整个聚光系统放在透镜上面图5，同时可以微调聚光系统中光纤头到透镜的距离，调焦之后进行实际测量。

图6是根据本发明另一个实施例的利用聚光系统的聚光方法的步骤示意图，聚光方法包括以下步骤。

在第一步骤s1中，将透镜12固定安装在所述第一槽13，将探头部分固定在所述第二槽16。

在第二步骤s2中，通过旋转内、外螺纹以调节探头部分和所述透镜12之间的距离。

在第三步骤s3中，阴极发光仪1发出光线经由探测窗口5、透镜12、第一本体10和光纤探头6形成的聚光光路传输到光纤光谱仪3。

在第四步骤s4中，所述光纤光谱仪3将光信号转换为电信号发送到所述处理设备19，处理后的数据通过显示界面22显示。

为了进一步说明本方法的改进和特点，如图7所示的聚光方法获得的钾长石阴极发光光谱图和图8所示的聚光方法获得的钠长石阴极发光光谱图，可以看出，本发明得到的钾长石阴极发光光谱图和钠长石阴极发光光谱图均显著强于现有技术，这说明本发明提供了显著的聚光效果。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。