本發(fā)明屬于檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種用于無(wú)損檢測(cè)月壤粒度的掃描-儲(chǔ)存集成容器和方法，以及它們的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、巖土體的粒徑特征是一項(xiàng)基本的物理屬性，與結(jié)構(gòu)特性、力學(xué)性質(zhì)、熱性能、光學(xué)性能和地震性能等眾多物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，對(duì)于反演地質(zhì)成因和預(yù)測(cè)物理力學(xué)性質(zhì)具有重要意義。

2、月球經(jīng)歷了數(shù)十億年的隕石撞擊改造，獨(dú)特且復(fù)雜的成壤過(guò)程賦予了月壤與地球沉積物截然不同的粒徑分布特征。月壤的粒徑大小受到空間暴露時(shí)間、隕石撞擊的頻率和強(qiáng)度、月球表面的溫度變化等多種因素的共同影響，通常而言，隨著空間暴露時(shí)間的增長(zhǎng)，月壤會(huì)從未成熟、不成熟到成熟發(fā)展，月壤顆粒粒徑逐漸趨于均勻和細(xì)膩。通過(guò)研究月壤的粒徑分布特征，不僅可以窺探其空間暴露時(shí)間和成熟度，還能反演出月球的隕石撞擊歷史和地質(zhì)演化過(guò)程。

3、在月球工程領(lǐng)域，深入研究月壤粒徑分布特征，有助于全面了解月壤的物理力學(xué)性質(zhì)，為月球探測(cè)和原位資源利用提供重要的科學(xué)依據(jù)。例如，根據(jù)月壤的粒徑特征預(yù)測(cè)月壤的強(qiáng)度和壓縮性，判斷月球基礎(chǔ)的承載能力和穩(wěn)定性，是選擇月球著陸點(diǎn)和月球車(chē)行駛路徑的重要參考；月壤剖面的粒徑分布極大影響著月表鉆探的取樣效果；月塵(<20μm/50μm)的粘結(jié)性和生物毒性嚴(yán)重威脅宇航員的健康和航天器系統(tǒng)的安全運(yùn)行，不同粒徑的月塵對(duì)人體的影響機(jī)理也有明顯差異；月壤的粒徑分布還可通過(guò)影響孔隙結(jié)構(gòu)間接影響種植潛力)；月球表面的輻射環(huán)境和溫度變化與粒徑特征也有密切關(guān)系。然而，目前針對(duì)月壤的粒度檢測(cè)，單一的測(cè)量方法往往只適用于局部粒徑范圍內(nèi)的顆粒，且不可避免地造成樣品損耗，因此，亟需開(kāi)發(fā)一種新的針對(duì)月壤粒度的無(wú)損檢測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本技術(shù)提供了一種使用計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct)技術(shù)檢測(cè)月壤粒度的方法，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸、無(wú)污染且無(wú)損失的檢測(cè)。進(jìn)一步地，本技術(shù)還提供了一種采用多種檢測(cè)手段進(jìn)行分段拼接擬合的粒度檢測(cè)方法，從而充分利用了不同檢測(cè)的測(cè)量?jī)?yōu)勢(shì)，有效彌補(bǔ)了單一方法的不足，提高了粒度測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠度，為月壤樣品的粒度檢測(cè)提供了有效的檢測(cè)方法。

2、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)方面，提供了計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct)技術(shù)在土壤粒度檢測(cè)中的應(yīng)用。

3、在一些實(shí)施方式中，所述ct通過(guò)三維x射線(xiàn)顯微鏡執(zhí)行。

4、在一些實(shí)施方式中，所述土壤為月壤。

5、根據(jù)本技術(shù)的另一方面，提供了一種掃描-儲(chǔ)存集成容器，所述掃描-儲(chǔ)存集成容器包括容納瓶和可置于所述容納瓶?jī)?nèi)的樣品杯，所述容納瓶包括瓶體和與所述瓶體可拆卸連接的瓶蓋，所述樣品杯包括杯體和與所述杯體可拆卸連接的杯蓋，其中，所述杯體依次設(shè)置有儲(chǔ)存區(qū)段、直徑逐漸減小的漸變通道和檢測(cè)區(qū)段。

6、在一些實(shí)施方式中，所述容納瓶和樣品杯之間設(shè)置有密封墊。優(yōu)選地，所述密封墊的數(shù)量為1-5個(gè)，例如為1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)或5個(gè)。

7、在一些實(shí)施方式中，所述樣品杯中，杯蓋的下部設(shè)置有第二內(nèi)螺紋，所述杯體的儲(chǔ)存區(qū)段上部設(shè)置有配合所述第二內(nèi)螺紋的第二外螺紋。

8、在一些實(shí)施方式中，所述容納瓶中，瓶蓋的下部設(shè)置有第一內(nèi)螺紋，所述瓶體的上部設(shè)置有配合所述第一內(nèi)螺紋的第一外螺紋。

9、在一些實(shí)施方式中，所述樣品杯的杯體中，所述儲(chǔ)存區(qū)段的高度為5-15mm，所述儲(chǔ)存區(qū)段的內(nèi)徑為5-15mm。在一些具體實(shí)施方式中，所述儲(chǔ)存區(qū)段的高度為5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm或它們之間的任意值。在一些具體實(shí)施方式中，所述儲(chǔ)存區(qū)段的內(nèi)徑為5mm、7.5mm、10mm、12.5mm、15mm或它們之間的任意值。

10、在一些實(shí)施方式中，所述漸變通道的高度為4-8mm，例如為4mm、5mm、6mm、7mm、8mm或它們之間的任意值。

11、在一些實(shí)施方式中，所述檢測(cè)區(qū)段的高度為4-10mm，所述檢測(cè)區(qū)段的內(nèi)徑為1.5-4mm。在一些實(shí)施方式中，所述檢測(cè)區(qū)段的高度為4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或它們之間的任意值。在一些具體實(shí)施方式中，所述檢測(cè)區(qū)段的內(nèi)徑為1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm或它們之間的任意值。

12、在一些實(shí)施方式中，所述樣品杯的杯蓋的高度為5-10mm，所述杯蓋的內(nèi)徑為10-20mm。在一些具體實(shí)施方式中，所述杯蓋的高度為5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或它們之間的任意值。在一些具體實(shí)施方式中，所述杯蓋的內(nèi)徑為10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm或它們之間的任意值。

13、在一些實(shí)施方式中，所述容納瓶為圓柱結(jié)構(gòu)。

14、在一些實(shí)施方式中，所述瓶體的內(nèi)徑為15-25mm，所述瓶體的高度為30-40mm。在一些具體實(shí)施方式中，所述瓶體的內(nèi)徑為15mm、17.5mm、20mm、22.5mm、25mm或它們之間的任意值。在一些具體實(shí)施方式中，所述瓶體的高度為30mm、32mm、34mm、36mm、38mm、40mm或它們之間的任意值。

15、在一些實(shí)施方式中，所述瓶蓋的內(nèi)徑為20-30mm，所述瓶蓋的高度為5-10mm。在一些具體實(shí)施方式中，所述瓶蓋的內(nèi)徑為20mm、22mm、24mm、26mm、28mm、30mm或它們之間的任意值。在一些具體實(shí)施方式中，所述瓶蓋的高度為5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或它們之間的任意值。

16、在一些實(shí)施方式中，所述樣品杯的材質(zhì)為石英玻璃。

17、在一些實(shí)施方式中，所述容納瓶的材質(zhì)為聚四氟乙烯。

18、根據(jù)本技術(shù)的又一方面，提供了一種檢測(cè)土壤粒度的方法，包括如下步驟：

19、(1)采用計(jì)算機(jī)斷層掃描(ct)技術(shù)對(duì)土壤樣品進(jìn)行粒度檢測(cè)的步驟；以及可選的

20、(2)對(duì)所述粒度檢測(cè)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，獲得所述土壤樣品的粒度分布曲線(xiàn)。

21、在一些實(shí)施方式中，所述土壤樣品為月壤樣品。

22、在一些實(shí)施方式中，步驟(1)中，所述ct通過(guò)三維x射線(xiàn)顯微鏡執(zhí)行。

23、在一些實(shí)施方式中，用于所述三維x射線(xiàn)顯微鏡的檢測(cè)的樣品置于本技術(shù)所述的掃描-儲(chǔ)存集成容器中。

24、在一些實(shí)施方式中，對(duì)所述掃描-儲(chǔ)存集成容器中對(duì)應(yīng)所述樣品杯中的檢測(cè)區(qū)段進(jìn)行ct檢測(cè)。

25、在一些實(shí)施方式中，所述三維x射線(xiàn)顯微鏡選自xradia?620versa三維x射線(xiàn)顯微鏡。

26、在一些實(shí)施方式中，采用xradia?620versa三維x射線(xiàn)顯微鏡進(jìn)行粒度檢測(cè)的條件包括：使用相位對(duì)比微斷層掃描進(jìn)行掃描，掃描體素大小分別為2-4μm和0.5-1.5μm，x射線(xiàn)管能量分別為85-95kv和10-14w，光學(xué)物鏡為4x，一次投影的曝光時(shí)間3-5s。在一些具體實(shí)施方式中，掃描體素大小分別3μm和1μm，采用的x射線(xiàn)管能量分別為90kv和12w，光學(xué)物鏡為4x，一次投影的曝光時(shí)間4s。

27、在一些實(shí)施方式中，對(duì)xradia?620versa三維x射線(xiàn)顯微鏡獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理包括：使用avizo?3d?2022.2軟件獲得不同顆粒的等效球體積直徑。

28、在一些實(shí)施方式中，步驟(1)中，所述粒度檢測(cè)還包括采用光學(xué)顯微鏡和/或掃描電子顯微鏡對(duì)土壤樣品進(jìn)行粒度檢測(cè)。

29、在一些實(shí)施方式中，用于所述光學(xué)顯微鏡的檢測(cè)的土壤樣品置于玻璃片上。優(yōu)選地，在光學(xué)顯微鏡檢測(cè)前，將所述土壤樣品進(jìn)行機(jī)械抖動(dòng)。

30、在一些實(shí)施方式中，用于所述掃描電子顯微鏡的檢測(cè)的土壤樣品置于環(huán)氧樹(shù)脂中，通過(guò)機(jī)械拋光暴露橫截面。優(yōu)選地，在掃描電子顯微鏡檢測(cè)之前，對(duì)土壤樣品進(jìn)行表面鍍碳處理。

31、在一些實(shí)施方式中，所述光學(xué)顯微鏡選自smartzoom?5顯微鏡。

32、在一些實(shí)施方式中，采用smartzoom?5顯微鏡進(jìn)行粒度檢測(cè)的條件包括：混合模式，分辨率為1-2.5μm，優(yōu)選為1.5-2μm，曝光時(shí)間為0.5-2ms，優(yōu)選為0.5-1ms。在一些具體實(shí)施方式中，采用smartzoom?5顯微鏡進(jìn)行粒度檢測(cè)的條件包括：分辨率為1.7μm，曝光時(shí)間為0.75ms。在一些實(shí)施方式中，所述混合模式包括35-40％反射光和50-60％透射光源混合，例如36.1％反射光，54.3％透射光源混合。

33、在一些實(shí)施方式中，對(duì)smartzoom?5顯微鏡獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理包括：使用avizo?3d2022.2獲得不同顆粒的等效圓面積直徑。

34、在一些實(shí)施方式中，所述掃描電子顯微鏡選自sigma?360場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。

35、在一些實(shí)施方式中，采用sigma?360場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)的條件包括：加速電壓為1.0-2.0kv，電流為1.5-2.5na，工作距離為4-6mm，分辨率為50-60nm。在一些實(shí)施方式中，采用sigma?360場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)的條件包括：加速電壓為1.5kv，電流為2.0na，工作距離為～5mm，分辨率為54.15nm。

36、在一些實(shí)施方式中，對(duì)sigma?360場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理包括：使用avizo?3d?2022.2獲得不同顆粒的等效圓面積直徑。

37、在一些實(shí)施方式中，步驟(2)中，通過(guò)所述圖像處理獲得的曲線(xiàn)擬合特征值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，得到所述粒度分布曲線(xiàn)。優(yōu)選地，所述曲線(xiàn)擬合特征值包括等效球體積直徑和/或等效圓面積直徑。

38、在一些實(shí)施方式中，所述曲線(xiàn)擬合采用式(4)進(jìn)行擬合：

39、

40、其中，a1、a2、b、d0為曲線(xiàn)擬合特征值，a1為d→-∞時(shí)漸近線(xiàn)的值，a2為d→+∞時(shí)漸近線(xiàn)的值，擬合曲線(xiàn)關(guān)于點(diǎn)對(duì)稱(chēng)，點(diǎn)處的切線(xiàn)斜率為d1、d2為所述土壤樣品的粒徑范圍，不同的檢測(cè)方法適用于不同的粒徑擬合范圍，由檢測(cè)的土壤樣品決定，并且，

41、在一些實(shí)施方式中，所述方法包括采用三維x射線(xiàn)顯微鏡對(duì)土壤樣品進(jìn)行粒度檢測(cè)，采用三維x射線(xiàn)顯微鏡獲得的曲線(xiàn)擬合特征值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合。

42、在一些實(shí)施方式中，采用三維x射線(xiàn)顯微鏡和光學(xué)顯微鏡對(duì)土壤樣品進(jìn)行粒度檢測(cè)，采用三維x射線(xiàn)顯微鏡獲得的曲線(xiàn)擬合特征值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，然后對(duì)于75μm以下的顆粒粒度數(shù)據(jù)，采用光學(xué)顯微鏡獲得的曲線(xiàn)擬合特征值對(duì)擬合曲線(xiàn)進(jìn)行修正。

43、在一些實(shí)施方式中，采用三維x射線(xiàn)顯微鏡、光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)土壤樣品進(jìn)行粒度檢測(cè)，用三維x射線(xiàn)顯微鏡獲得的曲線(xiàn)擬合特征值進(jìn)行曲線(xiàn)擬合，然后對(duì)于10-75μm的顆粒粒度數(shù)據(jù)，采用光學(xué)顯微鏡獲得的曲線(xiàn)擬合特征值對(duì)擬合曲線(xiàn)進(jìn)行修正，對(duì)于小于10μm的顆粒粒度數(shù)據(jù)，采用掃描電子顯微鏡獲得的曲線(xiàn)擬合特征值對(duì)擬合曲線(xiàn)進(jìn)行修正。

44、根據(jù)本技術(shù)的又一方面，提供了本技術(shù)所述的掃描-儲(chǔ)存集成容器或所述的方法在土壤特別是月壤的粒度檢測(cè)中的應(yīng)用。

45、在一些實(shí)施方式中，所述土壤為月壤。

46、本技術(shù)采用三維x射線(xiàn)顯微鏡檢測(cè)月壤粒度，實(shí)現(xiàn)了無(wú)接觸、無(wú)污染且無(wú)損失的檢測(cè)；并且用于檢測(cè)的掃描-儲(chǔ)存集成容器能夠在儲(chǔ)存月壤樣品的同時(shí)，不需要額外的制樣就能夠用于三維x射線(xiàn)顯微鏡的ct檢測(cè)。進(jìn)一步地，采用多種檢測(cè)方法聯(lián)合檢測(cè)，充分利用了不同方法的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)，有效彌補(bǔ)了單一方法的不足，顯著提高了粒度測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠度。