利用矢量衍射理论,对矩形槽型光栅和三角槽型光栅分别进行衍射效率分析,结果表明三角槽型光栅的衍射效率比矩形槽型光栅高出1倍左右。基于五轴超精密单点金刚石车床切削工艺,计算了金刚石刀头移动误差、移动间隔标准偏差范围、光栅刻线位置的加工偏差,并分析了刀头磨损对光栅衍射效率的影响。在此基础上,成功研制了曲率半径为70 mm、刻线密度为60 line/mm、直径为52 mm的凸面闪耀光栅,在1000~2500 nm光谱范围内,其最大相对衍射效率大于80%,平均相对衍射效率大于60%。实际飞行高光谱数据表明,基于该光栅研制的短波红外成像光谱仪满足地质遥感技术要求。

钻探是地质勘探的重要手段之一, 近年来, 随着我国地质事业的发展, 大量岩心的存放和共享成了亟待解决的问题, 研制岩心光谱扫描仪, 实现岩心数字化解决了这一问题。 然而, 岩心光谱数据和图像数据的大量产生, 对数据处理又提出了新要求。 根据光谱学原理和光谱分析方法, 对岩心扫描仪的光谱数据进行光谱分析和蚀变矿物填图, 可以为地质科研、 矿床分析和外围找矿提供依据。 岩心图像也是岩心信息不可缺少的部分, 由于岩心扫描仪探测器的局限性、 光照条件以及岩心圆柱形的影响, 会造成采集到的岩心图像光照不均和辐射畸变。 使用非线性的双边滤波法来锐化图像, 然后用黑白板定标的方法校正岩心图像, 使岩心图像更加接近真实状况。 用角点检测法进行特征点检测, 完成了图像自动拼接工作, 把一张张岩心图像按照岩心钻孔的顺序拼接成岩心柱和岩心盘, 使岩心图像显示更直观。 矿物的光谱分析是岩心扫描技术的核心, 矿物不同, 其特征吸收峰的位置也不同。 常采用的矿物检索方法是吸收峰位匹配法, 该方法适合混合矿物光谱检索。 峰位匹配的依据是标准数据库, 提出了分类数据库检索法, 即根据矿物类型的不同, 把标准数据库分为泥化蚀变矿物库、 斑岩型蚀变矿物库、 绢云母化蚀变矿物库等子数据库, 根据样品图像及所处地质环境判断, 选择合适的子数据库进行检索分析。 文中进行两个实验, 分别使用标准数据库和分类数据库分析同一样品, 其分析结果表明准确率后者更高; 使用标准数据库和分类数据库对同一批样品（141个样品）进行处理, 用时分别是231和44 s。 实验证明: 分类数据库法不仅可以提高检索的准确度, 还能大大加快检索速度, 是准确、 快速检索海量数据的有效方法。 该方法是光谱检索中新颖、 独特、 有效的方法, 是本文的创新之处。 矿物光谱含有丰富的信息, 其特征峰的峰强度、 峰强比、 峰位移、 半高宽和反射率分别反应矿物的相对含量、 相对温度、 阳离子交换情况、 结晶度和颜色等信息, 提取同一批矿物的这些信息, 对比分析, 可获得成矿模型, 揭示成矿规律。 以安徽宣城一个钻孔为例, 对岩心光谱扫描仪的数据进行自动图像拼接、 光谱分析和蚀变矿物填图。 从蚀变矿物信息提取图分析看出, 该地区是酸性、 低温的地质环境, 低温区岩石颜色较深, 在低温区中间也有高岭石、 蒙脱石, 说明具有良好的储油环境。 经实践证明, 该方法不仅效率高, 能节省大量人工工作量, 还能得到高质量的岩心盘拼接图、 岩心柱状拼接和蚀变矿物信息提取图, 是地质工作者处理岩心数据实用、 可靠的方法。

通过对Offner分光光学系统分析, 给出了快速计算初始结构参数公式, 根据算得的初始结构参数优化出一套适用于短波红外(1 000～2 500 nm)的分光光学系统, 设计的光学系统相对孔径大(F/#22)、 光谱分辨率高(优于10 nm)和入射狭缝长(12 mm), 在整个波长和视场范围内调制传递函数MTF均大于05。 完成的成像光谱仪整机体积小, 重量轻(小于5 kg), 仪器测试结果表明, 全光谱范围内光谱线性好, 光谱标定后波长精度优于4 nm, 通过对不同波段分辨率测试, 全波长范围内光谱分辨率与设计相符, 动态成像实验表明, 光谱图像清晰并且光谱数据质量佳。

岩矿光谱由多种矿物光谱混合而成, 解译岩矿光谱能够得到岩矿的组分信息, 且该方法具有快速、 方便、 不损坏样品的特点。 经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)不能直接分离出混合信号中的源信号, 独立成分分析(independent component analysis, ICA)要求混合信号数目不小于其所包括的源信号数目。 将EMD和ICA两种方法相融合, 首先用EMD分解混合信号得到本征模态函数(intrinsic mode function, IMF), 再选择一定数目的IMF与混合信号一起组成ICA的输入数据矩阵, 经过ICA运算可以获取单一混合信号中的源信号信息, 克服了EMD和ICA两种方法各自的缺陷。 研究表明, 综合应用EMD和ICA方法可以获取单一混合信号中的源信号信息, 混合信号中源信号含量越大, 得到的源信号近似值越理想。 参与ICA分离的IMF数目决定了分离得到的源信号近似值的数目, 并且选择的IMF与混合信号相关系数越大, 得到的源信号近似值越理想。 运用该方法定量分析岩矿光谱, 可以获取组成岩矿的矿物信息, 比较适用于野外作业岩矿的快速分析鉴定及成分初步分析。

岩心光谱扫描仪是近年来发展起来、用于岩心光谱和图片在线检测的仪器,它可以对岩心进行数字化,从而实现岩心自动编录,为地质科研、矿床研究和外围找矿提供依据,同时通过岩心数字化,可以建立岩心网上数据库,解决岩心保存带来的成本问题,实现资源共享.岩心光谱测量数据的质量直接影响矿物识别、参数反演结果的可靠度,因此进行岩心光谱测试服务之前针对拟采用仪器进行数据质量评估是一项非常重要的工作.结合自主研发的CSD350A型岩心光谱扫描仪,以光谱学基本理论、光谱分析方法、岩心光谱分析要求等为基础,深入探讨了岩心光谱数据质量评估方法、评价准则、目标参数等关键问题,对自主研发的岩心光谱扫描仪数据质量进行了全面评估,表明仪器光谱测试功能的可靠性和有效性.实验测试表明,本方法所涉及的检测项目和检测参数,能够很好地反映岩心光谱扫描仪所测光谱的反射率光谱、波长精度、重复性及信噪比指标,从而对岩心光谱扫描仪数据质量做出正确评价,为商业服务提供数据质量依据.在目前缺少相关评估标准的情况下,本研究提出的评估方法对于岩心光谱测试工作的开展具有较大的应用价值.

为满足野外现场矿物分析、 遥感地面验证光谱分析等的需要, 研制了实现光谱覆盖范围在400～2 500 nm的宽谱段光纤光谱仪, 介绍了仪器研制过程中的光学、 机械与电子学设计。 光学系统采用了光栅分光的水平反射式光路, 对于不同的光谱探测谱段, 采用了三路线阵探测器在光谱面的3个方向立体交错放置进行探测; 用CPLD(complex programmable logic device)实现对三路线阵光电器件时序逻辑信号的发生与驱动; 采用14位高速ADC进行数模转换; 采用USB2.0实现通讯。 仪器体积小、 光谱分辨率高、 信号质量和测量速度等方面均达到了满意效果, 测试结果表明, 仪器实现了宽谱测量, 光谱数据理想。

介绍了便携式野外现场近红外地物光谱仪研制过程中采用的技术线路,通过对仪器光电部分硬件进行优化设计,使仪器具有体积小重量轻而方便携带,同时给出了仪器软件开发流程和内容;对仪器的分辨率、信噪比和稳定性所采用的测试方法进行了详尽的介绍,对仪器测量结果进行了分析,测得仪器在7nm带宽时信噪比达到3000:1,信噪比RMS值达到8348:1,并就实测指标同国外类似仪器进行对比.

介绍了一种用于X射线衍射仪的大功率高频高压电源.该电源采用高频技术克服了工频电源的设备重、体积大、纹波大等缺陷;运用脉宽调制技术(PWM)使其具有良好的稳定性和自保护性能;采用功率因数校正技术(PFC)使其功率因数接近于1,提高了电能的利用效率,减少了对电网的污染.