斑岩铜与斜长石

从明朝的万户飞天，到前苏联的宇航员尤里加加林登上太空，再到如今的天问一号火星探测。人类对宇宙的探索从未停止，始终激发着我们的好奇心和无限想象力。宇宙，是一个神秘而广袤的领域，它孕育着无数的星球、星系和星云，仿佛是一个巨大的宇宙图书馆，等待着我们去阅读其中的每一页。火星，与地球相似度极高，具有相似的地貌环境、大气环境和季节变化，都拥有卫星和环形山。在太阳系内被认为是除了地球之外，第二个最适合人类居住的星球。众多的科幻影视作品中有不少涉及到火星，实际上火星也是人类对地外星球探索的一个重点。随着科技的发展和进步，人类对火星探索的技术也在升级，今天推荐给大家的文章就与此相关。ASD Fieldspec 4地物光谱仪在了解火星表面斜长石VNIR特征方面的应用卫星上的遥感仪器有助于了解行星表面的地质情况。火星遥感任务以前利用火星全球勘测者、火星轨道相机、MGS火星轨道激光高度计、火星快车高分辨率立体相机和火星奥德赛热辐射成像系统等设备发现了水流特征，而利用火星快车观测站光谱成像仪探测到了水合矿物。最近，火星勘测轨道飞行器上的紧凑型勘测成像光谱仪在可见光-近红外（VNIR）范围内检测到了火星表面的斜长石特征。火星表面斜长石的检测引发了对行星上运作的基本过程问题的思考，这些特征的确切起源（即含长石岩石的性质）对理解火星的形成和演化具有明显不同的意义。之前基于可见光-近红外反射光谱研究了富含钙长石的斜长岩粉末，研究表明，当斜长石长石结构中包含亚铁（Fe2+）时，可以检测到斜长石。在对二元粉末混合物进行的研究中发现，当添加了10%或更多的镁铁质矿物时，不再可见斜长石的光谱特征。根据这些研究，岩石组成中至少需要90%的斜长石含量，才能在总岩石光谱上显示出其独特的光谱特征。然而，使用大型斜长石和辉石晶体的二元混合物进行的另一项研究表明，可能需要高达50%的镁铁质矿物来掩盖斜长石的光谱特征，研究者的关键观点是，长石的组成及岩石中颗粒的大小都会影响斜长石的光谱特征和可检测性。因此，对整块岩石的分析似乎非常重要，除了之前对粉末和颗粒的二元混合物的研究外，还可以与火星遥感观测进行比较(其观测显示出类似斜长石的特征)。基于此，本研究的目标是确定是否可以在未破碎的含斜长石的陆地岩浆岩(从镁铁质到长英质)中检测到如在火星上观察到的斜长石的光谱特征(1.3 μm吸收带)。在本研究中，来自洛林大学岩相学和地球化学研究中心和克莱蒙特奥弗涅大学岩浆和火山实验室的一组研究团队，①选择了五个不同地理来源含长石的宏观岩石样品（均是火山或深成岩），分别是NJ2（英安岩）、NJ11（花岗岩）、NM6（斜长岩)、NR1（玄武岩）和NR2（玄武岩）。②通过光学显微镜观察，了解样品显微结构和矿物组成。通过地球化学分析，确定元素含量。通过化学成分的映射分析，观察不同矿物的分布情况。此外，还进行了长石矿物化学成分的定量分析。③获取样品的光谱反射率（ASD Fieldspec 4地物光谱仪）和高光谱图像。④对光谱数据进行归一化处理等，使用ENVI软件进行化学成分的分析和矿物分类。并与美国地质调查局（USGS）的参考光谱库进行比对，识别矿物特征。⑤分析长石矿物的化学成分和光谱特征之间的相关性，探讨长石的光谱特征与其组成的关系。并讨论样品中颗粒大小和伴生矿物对长石光谱特征的影响。⑥总结研究结果，并对火星上的长石特征进行讨论和解释。结果用电子探针显微分析仪对5个含长石的宏观样品的薄片进行点分析的结果5种含长石样品的反射光谱，连续去除前(a)后(b)结论本研究使用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、电子探针显微分析（EPMA）和反射光谱（点光谱仪和高光谱相机）对五个含长石的宏观样品进行了分析。对样品进行了光谱、岩石学和地球化学表征，以详细描述样品，并试图将其近红外光谱特征与其中一种斜长石联系起来。结果表明，尽管这些宏观样品中斜长石的含量不同(约 30% ~ 80%)，但在它们的近红外光谱上仍然可见斜长石的吸收带，但在相应的粉末样品中不一定可见。使用高光谱相机对矿物类平均光谱进行分析，证实了在1.3 μm附近观测到的特征与斜长石矿物有关，尽管橄榄石或黑云母等伴生矿物往往会重叠并影响总岩石光谱中产生的信号。将该吸收带的位置与斜长石的化学成分进行了比较，更准确地说，将其与铁和钙长石的含量进行了比较。结果表明，FeO和An含量与斜长石吸收带中心位置之间存在相关性，通常随着An含量的增加而增加（除在先前研究中提到的拉长石外）。为了更准确地理解这些趋势，还需要对更大规模的样本进行实验室分析。研究结果还表明，在解释斜长石的VNIR光谱特征时，必须考虑到粒度、斜长石组成和相关伴生矿物，这一发现有助于理解最近在火星上发现的矿物。总之，研究人员对地球上的样品进行了多种分析方法的综合研究，以深入理解长石的光谱特征，这对于解释火星上的长石特征具有重要意义，这些特征可能对应于一系列含长石的岩石，因此可以提供有关火星地壳形成的信息，并为火星上的矿物研究提供了重要参考。

从ADAS应用到关键组件 – SPAD扮演的重要角色ADAS的种类与主要组成　　什么是ADAS？从字面来看，ADAS就是Advanced Driver Assistance Systems的缩写，翻译成中文，就是先进驾驶辅助系统。既然ADAS是『辅助系统』，自然可知它与『自动驾驶』存有程度上的差异。但若换一个角度来看，ADAS系统的发展却也是我们迈向自动驾驶终极目标的必经之路。 从功能面来看，现今ADAS主要包括了：自适应巡航控制系统(Adaptive Cruise Control, ACC)：此功能是在传统定速巡航的基础上，采用雷达/光达探测前方车辆与本车的相对距离和相对速度，主动控制本车行驶速度，以达到自动跟车巡航的目的。根据前方是否有车辆，系统可以在定速巡航和跟车巡航之间自动切换。车载导航系统(Car Navigation System)：透过接收GPS (Global Positioning System)与TMC (Traffic Message Channel)的讯号，再加上安装在汽车上的地磁式方向传感器、陀螺传感器、车速传感器等用来测定汽车的行动轨迹，经过ECU运算，即能确认车辆在地球上的位置。车道偏离警示系统(Lane Departure Warning System, LDWS)：利用安装在前挡风玻璃上之摄影机，测量车辆前方的道路标线，并实时计算车辆与车道线的相对距离、道路斜率与曲率等参数，当驾驶者不经意偏离车道时，适时给予警讯，让驾驶者实时修正车辆行驶方向，甚至会主动尝试将车辆导回到原本的车道上，降低车祸发生的机率。盲点侦测系统(Blind Spot Detection)：典型的盲点侦测系统使用安装在汽车两侧的电子侦测装置(通常在左右后照镜周围或是后保险杆周围)，透过电磁波/雷达波/超音波来感应，或是用摄影机拍摄画面。当其中一个传感器侦测到盲点区内有物体时，会透过灯光﹅ 声音或屏幕影像警告驾驶，避免贸然变换车道，造成事故。前车防撞警示系统(Front Collision Avoidance System, FCWS)：以镜头结合雷达侦测并利用特殊算法计算即将与前车碰撞的时间，若系统判断车距过近，本车与前方车辆未保持适当安全距离，与即将有碰撞风险时，系统透过警示灯闪烁，并发出警报音提醒驾驶人减速，以减少追撞意外对乘员的伤害。行人侦测系统(Pedestrian Detection)：以立体摄影机结合雷达侦测前方区块，掌握前方行人及其运动模式。当可能有碰撞风险时，系统会发出警示符号与警告音提醒驾驶人因应。若未能实时反应，更先进的系统将启动煞车辅助。甚至，若系统判断煞车过急，系统更将发出指令，束紧车内安全带、立直椅背以减低冲撞伤害。　　此外，包括：紧急煞车系统﹅ 头灯自动启闭系统﹅ 自动停车辅助系统﹅ 夜视系统﹅ 侧风稳定系统﹅ 驾驶疲劳侦测系统…等，也都属于ADAS的范畴，在此不再一一赘述。　　从系统架构面来看，ADAS主要由三大模块组成：传感器﹅ 处理器与制动器。传感器(Sensor)：用以侦测各种外界的讯号，如：超音波(Ultrasound)、雷达(Radar)、光达(LiDAR)﹅ 摄影机(Camera)等等，主要用于侦测距离的远近。其功能与应用可由图1一目了然。图1 因应ADAS不同的功能需求而采用的感测技术总览处理器(Processor)：处理接收进来的讯号，在汽车里称为「电子控制单元 (Electronic Control Unit, ECU)」，做出适当的分类与处理，再向致动器输出控制讯号。常见如：微处理器(MPU)、数字信号处理器 (DSP)。致动器(Actuator)：控制各种致动的装置，依照处理器传送过来的控制讯号，让相关的装置完成运作。如：启动自动煞车使汽车停止前进、启动屏幕显示警告讯息、启动蜂鸣器发出警示音等。LiDAR的用途与相关技术　　LiDAR的英文全名为Light Detection And Ranging，中文称为『光达』或『激光雷达』。可应用于先进驾驶辅助系统(ADAS)的自适应巡航控制系统﹅ 紧急煞车系统﹅ 行人侦测系统与前车防撞警示系统等，其主要功能为精准测距。　　光达基本是由雷射光源、光传感器和成像机构等3部分组成。雷射光源一般采用半导体雷射；光传感器一般是用光电二极管(Photodiode, PD)或雪崩光电二极管(Avalanche photodiode, APD)；成像机构则分为扫描式或非扫描式的成像机构。在车用光达常用的距离量测方法就是利用飞行时间(Time of Flight, ToF)技术。关于ToF技术，将在本文下一个章节加以说明。　　目前自驾车的发展，依据『是否采用LiDAR』的选择，分为两个门派：第一个派系是以特斯拉(Tesla)为首的阵营。此门派只以毫米波雷达与摄影机为主，不使用LiDAR。第二个门派则以Google为首。Google不只使用毫米波雷达与摄影机，更使用Velodyne H64E的光达，拍摄360度3D影像。　　Tesla阵营决定不使用LiDAR的原因是其成本太过昂贵。然而，从近十年两个阵营累计的实际案例来看：Tesla自驾车发生了一些严重车祸案例；而Google自驾车在经历了超过300万英哩的实际测试后，仅发生十余起的轻微擦撞事故。另外，从功能面来看，光达可以提供0.1度角分辨率，100公尺测距和5~10Hz的画面更新率。这让世界各地许多从事自驾车发展的团队，普遍有一个共识，那就是：依现今自驾技术水准，未使用LiDAR作为传感器的自驾车，达到Level 2~3的标准没有问题；但若要达到Level 4~5，亦即达到『高度自驾』甚至是『完全自驾』的程度，就非使用LiDAR不可。LiDAR对于自动驾驶的发展如此重要，这也促使产品必须朝向更低成本﹅ 更耐用与更安全的方向发展，具体项目如下：发展全固态LiDAR：当一个带有旋转扫描机构与驱动马达的模块，装置在需耐受天候并时常遭遇到震动与惯性变化的车辆时，此模块的耐用程度就会遭受到极大的挑战。所以将整个模块全固态化，免除旋转扫描机构与驱动马达，就能有效提升LiDAR的耐用度。采用单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode, SPAD)作为传感器：当单光子雪崩二极管传感器偏压超过崩溃区，其光子产生的电子受到高电场加速撞击，又产生许多电子，这些撞击产生电子又受到电场加速，又撞击产生更多的电子，这样的连锁雪崩效应所产生的电子增益非常大，所以只要有单光子就可以引发超过阈值(threshold)的电子讯号。SPAD造就了新款LiDAR对光线感知非常敏感的优点，也让LiDAR模块可以采用较低功率 & 较低成本的雷射光源。改用更长波长的雷射光源：基于成本与功率考虑，目前多数LiDAR使用的雷射光源是905 nm雷射，但是905 nm波段不在人眼安全的波段范围内。一般人眼安全的波段是指大于1400 nm的波段，因为在可见光与波长小于1400 nm的红外光会聚焦在视网膜，容易对视网膜造成永久伤害。改用1400 nm以上的雷射作为光源，对人身健康安全才更有保障。将LiDAR的发射器﹅ 接收器与扫描透过半导体制程整合到芯片上：将雷射与传感器一起长在芯片上，将可大幅度缩小体积﹅ 减轻重量，并符合LiDAR模块全固态化的要求。除此之外，芯片化的设计使其扫描速度比机械式扫描快了千倍以上，并能大幅降低成本，有效提升产品的性价比。iToF 与 dToF 的差别　　ToF是Time of Flight的缩写，也就是飞行时间。当我们得知光的飞行时间，将光速乘以飞行时间就可以计算出距离。例如：光飞行一年的距离称为一光年。　　将ToF技术细分，可分为两种：(1) iToF (Indirect Time of Flight)间接飞行时间技术；(2) dToF (Direct Time of Flight)直接飞行时间技术。欲实现这两种技术都需要有发射端与接收端，其差别主要在于计算距离的公式不同。　　iToF技术的发射端使用的是调制光，具备特定的周期与振幅。当这个特定调制的入射光从物体表面反射回来，接收器就会接收到相同周期的反射光，但这入射光与反射光两者之间存在着一个相位的延迟。当我们测得此相位差延迟了几个周期，就能透过下列公式计算出距离。dToF的光源一般采用脉冲光(Pulsed Light)，脉冲光指的是在一个极短时间内发出的光束，dToF的传感器在脉冲光发射出去的时候记录当下的时间，并与接收到反射光的时间计算出时间差(∆ t)，然后直接将时间差乘上光速除以2就计算出了物体与车子之间的距离。　　那么，iToF与dToF各有什么优缺点呢？我们可以从下表的详细比较得知。不过，在此先下个小结论：短期而言，iToF技术挟着CMOS成本优势，应可占有一定的市场份额。但随着SPAD制程技术的持续演进，预期dToF技术的成本将可获得大幅改善。届时dToF技术在侦测距离的优势，将会占据更多市场份额与产品应用。什么是SPAD？　　SPAD就是单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode)的缩写，称为单光子累崩二极管，是一种半导体光侦测器。当我们在SPAD两端施加更高的反向偏置电压(硅材料通常为100-200 V)，此时光子进入硅材料后，利用电离碰撞(雪崩击穿)的效应，可以获得大约100倍的内部电流增益，进而引发连锁倍增效应。这时候的电流就会非常大，能够很轻易的被电路侦测到。在制程上，透过掺杂技术的不同，可以让SPAD允许施加更高的电压而不会被击穿，从而获得更大的增益。一般来说，反向电压越高，增益越大。 图2 单光子雪崩二极管倍增效应示意图　　SPAD主要用于光达(LiDAR)和长距离光纤通信，此外，也开始被用于正电子断层摄影和粒子物理等领域。SPAD数组也已被商业化，比较知名的制造商包括：索尼(SONY)﹅ 意法半导体(STMicroelectronics)与安森美(ON Semiconductor)…等。

各委员及相关单位：中国冶金矿山企业协会团体标准化工作委员会《富钾板岩 钾含量测定 电感耦合等离子体发射光谱法》等两项团体标准已完成征求意见稿及编制说明（附件1～4），现公开征求意见。请各位委员、各相关单位提出宝贵意见建议，并于2024年9月28日之前将意见反馈表（附件5）反馈给团标委秘书处。逾期未复函，视为无异议。 联 系 人：秦洁璇联系电话：010-65120162邮 箱：zkxtbwmsc@mpi1972.com地 址：北京市东城区北三环东路36号环球贸易中心E座15层1502室邮 编：100013关于征求《富钾板岩 钾含量测定 电感耦合等离子体发射光谱法》等两项团体标准意见的函.pdf附件1《富钾板岩 钾含量测定 电感耦合等离子体发射光谱法（征求意见稿）》.pdf附件2《富钾板岩 钾含量测定 电感耦合等离子体发射光谱法（征求意见稿）》编制说明.pdf附件3《石灰石制高活性石灰中高活性氧化钙的测定方法（征求意见稿）》.pdf附件4《石灰石制高活性石灰中高活性氧化钙的测定方法（征求意见稿）》编制说明.pdf附件5 意见反馈表.docx