(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211046918.0 (22)申请日 2022.08.30 (71)申请人 中国地质大 学 （北京） 地址 100083 北京市海淀区学院路2 9号 (72)发明人 久博　黄文辉　穆娜娜　郝睿林　 文龙　 (74)专利代理 机构 北京和信华成知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11390 专利代理师 黄尧昆 (51)Int.Cl. G01N 27/626(2021.01) G01N 1/28(2006.01) G06V 20/69(2022.01) G06V 10/82(2022.01) G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分 析方法 (57)摘要 本发明公开了一种煤中锗元素分布可视化 输出及定量分析方法， 包括以下步骤： 利用优化 算法构建出锗元素分析样片的制片参数确定模 型， 将块状煤样通过制片参数确定模 型确定出块 状煤样的制片参数， 并将块状煤样依据制片参数 进行制片得到块状煤样的锗元素分析样片； 利用 图像识别算 法构建出LA ‑ICP‑MS Mapping区域的 区域选取模 型， 将块状煤样的锗元素分析样片通 过区域选取模型在块状煤样的锗元素分析样片 中确定出LA ‑ICP‑MSMapping区域。 在制样和LA ‑ ICP‑MS Mapping分析区域的选定上利用优化算 法构建出锗元素分析样片的制片参数确定模型， 以保障锗元素分析样片的可视化效果， 利用图像 识别算法构建出LA ‑ICP‑MS Mapping区域的区域 选取模型， 以保障LA ‑ICP‑MS Mapping区域 的元 素多样性， 提高可视化输出及定量分析的精准 性。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115452928 A 2022.12.09 CN 115452928 A 1.一种煤中锗元 素分布可视化输出及定量分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 利用优化算法构建出锗元素分析样片的制片参数确定模型， 以保障锗元素分 析样片的可视化效果， 将块状煤样通过制片参数确定模型确定出块状煤样的制片参数， 并 将块状煤样依据制片参数进行制片得到块状煤样的锗元 素分析样片； 步骤S2、 利用图像识别算法构建出LA ‑ICP‑MS Mapping区域的区域选取模型， 以保障 LA‑ICP‑MS Mapping区域的元素多样性， 将块状煤样的锗元素分析样片通过区域选取模型 在块状煤样的锗元 素分析样片中确定出LA ‑ICP‑MS Mapping区域； 步骤S3、 应用LA ‑ICP‑MS Mapping技术对LA ‑ICP‑MS Mapping区域进行剥蚀分析， 以去 除表层制样残渣， 再选择内外标法对LA ‑ICP‑MS Mapping区域中的锗元 素进行分析； 步骤S4、 基于内外标法的分析结果， 对整个LA ‑ICP‑MS Mapping区域进行可视化输出， 并同时应用连接在剥蚀系统上的电感耦合等离子体质谱Agilent  7500a工作 站对锗元素含 量进行定量 化分析。 2.根据权利要求1所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于： 所述利用优化 算法构建出锗元 素分析样片的制片参数确定模型， 包括： 选取多个历史锗元素分析样片， 并获得历史锗元素分析样片的制 片时长、 制片 成功率， 所述制片成功率是对历史锗元素分析样片表面平整性的量化， 将历史锗元素分析样片进 行 表面网格化处理以在历史锗元素分析样片表面获得一组表面网格， 所述制片成功率的计算 公式为： 式中， P为历史锗元素分析样片的制片成功率， Li为历史锗元素分析样片表面上第i个表 面网格中心点处的高度值， n 为历史锗元 素分析样片表面上的表面网格数量； 将多个历史锗元素分析样片的制片时长作为第 一输出项， 将多个历史锗元素分析样片 的制片厚度和历史锗元素分析样片对应的历史煤样的外形参数作为第一输入项， 利用BP神 经网络基于所述第一输出项和 第一输入项进 行卷积训练得到制片时长测算模型， 所述制片 时长测算模型为： T＝BP(S,h)； 式中， T为制片时长， S为历史煤样的外形参数， h为制片厚度， BP为BP神经网络； 将多个历史锗元素分析样片的制片 成功率作为第 二输出项， 将多个历史锗元素分析样 片的制片厚度和历史锗元素分析样片对应的历史煤样的外形参数作为第二输入项， 利用BP 神经网络基于所述第二输出项和 第二输入项进行卷积训练得到制片成功 率测算模型， 所述 制片成功率测算模型为： P＝BP(S,h)； 式中， P为制片成功率， S为历史煤样的外形参数， h为制片厚度， BP为BP神经网络； 将制片时长和制 片成功率分别作为优化指标， 并将最小化制片时长和最大化制 片成功 率构成所述制片参数确定模型， 所述制片参数确定模型的模型表达式为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115452928 A 2式中， min为最小化运算符， max为 最大化运算符； 将制片厚度大于制片激光束直径作为制片参数确定模型的求解范围， 并在求解约束范 围中对制片参数确定模型进行优化 求解得到制片厚度。 3.根据权利要求2所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于： 所述将块状煤样通过制片参数确定模型确定出块状煤样的制片参数， 包括： 测量块状煤样的外形参数， 并将块状煤样的外形参数输入至制片参数确定模型， 由制 片参数确定模型确定出块状煤样的制片参数。 4.根据权利要求3所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于： 所述将块状煤样依据制片参数进行制片得到块状煤样的锗元 素分析样片， 包括： 利用制片激光束将块状煤样进行激光剥蚀、 双面抛光至与制片厚度相符的块状煤样的 锗元素分析样片。 5.根据权利要求4所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于： 所述利用图像识别算法构建出LA ‑ICP‑MS Mapping区域的区域选取模型， 包括： 在历史锗元素分析样片中选取出包含多种矿物组分的表面区域标记为历史LA ‑ICP‑MS  Mapping区域， 并将历 史锗元素分析样片的表面图像作为图像识别算法YOLO  V5的输入项， 将历史LA ‑ICP‑MS Mapping区域的位置信息作为图像识别算法YOLO  V5的输出项； 利用图像识别算法YOLO  V5基于所述图像识别算法YOLO  V5的输入项和图像识别算法 YOLO V5的输出项进 行模型训练得到在锗元素分析样片中识别出包含多种矿物组分的表 面 区域的区域选取模型， 所述区域选取模型的模型表达式为： G＝YOLO V5(H)； 式中， G为位置信息， H为表面图像， YOLO  V5为图像识别算法YOLO  V5。 6.根据权利要求5所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于： 所述将块状煤样的锗元素分析样片通过区域选取模型在块状煤样的锗元素分析样片中 确定出LA ‑ICP‑MS Mapping区域， 包括： 获取块状煤样的锗元素分析样片的表面图像， 将块状煤样的锗元素分析样片的表面图 像输入至区域选取模型， 由区域选取模型输出块状煤样的锗元素分析样片中确定出LA ‑ ICP‑MS Mapping区域； 其中， 若确定出LA ‑ICP‑MS Mapping区域数量不唯一， 则选取表面平整性最高的LA ‑ ICP‑MS Mapping区域。 7.根据权利要求6所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于： 所述应用LA ‑ICP‑MS Mapping技术对LA‑ICP‑MS Mapping区域进行剥蚀 分析， 包括： 将预剥蚀厚度设定为10微米， 依据设定的预剥蚀厚度对LA ‑ICP‑MS Mapping区域进行 表层预剥蚀， 以去除表层制样残渣； 在完成表层预剥蚀的LA ‑ICP‑MS Mapping区域上进行表层正式剥蚀， 以在LA ‑ICP‑MS  Mapping区域上获得激光 点位分布。 8.根据权利要求7所述的一种煤中锗元素分布可视化输出及定量分析方法， 其特征在 于， 所述选择内外标法对LA ‑ICP‑MS Mapping区域中的锗元 素进行分析， 包括： 将标定元素设置为铝 元素， 外标物质选用NIST610中的铝元素进行分析， 锗元素为目标 元素， 选择砷元 素作为对照实验元 素；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115452928 A 3