CN112683880B - 一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置及方法，其技术方案为：包括用于放置岩石样品的样品台，所述样品台连接横向移动组件；样品台上方设有拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪通过水平移动组件连接竖直移动组件；当拉曼光谱仪移动至与岩石样品表面相接触时开始拉曼测试。本发明能够在短时间内对岩石矿物含量进行准确测定。

Description

一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置及方法

技术领域

本发明涉及岩石矿物含量测试技术领域，尤其涉及一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置及方法。

背景技术

在进行岩矿鉴定时，常需要测量岩石或矿石中各种矿物的百分含量。矿物的百分含量是确定岩石和矿石类型、正确定名的一项基本数据，也是评价矿石质量、初步计算矿石品位及进行选矿设计的一项重要数据。

常用的岩石矿物含量测定方法有手标本目估法、显微镜下观察法、分离矿物定量法及X射线化学分析法等。其中手标本目估法严重依赖于研究人员的经验，准确性较差；显微镜下观察法需要将岩石制成薄片且同样受制于观察人员的矿物学素养；而分离矿物定量法及X射线化学分析法则需将岩块粉碎，利用各矿物的物理、化学性质的差异将它们分离，虽准确性高但过程十分繁琐耗时。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置及方法，能够在短时间内对岩石矿物含量进行准确测定。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置，包括用于放置岩石样品的样品台，所述样品台连接横向移动组件；样品台上方设有拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪通过水平移动组件连接竖直移动组件；当拉曼光谱仪移动至与岩石样品表面相接触时开始拉曼测试。

作为进一步的实现方式，所述横向移动组件包括齿轮转盘和卡槽，齿轮转盘与样品台通过齿轮齿条结构连接，卡槽与样品台一端滑动连接。

作为进一步的实现方式，所述样品台与卡槽配合的一端为楔形结构。

作为进一步的实现方式，所述样品台与卡槽的配合面设有滚珠。

作为进一步的实现方式，所述述齿轮转盘的圆周方向具有轮齿，样品台底部具有与所述轮齿啮合的齿条。

作为进一步的实现方式，所述水平移动组件包括水平滑杠和丝杠，拉曼光谱仪安装于水平滑杠一端，水平滑杠与丝杠之间为螺纹连接。

作为进一步的实现方式，所述竖直移动组件包括升降杆和齿形螺母，齿形螺母套设于升降杆外侧并与其螺纹连接。

作为进一步的实现方式，还包括支撑组件，所述竖直移动组件安装于支撑组件上方，横向移动组件安装于支撑组件一侧。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，采用所述的测定装置，包括以下步骤：

将岩石样品放置于样品台待测区；

启动竖直移动组件，使拉曼光谱仪下降至其探测头与岩石样品测试面接触，停止竖直移动组件；

拉曼光谱仪从测试原点开始测试，每次测试完毕后水平移动设定距离，继续进行拉曼测试；

每当测试次数达到设定量时，齿轮转盘旋转，样品台前进一个齿距后停止；拉曼光谱仪做反向水平运动，继续进行拉曼测试；样品台累计前进设定次数后，停止测试；

将所有测试获得的拉曼谱图进行匹配。

作为进一步的实现方式，岩块样品的测试面平行于样品台运动方向边长为a,垂直于样品台运动方向边长为b；每当测试次数达到M＝[b/r]时，齿轮转盘旋转，样品台前进一个齿距r后停止，水平滑杠做反向运动，继续进行拉曼测试；样品台累计前进N＝[a/r]次，待第N次测试次数达到M时，停止测试。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式将拉曼光谱利用到矿物定量分析，能够快速进行岩石矿物定量分析；拉曼光谱仪对每一测点的矿物信息实时传输至计算机，利用谱图库匹配方式确定每一测点矿物类别利用光谱分析矿物类别，克服矿物鉴定受人为主观因素影响的弊端；

(2)本发明的一个或多个实施方式直接对岩石样品进行测定，无需琐碎磨粉制样环节，实现对岩石的无损实时矿物定量分析；

(3)本发明的一个或多个实施方式通过设置水平滑杠、丝杠、升降杆等结构，实现拉曼光谱仪的水平与竖直方向运动，通过设置齿轮转盘实现样品台的水平移动，通过各结构配合实现对岩石样品各测点的检测；操作简单，单人操作即可满足大批量矿物定量测定需求，节省人力。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的侧视图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的主视图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的测试方法概念图；

其中，1.岩石样品；2.拉曼光谱仪；3.探测头；4.水平滑杠；5.丝杠；6.升降杆；7.齿形螺母；8.样品台；9.卡槽；10.齿轮转盘；11.立柱；12.支撑基座；13.齿条，14、滚珠，15、轮齿。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本申请中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

水平电机、升降电机、旋转电机为功能性命名，并不对电机结构、型号进行限定。

实施例一：

本实施例提供了一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置，如图1和图2所示，包括支撑组件、拉曼光谱仪2、用于驱动拉曼光谱仪2的水平移动组件和竖直移动组件、样品台8、用于驱动样品台8的横向移动组件，所述竖直移动组件安装于支撑组件上方，拉曼光谱仪2通过水平移动组件连接竖直移动组件；样品台8通过横向移动组件安装于支撑组件一侧。

具体的，拉曼光谱仪2采用现有技术，其通过无线或蓝牙与计算机连接，通过计算机控制进行自动检测。拉曼光谱仪2对每一测点的矿物信息实时传输至计算机，利用谱图库匹配方式确定每一测点矿物类别。现有拉曼设备对于待测材料的谱图可实现实时获取，测试积分时间短。

拉曼光谱仪2采用外接探测头3进行测量，探测头3的口径为r(r长度已知)。探测头3配置距离感应器，当探测头3抵触至岩石样品1表面时做出响应，反馈信号至竖直移动组件。

所述水平移动组件包括水平滑杠4和丝杠5，拉曼光谱仪2安装于水平滑杠4一端；水平滑杠4与丝杠5相互垂直且二者位于同一平面，水平滑杠4与丝杠5之间为螺纹连接，二者组成丝杠螺母副；丝杠5旋转能够带动水平滑杠4及拉曼光谱仪2沿水平方向移动。

在本实施例中，丝杠5为滚珠丝杠，滚珠丝杠导程设置为r(即丝杠5每旋转一周水平滑杠4直线运动的距离为r)。丝杠5连接水平电机，所述水平电机连接控制模块。

所述竖直移动组件包括升降杆6和齿形螺母7，升降杆6沿竖直方向设置，升降杆6的顶端连接丝杠5。进一步的，所述升降杆6沿其长度方向设有外螺纹，升降杆6与丝杠5的连接类似于滚珠丝杠副。升降杆6末端外侧安装齿形螺母7；齿形螺母7的内壁开设内螺纹，外壁周向为齿形结构。

齿形螺母7与齿轮啮合，所述齿轮连接升降电机，通过升降电机带动齿轮旋转，从而使齿形螺母7带动升降杆6旋转，实现拉曼光谱仪2的上下移动。升降杆6在测试前下降，当接收到距离感应器反馈来的信号时停止下降。

支撑组件包括立柱11和安装于立柱11底部的支撑基座12，为装置提供稳定支撑。横向移动组件包括齿轮转盘10和卡槽9，齿轮转盘10转动连接于立柱11的侧面；所述齿轮转盘10的圆周方向具有轮齿15，齿距为r。

样品台8底部具有与所述轮齿15啮合的齿条13，齿轮转盘10连接旋转电机，齿轮转盘10旋转能够带动样品台8横向移动。进一步的，所述样品台8为刚性板，用于放置岩石样品1；其一端为矩形，另一端为楔形；样品台8的楔形端与卡槽9相适配。

所述卡槽9固定于立柱11一侧，为了减少移动过程中的摩擦，样品台8与卡槽9的接触面之间填充有滚珠14。样品台8顶面设有待测区标识，为相互垂直的两条检测线，二者交点为测试原点。

本实施例的水平电机、升降电机、旋转电机均通过电源供电。

使用时，将岩石样品1放置于样品台8；本实施例中，岩石样品1规格需近似为长方体，水平朝上的测试面需保持水平且平整光滑。岩块样品1测试时需沿检测线放置。

实施例二：

本实施例提供了一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，采用实施例一所述的装置，包括以下步骤：

步骤1：确定设备运行正常，沿检测线将岩石样品1放置在样品台8待测区。

步骤2：启动升降电机，通过齿形螺母7驱动升降杆6下降，至拉曼光谱仪2的探测头3抵触至岩石样品1测试面，探测头3内部距离感应器反馈信号传递给升降电机，控制升降杆6停止下降，拉曼光谱仪2开始测试。

步骤3：如图3所示，岩块样品1的测试面平行于样品台8运动方向边长为a,垂直于样品台8运动方向边长为b。拉曼光谱仪2从测试原点开始测试，每次测试完毕后，在水平滑杠4作用下运动距离r，继续进行拉曼测试。

步骤4：当累计测试次数达到M(M＝[b/r])时，启动旋转电机，驱动齿轮转盘10旋转，样品台8前进一个齿距r后停止，水平滑杠4开始做反向运动，持续进行拉曼测试。

测试次数设置为M＝[b/r]的原因是，若继续沿当前测试方向进行第(M+1)次测试时，探测头已离开岩块样品1表面，探测结果无法反映矿物本身特征。

步骤5：样品台8累计前进N(N＝[a/r])次，待第N次测试次数达到M时，即总测试次数为MN，达到对测试面的全覆盖测试，此时对于该岩块样品1停止测试。

步骤6：将所有测试获得的拉曼谱图进行匹配，每个测点矿物类别认定为谱图匹配度最高的矿物，其中A类矿物累计匹配次数为I_A，B类矿物累计匹配次数为I_B，则：

A类矿物的含量为：I_A/MN*100％；

B类矿物的含量为：I_B/MN*100％。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，其特征在于，采用基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定装置，所述测定装置包括用于放置岩石样品的样品台，所述样品台连接横向移动组件；样品台上方设有拉曼光谱仪，所述拉曼光谱仪通过水平移动组件连接竖直移动组件，所述水平移动组件包括水平滑杠和丝杠；当拉曼光谱仪移动至与岩石样品表面相接触时开始拉曼测试；

所述横向移动组件包括齿轮转盘和卡槽，齿轮转盘与样品台通过齿轮齿条结构连接，卡槽与样品台一端滑动连接，所述齿轮转盘的圆周方向具有轮齿，样品台底部具有与所述轮齿啮合的齿条；

所述的测定方法包含以下步骤：

步骤1：将岩石样品放置于样品台待测区；

步骤2：启动竖直移动组件，使拉曼光谱仪下降至其探测头与岩石样品测试面接触，停止竖直移动组件；

步骤3：岩石样品的测试面平行于样品台运动方向边长为a,垂直于样品台运动方向边长为b，拉曼光谱仪从测试原点开始测试，每次测试完毕后，在水平滑杠作用下运动距离r，继续进行拉曼测试；

步骤4：当累计测试次数达到M =[b/r]时，启动旋转电机，驱动齿轮转盘旋转，样品台前进一个齿距r后停止，水平滑杠开始做反向运动，持续进行拉曼测试；

步骤5：样品台累计前进N =[a/r]次，待第N次测试次数达到M时，即总测试次数为MN，达到对测试面的全覆盖测试，此时对于岩石样品停止测试；

步骤6：将所有测试获得的拉曼谱图进行匹配，每个测点矿物类别认定为谱图匹配度最高的矿物，其中A类矿物累计匹配次数为I_A，B类矿物累计匹配次数为I_B，则：

A类矿物的含量为：I_A/MN*100%；

B类矿物的含量为：I_B/MN*100%。

2.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，其特征在于，所述样品台与卡槽配合的一端为楔形结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，其特征在于，所述样品台与卡槽的配合面设有滚珠。

4.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，其特征在于，所述拉曼光谱仪安装于水平滑杠一端，水平滑杠与丝杠之间为螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，其特征在于，所述竖直移动组件包括升降杆和齿形螺母，齿形螺母套设于升降杆外侧并与其螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于拉曼光谱分析的矿物含量快速测定方法，其特征在于，还包括支撑组件，所述竖直移动组件安装于支撑组件上方，横向移动组件安装于支撑组件一侧。

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