煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量ct表徵方法
2023-05-09 23:02:26 2
專利名稱：煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量ct表徵方法
技術領域：
本發明涉及一種煤炭樣品的可視化表徵技術，具體是一種煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量CT表徵方法。
背景技術：
目前煤炭樣品的可視化表徵技術主要包括掃描電鏡法，X射線CT成像法，核磁共振法等。上述方法在表徵煤炭樣品的三維結構時各有優缺點。掃描電鏡法結合能譜分析可以提供較為準確和高解析度的煤炭樣品組分二維分布圖，但是在獲取三維圖像過程中必須對煤炭樣品進行物理切片。在切片過程中煤炭樣品的原始物理結構將不可避免地被破壞。核磁共振法可以無損地得到煤炭樣品的三維結構圖，但是該方法在煤炭樣品定量表徵方面尚存在較大困難。另外核磁共振成像法成像需要時間長，針對煤炭樣品複雜的組分成分及結構，核磁共振多用來表徵煤炭樣品中孔隙的三維分布，對礦物的分布及組分的鑑別顯得無能為力。X射線CT掃描法因其快速、無損、三維可視化的突出優點，已經被廣泛用於醫學及材料研究領域。目前存在的定量CT方法主要有雙能量法和圖像閾值分割法。基於這兩種方法，廣大學者也利用X射線CT對煤炭樣品物理結構進行了大量表徵。但是目前仍存在一些無法克服的困難。在對煤炭樣品掃描圖片進行分析時，一個關鍵的問題就是如何建立重構後切片上各點的X射線吸收係數與掃描樣品物理組分之間的關聯。首先，由於不同的礦物組分可能具有相似的吸收係數，在CT切片上將這些吸收係數相近的組分相互區分開非常困難。其次，CT裝置的解析度嚴重製約了 CT技術在煤炭樣品組分可視化表徵領域的應用。煤炭樣品中存在許多小於CT解析度的孔隙或礦物顆粒，這使得CT重構切片上的每個像素點尺寸內可能包含多種組分，使得這個點的灰度值代表了這些組分的平均X射線吸收係數，這勢必為根據CT圖像灰度值獲得材料組分增加困難，也就是所謂的「部分體積效應」。另一方面，雖然通過提高CT的解析度可以在一定程度上降低部分體積效應的影響，但是隨著解析度的提高，樣品尺寸會銳減，嚴重影響樣品的統計代表性。
發明內容
本發明為了彌補現有煤炭樣品的可視化表徵技術存在的缺陷，提供了一種煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量CT表徵方法。本發明是通過以下技術方案實現的煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量CT表徵方法，包括如下步驟第一步、煤炭樣品的取樣及預測試於煤炭樣品上相鄰區域切割選取用於煤質分析、總孔隙率測試的第一煤炭樣品，以及用於CT實驗的第二煤炭樣品，取樣要保證樣品(第一煤炭樣品和第二煤炭樣品)物相組成均勻；通過實驗手段獲得第一煤炭樣品煤質測試數據，所述煤質測試數據包括煤炭樣品中灰分含量、灰分成分及含量、有機元素成分及含量、總孔隙率，根據煤質測試數據推斷第一煤炭樣品組分、各組分體積分數，所述的組分是由孔隙、煤基質和不同礦物成分構成的；第二步、第二煤炭樣品各組分的X射線吸收特性分析根據公式(I)計算不同X射線能量下第二煤炭樣品中各礦物與煤基質的X射線吸收量的比值，
權利要求
1.煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量CT表徵方法，其特徵在於，包括如下步驟 第一歩、煤炭樣品的取樣及預測試於煤炭樣品上相鄰區域切割選取用於煤質分析、總孔隙率測試的第一煤炭樣品，以及用於CT實驗的第二煤炭樣品，取樣要保證樣品物相組成均勻；通過實驗手段獲得第一煤炭樣品煤質測試數據，所述煤質測試數據包括煤炭樣品中灰分含量、灰分成分及含量、有機元素成分及含量、總孔隙率，根據煤質測試數據推斷第一煤炭樣品組分、各組分體積分數，所述的組分是由孔隙、煤基質和不同礦物成分構成的；第二步、第二煤炭樣品各組分的X射線吸收特性分析根據公式(I)計算不同X射線能量下第二煤炭樣品中各礦物與煤基質的X射線吸收量的比值，
2.根據權利要求1所述的煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量CT表徵方法， 其特徵在於，第四步中進行的CT實驗是在同步輻射或能提供良好單色X射線的裝置上進行的。
全文摘要
本發明涉及一種煤炭樣品的可視化表徵技術，具體是一種煤炭樣品組分分布及物理結構可視化的定量CT表徵方法，括如下步驟第一步、煤炭樣品的取樣及預測試；第二步、第二煤炭樣品各組分的X射線吸收特性分析；第三步、剩餘部分礦物X射線吸收特性分析；第四步、煤炭樣品的CT實驗；第五步、建立數學模型，對CT切片進行數值分析；第六步、定量可視化表徵。本發明所述的CT表徵方法採用多個單色X射線實驗能量下獲得的CT數據聯合分析，通過在單個CT體元上建立數據模型，探測到CT圖片上小於CT解析度尺寸的組分信息，使得煤炭樣品的組分分布特徵和物理結構可視化結果更加準確。
文檔編號G01N23/06GK102980902SQ201210505069
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者王海鵬, 楊玉雙, 楊建麗, 聶一行, 賈晶 申請人:山西大學