CN111624218B - 非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，包括如下步骤：将样品固定，检测样品的位置和表面特征并生成样品立体几何模型；根据样品的立体几何模型选择待测样品所需分析的空间范围或模型的表面区域；设置测量参数、探测设备的运行轨迹和检测位点和可达微米级的X射线聚焦的光斑直径；根据设定的运行轨迹上的每个分析点的元素特征谱线，给出选定所需了解的元素的含量，并根据所测面或整个固体样品表面上每个点的元素含量获得该样品所测表面、待测区域，或完整样品表面的元素含量的表面空间分布特征。本发明的分析方法能够实现对化石和文物(如猿人头骨，花瓶或立体文物)表面元素进行非破坏性自动分析的目标。
Description
技术领域
本发明涉及化石和文物的非破坏性化学成分自动分析技术领域，尤其涉及一种非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法。
背景技术
文物和化石表面的化学成分及其分布特征分析对于了解这些材料的来源、特征、结构及历史(李俊锋，万晓霞,2018)，以及对文物的复原和修复(熊樱菲等2010；李涛,2010)、生物演化以及古代地球环境研究(李酉兴，2000；李涛等，2008；Dumont等,2009)具有重要意义，有研究者甚至可以根据油画不同位置和层面颜料的使用顺序，探索作者的艺术思想和创作过程(De Meyer等，2019)。
现有的分析装备通常要求将待测样品研磨成固体粉末并作压片处理，这种破坏性的处理方式无法达到文物或化石等要求保存完好样品的检测要求。常规的样品非破坏分析是将待测样品处理成平面，放入分析设备专用的样品仓内(吉昂等，2005；冯彩霞等，2007；张文诚等，2019)，由于分析设备和样品仓的空间限制，这种方法难以处理大型样品如恐龙化石。对于需要测定三维表面元素组成特征的样品，如文物陶罐或猿人头骨等(Buddhachat等.,2016；Nganvongpanit等.,2017)，则更难处理。现有的非破坏性分析通常只能对微小样品的均匀表面进行小区域扫描或单点分析(如电子显微镜及其能谱分析)，而高能粒子荧光能谱设备只能对较大面积的平面样品或球面样品进行无损元素分析，对于具有不规则表面的大型文物和大型化石(如数吨重的恐龙骨骼化石)则不适用，严重阻碍了科研的发展和对早期文明的探索等。
微束X射线荧光扫描是近年来发展的新兴技术(程琳等，2011；Church等,2016；Manukyan等，2016；Hampai等，2017)，可在小型样品仓内对平面化石或小陶瓷片进行扫描检测。其分析面积相对于电镜扫描能谱分析有大幅提高，但受限于微小面积的检测设定，依然无法达到检测大面积样品的要求。且现有常用设备只能进行固定分辨率的检测，不能对X射线光斑大小进行调整，因此若有超出仪器预设分辨率之外的检测需求，则不能满足，即对大型化石或文物进行微米级扫描时，需要耗费数月或数年时间。
目前德国的Bruker Nano公司开发出一种三轴运动XRF分析仪(Alfeld等，2013；Vandivere等，2019)，可以对平面样品的化学元素表面特征进行分析(Bergmann等，2012)，但对于不规则样品的化学元素组成特征则无法分析或误差极大，更无法处理粗糙样品表面漫反射所造成的巨大分析误差(吉昂等，2005；Beckhoff等，2007)。
上文中提到的参考文献具体如下(按作者姓名首字母顺序排列)：
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发明内容
为解决现有的技术问题，本发明提供了一种非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，
基于操作界面模块，软硬件通讯模块、探测设备移动控制模块、探测设备、多通道数据分析模块、数据定性定量分析模块、数据图像处理模块、样品表面几何特征采集分析模块和样品表面漫反射校正模块实现，探测设备包括X射线光管及控制器、X射线透镜及控制器、X荧光能谱接收器及控制器；
操作界面模块通过软硬件通讯模块分别与探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器、X射线透镜及控制器、X荧光能谱接收器及控制器相连；操作界面模块还与多通道数据分析模块、数据定性定量分析模块、数据图像处理模块、样品表面几何特征采集分析模块和样品表面漫反射校正模块相连；操作界面模块进行控制信息的配置和数据处理，并且直接接收多通道数据分析模块的分析数据，或者通过软硬件通讯模块与其他模块相连并对各模块进行控制；
X射线光管及控制器包括X光发射器及X光管的电流电压控制单元，该单元可以根据分析样品所测元素的特征，确定X光发射器发射的强度和波长；X射线透镜及控制器聚焦X光射线并调整透镜与样品的距离，以在样品表面形成光斑；X荧光能谱接收器及控制器用于采集X光数据并通过多通道数据分析模块发送至操作界面模块；多通道数据分析模块用于将检测过程中所有采集到的数据上传到操作界面模块，样品表面漫反射校正模块对样品的所有侧面及不规则表面型扫描分析，对检测结果进行校正；
该分析方法包括如下步骤：
S1，将化石或文物样品固定，通过数据图像处理模块和/或样品表面几何特征采集分析模块检测样品的位置和表面特征，通过操作界面模块生成样品立体几何模型；
S2，操作界面模块根据样品的立体几何模型选择待测样品所需分析的空间范围或模型的表面区域；
S3，通过人工手动选择或者操作界面模块设置测量参数、探测设备的运行轨迹和检测位点和可达微米级的X射线聚焦的光斑直径，并将测量参数发送至探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器、X射线透镜及控制器、X荧光能谱接收器及控制器；
S4，根据设定的运行轨迹上的每个分析点的元素特征谱线，给出选定所需了解的元素的含量，并根据所测面或整个固体样品表面上每个点的元素含量获得该样品所测表面、待测区域或完整样品表面的元素含量的表面空间分布特征。
进一步的，S1中将样品固定在样品台上，通过数据图像处理模块和/或样品表面几何特征采集分析模块检测样品的位置、立体图像和形状特征，将生成的立体几何模型传输至操作界面模块；S2中通过人工手动选择或通过操作界面模块自动选择待测样品所需分析的空间范围或模型的表面区域。
进一步的，样品表面几何特征采集分析模块包括激光雷达或激光测距仪，激光雷达或激光测距仪通过激光与样品表面的距离确定样品表面各处位置信息，将接收到的数据传输至操作界面模块进行数据处理，从而获得该样品的三维立体结构空间特征模型。
进一步的，S3中通过操作界面模块或人工设置的测量参数包括探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器、X射线透镜及控制器、X荧光能谱接收器及控制器的参数并将测量参数通过软硬件通讯模块传输至对应模块，X射线光管及控制器、X射线透镜及控制器、X荧光能谱接收器及控制器分别设置在探测设备移动控制模块的前端并受探测设备移动控制模块控制；探测设备移动控制模块控制X射线透镜的聚焦光斑大小、X荧光能谱接收器及控制器移动至待测样品的表面法线方向、调整X荧光能谱接收器及控制器与待测样品之间的距离以及在空间中不同方向进行运动。
进一步的，S3中确定测量参数时，采用样品表面漫反射校正模块对X荧光测量的漫反射偏差进行校正，样品表面漫反射校正模块以非破坏性激光束照射到样品表面，通过该光束在样品表面的反射特征获得漫反射及角度散射的衰减特征参数，反射特征通过传感器接收反射强度确定，从而对X荧光测量中的表面特征干扰进行校正，当X荧光接收器无法到达所测表面的法线方向时，漫反射校正模块对非法线方向的数据接收进行校正。
进一步的，S3中X射线光管及控制器包括X光发射器和X光管电流电压控制单元，X光管电流电压控制单元根据待分析样品元素的物理特征控制X光发射器，电流电压控制单元调节X光发射器发射的X光的强度和波长并控制X光的运动；X荧光能谱接收器采集到的数据传输到多通道数据分析模块，多通道数据分析模块将采集到的数据传输至操作界面模块。
进一步的，S4中通过数据定性定量分析模块根据标样元素的荧光强度和对应元素的浓度确定所需了解的元素的含量标准曲线，通过软硬件通讯模块将分析结果输出至操作界面模块。
进一步的，测量过程中通过照相成像模块对系统工作状态进行记录，照相成像模块设置在探测设备移动控制模块的前端，照相成像模块包括摄像头，摄像头实时记录显示设备运行状态及所测位置的图像特征并且将图像实时显示，照相成像模块同时将采集的表面图像融合到立体化石及文物的几何模型上。
进一步的，测量过程中的数据传输模式包括串口总线485、USB总线、PCI总线、以太网或者CAN总线，软硬件通讯模块将传感器所采集的数据传输到操作界面模块、并由操作界面模块将执行命令传输至执行器和数据采集器。
进一步的，根据测量的精度要求调整X射线的光斑，当需要微米级高分辨率检测时，通过X射线透镜及控制器和探测设备移动控制模块将X射线光斑调小至微米级。
本发明得到中国科学院战略性先导科技专项(XDB26000000)、国家自然科学基金委(NSFC)的资助，以及现代古生物学与地层学国家重点实验室(南京地质古生物研究所)的协助。
本发明的有益效果：采用本发明的分析方法，能够在不破坏待测物体结构的基础上对物体的形状进行三维立体建模，基于立体建模设置测量参数和测量范围，通过对物体所有侧面和不规则表面的扫描分析获得固体材料表面化学元素组成及其准确含量的分布特征，实现对化石和文物(如猿人头骨，花瓶或立体文物)表面元素进行非破坏性自动分析的目标。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。
图1为本发明的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法的示意图；
图2为本发明的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法中系统组成图；
图3为采用本发明的分析方法得到的检测结果示意图1；
图4为采用本发明的分析方法得到的检测结果示意图2。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例公开了一种非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其中采用的装置和方法如下：
本申请采用的设备主要包括操作界面模块1，软硬件通讯模块2、照相成像模块3、探测设备移动控制模块4、X射线光管及控制器5、X射线透镜及控制器6、X荧光能谱接收器及控制器7、多通道数据分析模块8、数据定性定量分析模块9、数据图像处理模块10、样品表面几何特征采集分析模块11、样品表面漫反射校正模块12，其中，X射线光管及控制器5、X射线透镜及控制器6、X荧光能谱接收器及控制器7为探测设备。
其中，操作界面模块1通过软硬件通讯模块2分别与照相成像模块3、探测设备移动控制模块4、X射线光管及控制器5、X射线透镜及控制器6、X荧光能谱接收器及控制器7相连；操作界面模块1还与多通道数据分析模块8、数据定性定量分析模块9、数据图像处理模块10、样品表面几何特征采集分析模块11和样品表面漫反射校正模块12相连。操作界面模块1主要进行相关控制信息的配置和数据处理，并且直接接收多通道数据分析模块8的分析数据，或者通过软硬件通讯模块2与其他模块相连并对各模块进行控制。
软硬件通讯模块2用于数据通讯，测量过程中的传输模式包括串口总线485、USB总线、PCI总线、以太网或者CAN总线，软硬件通讯模块2将传感器(包括X射线荧光能谱探测器、防碰撞探测器、距离传感器等)所采集的数据传输到操作界面模块1、并由操作界面模块1将执行命令传输至执行器(如运动控制器、X光管控制器等)和数据采集器(如激光雷达、位置和距离采集器、各种执行器和传感器等)。
多通道数据分析模块8用于将检测过程中所有采集到的数据传输至操作界面模块1，供使用者查看综合分析结果。
该分析方法包括如下步骤：
S1，将化石或文物样品固定，通过数据图像处理模块和/或样品表面几何特征采集分析模块检测样品的位置和表面特征，通过操作界面模块生成样品立体几何模型；
S2，操作界面模块根据样品的立体几何模型选择待测样品所需分析的空间范围或模型的表面区域；
S3，通过人工手动选择或者操作界面模块设置测量参数、探测设备的运行轨迹和检测位点和可达微米级的X射线聚焦的光斑直径，并将测量参数发送至探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器、X射线透镜及控制器、X荧光能谱接收器及控制器；
S4，根据设定的运行轨迹上的每个分析点的元素特征谱线，给出选定所需了解的元素的含量，并根据所测面或整个固体样品表面上每个点的元素含量获得该样品所测表面、待测区域或完整样品表面的元素含量的表面空间分布特征。S1中检测样品的位置和表面特征并生成样品立体几何模型是通过数据图像处理模块10和/或样品表面几何特征采集分析模块11实现的。图像及图形处理模块获取固体材料样品的立体图像和形状特征，所获取的特征经分析后将用于样品检测中外形参数的构建，从而确定待测区域及精度范围，以确保采用合理的扫描途径及安全的运动轨迹。本实施例中样品表面几何特征采集分析模块11包括激光雷达或激光测距仪，激光雷达或激光测距仪通过向固体样品发送激光，确定与样品表面各处的距离，从而获得样品表面各点的位置信息。激光雷达或激光测距仪将所测得的数据传输到操作界面模块1进行处理。
操作界面模块1根据收集到的固体样品立体结构数据生成该样品的三维立体结构空间特征模型，S2中，操作界面模块1根据该模型确定样品表面的待测空间范围或模型的表面区域。
S3中，人工手动选择或者操作界面模块1根据确定的待测空间范围或表面区域设置测量参数，该测量参数主要是针对各执行器，如探测设备移动控制模块4、X射线光管及控制器5、X射线透镜及控制器6、X荧光能谱接收器及控制器7。
本实施例中，探测设备移动控制模块4是指空间及角度可调运动控制器，X射线光管及控制器5、X射线透镜及控制器6、X荧光能谱接收器及控制器7设置在其前端。
X射线光管及控制器5包括X光发射器及X光管的电流电压控制单元，该单元可以根据分析样品所测元素的特征，确定X光发射器发射的强度和波长。X射线透镜及控制器6是指X光透镜及距离控制器，用于聚焦X光射线并调整透镜与样品的距离，以在样品表面形成合适的光斑。X荧光能谱接收器及控制器7用于采集X光数据并发送至多通道数据分析模块8。
探测设备移动控制模块4用于将X射线透镜的聚焦光斑以及X射线荧光能谱探测器移动到固体材料样品所测位置的表面法线方向，并调节与所测位置的距离，从而获得可靠的样品表面元素的组成和含量特征。该模块同时具有对样品的防碰撞功能。该模块可以加装X射线透镜的独立运动控制单元，以进一步调节X射线光斑的大小，以适应各种样品所需的检测分辨率。
探测设备移动控制模块4控制X射线光管及控制器5的X光发射器与样品的距离以及X射线透镜及控制器6的X射线的光斑。其控制指令从操作界面模块1通过软硬件通讯模块2发出，包括X光管的开关、电流和电压，控制X光管发射的X光强度和波长。X荧光能谱接收器将采集到的数据传输到多通道数据分析模块8进行处理。探测设备移动控制模块4控制X射线透镜及控制器6的X射线透镜与样品的距离，从而控制X射线光斑的大小，其分析所需的光斑直径可达微米级。
本实施例的探测设备移动控制模块4可通过以上两种方法来调整X射线光斑，在实际检测分析过程中，可根据不同的分辨率(如毫米级或微米级)的检测需求，选择独立或者联合控制X射线光斑大小，能够适应不同环境下不同种类样品的检测需求，且节约了扫描分析的时间。
S3中为了提高检测的准确性，通过样品表面漫反射校正模块12对样品的所有侧面及不规则表面型扫描分析，对检测结果进行校正。由于样品的每一个位置的校正值与x光管方向及传感器位置和方向有关。一个确定的样品表面特征(包括表面光泽度，距离和角度)与x光管及传感器之间的相对位置和角度差会有一个确定的校正系数，该校正系数即用激光检测获得并且用于对XRF(X射线荧光分析仪)分析数据进行校正。本实施例中，样品表面漫反射校正模块12以非破坏性激光束照射到样品表面，通过该光束在样品表面的反射特征(反射特征可用传感器接收反射强度来测定)，获得漫反射及角度散射的衰减特征参数，从而对X荧光测量中的表面特征干扰进行校正。通过样品表面漫反射校正模块12的校正，使得X荧光能谱接收器及控制器7检测的误差减小，其具体过程是：X荧光能谱接收器及控制器7将检测数据经过多通道数据分析模块8输入至操作界面模块1,操作界面模块1根据几何模型和表面漫反射校正模块12对X荧光能谱接收器及控制器7的数据进行处理。
S4中，设定的运行轨迹上的每个分析点的元素特征谱线是通过数据定性定量分析模块9实现的，数据定性定量分析模块9用于制作不同元素含量的标准曲线，根据标样元素的荧光强度和对应元素的浓度确定标准曲线。在检测过程中，可以固定间隔(时间/样品数)插入标样，也可根据检测需要随时插入标样，以校正检测过程中可能出现的检测值漂移。分析时选择需要分析的样品区域如某一表面、某一区域或者完整表面，选定需要了解或研究的元素，即可根据检测到的固体样品表面每个点的元素含量生成对应的元素含量表面空间分布特征，实现文物与化石表面元素的无损化分析。
本实施例优选的，还设置了照相成像模块3，主要用于测量期间实时显示设备运行状态以及所测位置的图像特征，并且将各设备运行的实时影像向操作者演示。一方面能够起到监控记录效果，实时显示执行器工作状态，方便操作者观察记录；另一方面能够实现不同场景下、不同规格的样品的测量记录，对于非实验室场景下的元素分析，使用者同样能够直观观察到各设备的运动过程，扩大了本方法的使用场景范围。照相成像模块3同时可用于将采集的表面图像融合到立体化石及文物的几何模型上(如：颜色、纹路等，可以获得真正的文物或化石的图像)。
本实施例公开的分析方法，采用小型及微型元器件，如微型X光管，使得将这些高集成度的轻型元器件安装在探测设备移动控制模块中成为可能。前端的元器件在探测设备移动控制模块的驱动下可以在不同方向上进行运动，从而实现对三维立体样品各个待测面化学元素组成的扫描。同时，通过样品表面几何分析模块获得样品的三维模型及空间位置，在精确计算出运动轨迹后，由X射线光管及控制器5、X荧光能谱接收器及控制器7联合完成对样品的扫描和测量。我们还可以通过改变X光管与样品的位置，或X射线透镜与样品的距离，来改变X射线照射光斑的大小控制所需分辨率，以符合不同用户对不同样品的检测分辨率要求，再结合漫反射校正模块获得该点的化学元素含量或组成，并根据每个点的空间几何位置，给出所测样品表面的元素组成分布特征。
如图3所示为本实施例的一个应用结果示意图，该图为对狼鳍鱼化石进行检测并得到元素分布示意图。其中，左边为待测样品狼鳍鱼化石，右边为其中的Fe元素的含量分布，可以看出，其中铁元素主要分布在狼鳍鱼化石的头部和腹部(颜色越深表示该区域含量越高)。可以看出，采用本实施例的方法，得到的元素含量分布图的形状与狼鳍鱼化石的形状大致相同，且元素的含量分布符合实际情况。
如图4所示为本实施例的另一个应用结果示意图，该图为对贵州龙化石进行检测并得到元素分布示意图。其中，左边为待测样品贵州龙化石，右边为Ca元素含量分布图，在结果图中元素的含量越高，则在图中显示的颜色越深，图4中贵州龙化石躯干部分的颜色较深，表示贵州龙化石躯干中Ca元素含量高，符合贵州龙体内Ca元素含量分布的实际情况。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：
基于操作界面模块，软硬件通讯模块、探测设备移动控制模块、探测设备、多通道数据分析模块、数据定性定量分析模块、数据图像处理模块、样品表面几何特征采集分析模块和样品表面漫反射校正模块实现，探测设备包括X射线光管及控制器一、X射线透镜及控制器二、X荧光能谱接收器及控制器三；
操作界面模块通过软硬件通讯模块分别与探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器一、X射线透镜及控制器二、X荧光能谱接收器及控制器三相连；操作界面模块还与多通道数据分析模块、数据定性定量分析模块、数据图像处理模块、样品表面几何特征采集分析模块和样品表面漫反射校正模块相连；操作界面模块进行控制信息的配置和数据处理，并且直接接收多通道数据分析模块的分析数据，通过软硬件通讯模块与其他模块相连并对各模块进行控制；
探测设备移动控制模块是指空间及角度可调运动控制器，X射线光管及控制器一包括X光发射器及X光管的电流电压控制单元，该单元可以根据分析样品所测元素的特征，确定X光发射器发射的强度和波长；X射线透镜及控制器二聚焦X光射线并调整透镜与样品的距离，以在样品表面形成光斑；X荧光能谱接收器及控制器三用于采集X光数据并通过多通道数据分析模块发送至操作界面模块；多通道数据分析模块用于将检测过程中所有采集到的数据上传到操作界面模块，样品表面漫反射校正模块对样品的所有侧面及不规则表面型扫描分析，对检测结果进行校正；
该分析方法包括如下步骤：
S1，将化石或文物样品固定，通过数据图像处理模块和/或样品表面几何特征采集分析模块检测样品的位置和表面特征，通过操作界面模块生成样品立体几何模型；
S2，操作界面模块根据样品的立体几何模型选择待测样品所需分析的空间范围或模型的表面区域；
S3，人工手动选择或者操作界面模块根据确定的待测空间范围或表面区域设置测量参数，包括探测设备的运行轨迹、检测位点和可达微米级的X射线聚焦的光斑直径，该测量参数针对各执行器，将测量参数发送至探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器一、X射线透镜及控制器二、X荧光能谱接收器及控制器三；
确定测量参数时，采用样品表面漫反射校正模块对X荧光测量的漫反射偏差进行校正，样品表面漫反射校正模块以非破坏性激光束照射到样品表面，通过该光束在样品表面的反射特征获得漫反射及角度散射的衰减特征参数，反射特征通过传感器接收反射强度确定，从而对X荧光测量中的表面特征干扰进行校正，当X荧光接收器无法到达所测表面的法线方向时，漫反射校正模块对非法线方向的数据接收进行校正；
S4，根据设定的运行轨迹上的每个分析点的元素特征谱线，给出选定所需了解的元素的含量，并根据所测面或整个固体样品表面上每个点的元素含量获得该样品所测表面、待测区域或完整样品表面的元素含量的表面空间分布特征；
其中，S1中将样品固定在样品台上，通过数据图像处理模块和/或样品表面几何特征采集分析模块检测样品的位置、立体图像和形状特征；S2中通过人工手动选择或通过操作界面模块自动选择待测样品所需分析的空间范围或模型的表面区域。
2.根据权利要求1所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：样品表面几何特征采集分析模块包括激光雷达或激光测距仪，激光雷达或激光测距仪通过激光与样品表面的距离确定样品表面各处位置信息，将接收到的数据传输至操作界面模块进行数据处理，从而获得该样品的立体几何模型。
3.根据权利要求1所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：S3中通过操作界面模块或人工设置的测量参数包括探测设备移动控制模块、X射线光管及控制器一、X射线透镜及控制器二、X荧光能谱接收器及控制器三的参数并将测量参数通过软硬件通讯模块传输至对应模块，X射线光管及控制器一、X射线透镜及控制器二、X荧光能谱接收器及控制器三分别设置在探测设备移动控制模块的前端并受探测设备移动控制模块控制；探测设备移动控制模块控制X射线透镜的聚焦光斑大小、X荧光能谱接收器及控制器三移动至待测样品的表面法线方向、调整X荧光能谱接收器及控制器三与待测样品之间的距离以及在空间中不同方向进行运动。
4.根据权利要求3所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征 分析方法，其特征在于：S3中X射线光管及控制器一包括X光发射器和X光管电流电压控制单元，X光管电流电压控制单元根据待分析样品元素的物理特征控制X光发射器，电流电压控制单元调节X光发射器发射的X光的强度和波长并控制X光的运动；X荧光能谱接收器采集到的数据传输到多通道数据分析模块，多通道数据分析模块将采集到的数据传输至操作界面模块。
5.根据权利要求1所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：S4中通过数据定性定量分析模块根据标样元素的荧光强度和对应元素的浓度确定所需了解的元素的含量标准曲线，通过软硬件通讯模块将分析结果输出至操作界面模块。
6.根据权利要求1所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：测量过程中通过照相成像模块对系统工作状态进行记录，照相成像模块设置在探测设备移动控制模块的前端，照相成像模块包括摄像头，摄像头实时记录显示设备运行状态及所测位置的图像特征并且将图像实时显示，照相成像模块同时将采集的表面图像融合到立体化石及文物的几何模型上。
7.根据权利要求1所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：测量过程中的数据传输模式包括串口总线485、USB总线、PCI总线、以太网或者CAN总线，软硬件通讯模块将传感器所采集的数据传输到操作界面模块、并由操作界面模块将执行命令传输至执行器和数据采集器。
8.根据权利要求1所述的非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法，其特征在于：根据测量的精度要求调整X射线的光斑，当需要微米级高分辨率检测时，通过X射线透镜及控制器二和探测设备移动控制模块将X射线光斑调小至微米级。
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