一种用于微量地外天体矿物样品的双向反射光谱测量装置

本发明涉及光谱测量，尤其涉及一种用于微量地外天体矿物样品的双向反射光谱测量装置。

背景技术：

1、地外天体采样返回是除陨石之外获取地外矿物样品的新渠道。样品中的主要矿物在可见至短中波光谱范围内具有不同的光谱特征，并且其反射特性具有双向性的特点，即反射特性与光线的入射方向和探测方向有关。因此，通过测量样品在该谱段范围的双向反射光谱，可以无损的区分和识别样品中的主要矿物类型及含量、蕴含的羟基/水的含量、物理特性和太空风化特征等信息，从而对样品中的主要岩石矿物学特征及其演化历史等进行分析，对研究样品采集区域的地质背景信息、认识地外天体的起源和演化具有重要意义。另外，还可以模拟仿真在轨的光谱仪器探测时的光照角度、探测角度，对测量样品在该状态下的光谱数据，为在轨探测数据提供数据处理方法，支撑构建准确的物质成分反演模型。

2、然而，目前地外天体采样返回的样品数量较少，并且非常珍贵。因此双向反射光谱测量系统需要采用更少的样品用量，更宽角度的光照和探测角度，并且具备样品防护的功能。但是，目前尚未有满足真实地外天体微量样品（毫克量级）的测试需求，同时具备样品防护能力的双向反射光谱测量装置。无法为地外天体物质光谱特征和矿物化学、物理以及太空风化信息间关系构建，以及地外天体反射光谱的遥感解译提供科学参考。

3、因此，亟需提供一种用于微量地外天体矿物样品的双向反射光谱测量装置，相对于现有技术，实现地外天体微量样品的双向反射光谱测量，且实现具备样品防护能力的双向反射光谱测量。

技术实现思路

1、本发明解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种用于微量地外天体矿物样品的双向反射光谱测量装置。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种用于微量地外天体矿物样品的双向反射光谱测量装置，包括单色照明模块、显微光谱测量模块、样品承载模块和控制与数据分析模块，所述单色照明模块设有出光口，所述显微光谱测量模块设有入光口，所述样品承载模块位于所述出光口和所述入光口之间，所述控制与数据分析模块分别与所述单色照明模块、所述显微光谱测量模块、所述样品承载模块电性连接；

4、所述样品承载模块用于放置待测样品并对所述待测样品进行防护；所述单色照明模块用于输出毫米尺度的总单色光光束并通过所述出光口反射到所述待测样品表面；所述显微光谱测量模块用于接收经过所述待测样品表面反射的光束，并得到所述待测样品在可见-中波红外谱段范围内不同谱段的光谱数据。

5、进一步地，所述单色照明模块包括第一箱体、卤素灯、分谱段组件、第一反射组件和反射汇聚镜，所述出光口设置在所述第一箱体上，所述卤素灯、所述分谱段组件、所述第一反射组件和所述反射汇聚镜都设置在所述第一箱体内部，所述卤素灯和所述第一反射组件分别设置在所述分谱段组件上方的两端，所述反射汇聚镜位于所述第一反射组件远离所述卤素灯的一侧，所述出光口位于所述反射汇聚镜远离所述第一反射组件的一侧。

6、更进一步地，所述第一反射组件包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜位于所述第二反射镜上方，所述第二反射镜位于所述第一反射镜和所述反射汇聚镜之间；所述反射汇聚镜用于形成毫米尺度的总单色光光束；

7、所述第一反射镜设有第一反射面，所述第一反射面朝下设置；所述第二反射镜设有第二反射面，所述第二反射面朝上设置。

8、更进一步地，所述分谱段组件包括可见-红外谱段光束分离组件和短波-中波红外谱段光束分离组件，所述可见-红外谱段光束分离组件位于所述短波-中波红外谱段光束分离组件的上方；所述可见-红外谱段光束分离组件用于产生第一设定波长的第一单色光，所述短波-中波红外谱段光束分离组件用于产生第二设定波长的第二单色光；所述可见-红外谱段光束分离组件还用于透过第二单色光，将第一单色光反射到第一反射组件中；所述短波-中波红外谱段光束分离组件还用于将第二单色光反射到第一反射组件中。

9、更进一步地，所述可见-红外谱段光束分离组件包括第一分色片、第一声光可调谐滤波器和第三分色片，所述第一分色片位于所述卤素灯的正下方，所述第三分色片位于所述第一反射镜的正下方，所述第一声光可调谐滤波器位于所述第一分色片和第三分色片之间；

10、所述第一分色片用于反射可见-红外谱段光束、透过短波-中波红外谱段光束；所述第一声光可调谐滤波器用于产生第一单色光，所述第三分色片用于反射第一单色光和透过第二单色光。

11、更进一步地，所述短波-中波红外谱段光束分离组件包括第二分色片、第二声光可调谐滤波器和第四分色片，所述第二分色片位于所述第一分色片正下方，所述第四分色片位于所述第三分色片下方，所述第二声光可调谐滤波器位于所述第二分色片和所述第四分色片之间；

12、所述第二分色片用于反射短波-中波红外谱段光束，所述第二声光可调谐滤波器用于产生第二单色光，所述第四分色片用于反射第二单色光。

13、更进一步地，所述第一箱体外壁还设有第一驱动组件，所述第一驱动组件包括第一电机和第一轴承，所述第一电机和所述第一轴承分别设置在所述第一箱体的一组相对的外壁上，所述第一电机的输出端穿过所述第一箱体与所述第一轴承连接，所述第一驱动组件用于调整射向所述待测样品表面光束的入射角度，射向所述待测样品表面光束的入射角度的调整范围是-75°~75°。

14、进一步地，所述显微光谱测量模块包括第二箱体、反射准直镜、第二反射组件和分谱段探测组件，所述入光口设置在所述第二箱体上，所述反射准直镜、所述第二反射组件和所述分谱段探测组件都设置在所述第二箱体内部，所述反射准直镜位于所述第二反射组件的上方，所述入光口与所述分谱段探测组件分别设置在所述第二反射组件下方的两端。

15、更进一步地，所述第二反射组件包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜位于所述反射准直镜和所述第四反射镜之间，所述第三反射镜设有第三反射面，所述第三反射面朝上设置，所述第四反射镜设有第四反射面，所述第四反射面朝下设置。

16、更进一步地，所述分谱段探测组件包括由上到下依次设置的可见-近红外光束探测组件、短波红外光束探测组件和中波红外光束探测组件，所述可见-近红外光束探测组件用于得到待测样品在可见-近红外谱段的光谱数据，所述短波红外光束探测组件用于得到待测样品在短波红外谱段的光谱数据，所述中波红外光束探测组件用于得到待测样品在中波红外谱段的光谱数据。

17、更进一步地，所述可见-近红外光束探测组件包括第五分色片、第一汇聚镜和第一探测器，所述第五分色片位于所述第四反射镜的正下方，所述第一汇聚镜位于所述第五分色片和所述第一探测器之间；

18、所述第五分色片用于反射可见-近红外光束、透过其余谱段光束，所述第一探测器用于获取待测样品在可见-近红外谱段的光谱数据。

19、更进一步地，所述短波红外光束探测组件包括第六分色片、第二汇聚镜和第二探测器，所述第六分色片位于所述第五分色片的正下方，所述第二汇聚镜位于所述第六分色片和所述第二探测器之间；

20、所述第六分色片用于反射短波红外光束、透过其余谱段光束，所述第二探测器用于获取待测样品在短波红外谱段的光谱数据。

21、更进一步地，所述中波红外光束探测组件包括第七分色片、第三汇聚镜、第三探测器，所述第七分色片位于所述第六分色片的正下方，所述第三汇聚镜位于所述第七分色片和所述第三探测器之间；

22、所述第七分色片用于反射中波红外光束，所述第三探测器用于获取待测样品在中波红外谱段的光谱数据。

23、更进一步地，所述第二箱体外壁还设有第二驱动组件，所述第二驱动组件包括第二电机和第二轴承，所述第二电机、所述第二轴承分别设置在所述第二箱体的一组相对的外壁上，所述第二电机的输出端穿过所述第二箱体与所述第二轴承连接，所述第二驱动组件用于调整经过待测样品表面反射的光束的反射角度，反射角度的调整范围是-75°~75°。

24、更进一步地，所述样品承载模块下部设置底板，所述样品承载模块包括承载台、多个样品器皿和密封盖，所述承载台滑移连接在所述底板上壁，所述承载台上壁安装多个所述样品器皿，所述承载台上壁滑移连接所述密封盖。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

26、（1）本发明通过同步控制单色照明模块和显微光谱测量模块，实现对样品承载模块中的微量待测样品获取不同谱段的光谱数据，且样品承载模块还具有防护作用，实现地外天体微量样品的双向反射光谱测量，且实现具备样品防护能力的双向反射光谱测量。

27、（2）本发明控制单色照明模块和显微光谱测量模块旋转，调整入射角和反射角范围，从而测量不同角度下的待测样品的光谱特性。

28、（3）本发明单色照明模块通过控制0.4-3.2μm波长范围的亚纳米级光谱高速切换，提供波长可选的单色照明光源，采用“单色调制照明+宽波段锁相微弱信号提取”光谱测量方案，具备更高的背景光照抑制能力以及系统信噪比，同时单色照明减少了样品表面的光谱辐照，使测量过程中的样品表面温度更为稳定，可实现精确的反射与发射光谱分离。