在劳厄衍射图谱中识别同一晶带轴衍射峰的方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911313367.8 (22)申请日 2019.12.18 (71)申请人 西安交通大学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 陈凯寇嘉伟 (74)专利代理机构 北京中济纬天专利代理有限 公司 11429 代理人 覃婧婵 (51)Int.Cl. G01N 23/2055(2018.01) (54)发明名称 在劳厄衍射图谱中识别同一晶带轴衍射峰 的方法 (57)摘要 本发明公开了一种在劳厄衍射图谱中识别 同一晶带轴衍射峰的方法， 方法包括以下步骤：。

2、 建立探测器坐标系， 计算在该探测器坐标系下各 衍射峰的衍射矢量， 以探测器坐标系的原点为球 心建立单位球壳S； 求取垂直于该衍射峰的衍射 矢量且过该探测器坐标系的原点的各平面Pi， 求取平面Pi与单位球壳S相交的圆Ci， 定义位角 与方位角步长， 俯仰角与俯仰角步长 依据方位角步长与俯仰角步长， 将球壳的上 半球壳划分为m个单位区域Dj， 在单位区域Dj中 求各圆Ci之间的广义交点， 每个广义交点对应着 一个晶带轴， 该晶带轴的方向为以该广义交点为 终点， 以探测器坐标系的原点为起点的单位矢 量， 相交于该广义交点的圆Ci对应的衍射峰属于 该广义交点对应的晶带轴。 权利要求书2页 说明书5页。

3、 附图1页 CN 110927190 A 2020.03.27 CN 110927190 A 1.一种在劳厄衍射图谱中识别同一晶带轴衍射峰的方法， 该方法包括以下步骤： 第一步骤(S1)中， 建立探测器坐标系， 计算在该探测器坐标系下各衍射峰的衍射矢量 并以单位矢量表示其中i1， 2， 3n， n表示衍射峰的总数； 第二步骤(S2)中， 以探测器坐标系的原点为球心建立单位球壳S； 第三步骤(S3)中， 求取垂直于该衍射峰的衍射矢量且过该探测器坐标系的原点的各 平面Pi， 其中i1， 2， 3n； 第四步骤(S4)中， 求取平面Pi与单位球壳S相交的圆Ci， 其中i1， 2， 3n； 第五步骤(。

4、S5)中， 定义位角 与方位角步长 ， 俯仰角与俯仰角步长依据方位 角步长与俯仰角步长， 将球壳的上半球壳划分为m个单位区域Dj， 其中j1， 2， 3m， 第六步骤(S6)中， 在单位区域Dj中求各圆Ci之间的广义交点， 每个广义交点对应着一个 晶带轴， 该晶带轴的方向为以该广义交点为终点， 以探测器坐标系的原点为起点的单位矢 量， 相交于该广义交点的圆Ci对应的衍射峰属于该广义交点对应的晶带轴， 即识别出该广 义交点的圆Ci对应的衍射峰属于同一晶带轴。 2.根据权利要求1所述的方法， 其中， 优选的， 第六步骤(S6)中， 在单位区域Dj中求各圆 Ci之间的广义交点时， 第一步(S6-1)。

5、， 进入单位区域Dj的圆Ci组成圆的集合Ci， 其中i 1， 2， 3n ， n 表示该 集合中圆的总数， 单位区域Dj的左侧边界为方位角 1， 右侧边界为方位角 2， 若n np， 则在该单位区域Dj中不存在广义交点， np为预定参数； 第二步(S6-2)， 对集合Ci中的所有圆求其当方位角为 1时的俯仰角其中i11， 2， 3n ， 依据俯仰角的值的降序为集合Ci中的所有圆编号为1， 2， 3n ， 并将这些编号 按此顺序组成序列L1； 第三步(S6-3)， 对集合Ci中的所有圆求其当方位角为 2时俯仰角其中i21， 2， 3 n ， 依据俯仰角的值的升序将为集合Ci中的所有圆排序， 并以。

6、各圆的编号按此顺序组 成序列L2； 第四步(S6-4)， 将序列L1和序列L2中位于相同位置的数字相减并求绝对值以组成序列 L3； 若序列L3中不存在非零值， 则认为该单位区域Dj的中心为广义交点， 若序列L3中存在非 零最大值， 求其所在位置， 如序列L1该位置的数字为t， 则将编号为t的圆从集合Ci删去； 第五步(S6-5)， 若删去后集合Ci中圆的总数大于np， 则跳至第二步(S6-2)； 若删去后集 合Ci中圆的总数少于np， 则在该单位区域Dj中不存在广义交点。 3.根据权利要求1所述的方法， 其中， 方位角步长 和俯仰角步长分别为5 。 4.根据权利要求2所述的方法， 其中， 参数。

7、np为形成一个广义交点需要的最少的相交的 圆的数量。 5.根据权利要求2所述的方法， 其中， 参数np为5、 6或7。 权利要求书 1/2 页 2 CN 110927190 A 2 6.根据权利要求1所述的方法， 其中， 第五步骤(S5)中， 上半球壳为俯仰角的半 个球壳。 7.根据权利要求1所述的方法， 其中， 探测器坐标系为三维直角坐标系。 8.根据权利要求1所述的方法， 其中， 第五步骤(S5)中， 方位角 为球壳上的点在坐标系 x-y平面的投影与原点连线和坐标系x轴的夹角， 俯仰角为球壳上的点与原点连线和坐标 系z轴的夹角。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110927190 A 3。

8、 在劳厄衍射图谱中识别同一晶带轴衍射峰的方法 技术领域 0001 本发明属于X射线衍射技术领域， 特别是一种在劳厄衍射图谱中识别同一晶带轴 衍射峰的方法。 背景技术 0002 作为一种高效的材料表征手段， X射线劳厄衍射被广泛用于多种材料的表征。 基于 劳厄衍射图谱， 能够通过分析计算得到材料的取向、 组成相和应变等各种信息。 由于劳厄衍 射原理简单， 在进行衍射实验时无需转动样品、 X射线光源或探测器的空间位置， 从而能够 实现劳厄图谱的快速采集， 相比其他相似的表征手段， 在速度上具有极大的优势。 而在对劳 厄衍射图谱进行标定后， 通过对衍射峰位置的回归拟合， 可以求解包括三维晶体取向， 。

9、二阶 应力应变张量等信息。 使用诸如传统的X射线衍射技术、 电子衍射技术等方法， 都无法实现 同时对这些材料信息的高精度表征。 进而在材料表征领域， 劳厄衍射有其不可替代的优势。 0003 而在分析劳厄衍射图谱前， 需要对劳厄衍射图谱进行标定。 对于如矿物样品等有 着较大晶胞的材料， 使用劳厄衍射往往能采集到数十甚至数百个衍射峰， 而对于这些衍射 峰的标定， 往往需要花费大量的时间， 且由于基于劳厄衍射图谱的所有其他分析都需要使 用到衍射峰的标定结果， 故分析这样的劳厄衍射图谱必须花费的时间一般很长。 对于一般 的个人电脑， 以现有的算法和商用化的软件， 分析这样的衍射峰往往需要数分钟甚至十数。

10、 分钟。 而对于衍射峰较多的劳厄衍射图谱， 属于各晶带轴的衍射峰都较多， 通过对属于同一 晶带轴的衍射峰的识别并获得对应晶带轴的方向可以极大的简化标定过程， 减少所需要的 时间， 对于分析取向等简单的材料信息， 甚至无需继续对衍射峰进行标定， 仅需要对晶带轴 进行标定。 0004 而现有的劳厄衍射图谱分析算法往往无法实现对属于同一晶带轴的衍射峰进行 识别。 已有的方法中， 往往都使用椭圆或双曲线拟合的方法直接对衍射峰在劳厄衍射图谱 的位置进行拟合。 这样对衍射峰的位置的拟合过程往往耗时较多， 即无法达到简化标定分 析过程， 减少标定分析耗时的目的。 0005 在背景技术部分中公开的上述信息仅仅。

11、用于增强对本发明背景的理解， 因此可能 包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。 发明内容 0006 针对现有技术中存在的问题， 本发明提出一种在劳厄衍射图谱中识别同一晶带轴 衍射峰的方法。 0007 本发明的目的是通过以下技术方案予以实现， 一种在劳厄衍射图谱中识别同一晶 带轴衍射峰的方法包括以下步骤： 0008 第一步骤中， 建立探测器坐标系， 计算在该探测器坐标系下各衍射峰的衍射矢量 并以单位矢量表示其中i1， 2， 3n， n表示衍射峰的总数； 0009 第二步骤中， 以探测器坐标系的原点为球心建立单位球壳S； 说明书 1/5 页 4 CN 110927190 A 4。

12、 0010第三步骤中， 求取垂直于该衍射峰的衍射矢量且过该探测器坐标系的原点的各 平面Pi， 其中i1， 2， 3n； 0011 第四步骤中， 求取平面Pi与单位球壳S相交的圆Ci， 其中i1， 2， 3n； 0012第五步骤中， 定义位角 与方位角步长 ， 俯仰角与俯仰角步长依据方位 角步长与俯仰角步长， 将球壳的上半球壳划分为m个单位区域Dj， 其中j1， 2， 3m， 0013 第六步骤中， 在单位区域Dj中求各圆Ci之间的广义交点， 每个广义交点对应着一个 晶带轴， 该晶带轴的方向为以该广义交点为终点， 以探测器坐标系的原点为起点的单位矢 量， 相交于该广义交点的圆Ci对应的衍射峰属于。

13、该广义交点对应的晶带轴。 0014 所述的方法中， 第六步骤中， 在单位区域Dj中求各圆Ci之间的广义交点时， 0015 第一步， 进入单位区域Dj的圆Ci组成圆的集合Ci， 其中i 1， 2， 3n ， n 表示该 集合中圆的总数， 单位区域Dj的左侧边界为方位角 1， 右侧边界为方位角 2， 若n np， 则在该单位区域Dj中不存在广义交点， np为预定参数； 0016第二步， 对集合Ci中的所有圆求其当方位角为 1时的俯仰角其中i11， 2， 3n， 依据俯仰角的值的降序为集合Ci中的所有圆编号为1， 2， 3n ， 并将这些编号按 此顺序组成序列L1； 0017第三步， 对集合Ci中的。

14、所有圆求其当方位角为 2时俯仰角其中i21， 2， 3 n ， 依据俯仰角的值的升序将为集合Ci中的所有圆排序， 并以各圆的编号按此顺序组成 序列L2； 0018 第四步， 将序列L1和序列L2中位于相同位置的数字相减并求绝对值以组成序列L3； 若序列L3中不存在非零值， 则认为该单位区域Dj的中心为广义交点， 若序列L3中存在非零最 大值， 求其所在位置， 如序列L1该位置的数字为t， 则将编号为t的圆从集合Ci删去； 0019 第五步， 若删去后集合Ci中圆的总数大于np， 则跳至第二步(S6-2)； 若删去后集合 Ci中圆的总数少于np， 则在该单位区域Dj中不存在广义交点。 0020所。

15、述的方法中， 方位角步长 和俯仰角步长分别为5 。 0021 所述的方法中， 参数np为形成一个广义交点需要的最少的相交的圆的数量， 0022 所述的方法中， 参数np为一般为5、 6或7。 0023所述的方法中， 第五步骤中， 上半球壳为俯仰角的半个球壳。 0024 所述的方法中， 探测器坐标系为三维直角坐标系。 0025 第五步骤中， 方位角 为球壳上的点在坐标系x-y平面的投影与原点连线和坐标系 x轴的夹角， 俯仰角 为球壳上的点与原点连线和坐标系z轴的夹角。 0026 相比现有技术， 本发明中所介绍的方法计算简单， 对劳厄衍射峰的质量要求较低， 同时可以适用于衍射峰数目从十数个到数百个。

16、的劳厄衍射图谱。 本方法具有简便、 耗时少 等特点。 说明书 2/5 页 5 CN 110927190 A 5 附图说明 0027 通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述， 本发明各种其他的优点和益处 对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。 说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的， 而并不认为是对本发明的限制。 显而易见地， 下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得 其他的附图。 而且在整个附图中， 用相同的附图标记表示相同的部件。 0028 在附图中： 0029 图1是根据本发明一个实施例的在劳厄衍射图谱。

17、中识别同一晶带轴衍射峰的方法 的步骤示意图； 0030 图2是根据本发明一个实施例的劳厄衍射图谱示意图。 0031 以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。 具体实施方式 0032 下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。 虽然附图中显示了本 发明的具体实施例， 然而应当理解， 可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施 例所限制。 相反， 提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明， 并且能够将本发明的范 围完整的传达给本领域的技术人员。 0033 需要说明的是， 在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。 本领 域技术人员应可以理解， 技术人员可能会用不同名。

18、词来称呼同一个组件。 本说明书及权利 要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式， 而是以组件在功能上的差异来作为区分的 准则。 如在通篇说明书及权利要求当中所提及的 “包含” 或 “包括” 为一开放式用语， 故应解 释成 “包含但不限定于” 。 说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式， 然该描述乃以说 明书的一般原则为目的， 并非用以限定本发明的范围。 本发明的保护范围当视所附权利要 求所界定者为准。 0034 为便于对本发明实施例的理解， 下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解 释说明， 且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。 0035 为了更好地理解， 如图1所示， 一种在劳厄衍射。

19、图谱中识别同一晶带轴衍射峰的方 法包括以下步骤： 0036 第一步骤S1中， 建立探测器坐标系， 计算在该探测器坐标系下各衍射峰的衍射矢 量并以单位矢量表示其中i1， 2， 3n， n表示衍射峰的总数； 0037 第二步骤S2中， 以探测器坐标系的原点为球心建立单位球壳S； 0038第三步骤S3中， 求取垂直于该衍射峰的衍射矢量且过该探测器坐标系的原点的 各平面Pi， 其中i1， 2， 3n； 0039 第四步骤S4中， 求取平面Pi与单位球壳S相交的圆Ci， 其中i1， 2， 3n； 0040第五步骤S5中， 定义位角 与方位角步长 ， 俯仰角 与俯仰角步长依据方 位角步长与俯仰角步长， 将。

20、球壳的上半球壳划分为m个单位区域Di， 其中j1， 2， 3m， 说明书 3/5 页 6 CN 110927190 A 6 0041 第六步骤S6中， 在单位区域Dj中求各圆Ci之间的广义交点， 每个广义交点对应着一 个晶带轴， 该晶带轴的方向为以该广义交点为终点， 以探测器坐标系的原点为起点的单位 矢量， 相交于该广义交点的圆Ci对应的衍射峰属于该广义交点对应的晶带轴。 0042 为使对本发明的叙述更为清晰明了， 现使用单晶硅的劳厄衍射图谱为例具体描述 本发明的具体实施步骤与技术细节。 0043 本具体实施方法中使用的劳厄衍射图谱如图2所示。 具体实施方法为： 0044 步骤1： 使用公知的。

21、方法在图2所示劳厄衍射图谱中寻衍射峰， 共寻到衍射峰39个， 其在探测器上的位置为(xi yi)， 其中i1， 2， 339。 建立探测器坐标系， 使用公知的方法计 算该坐标系下各衍射峰的衍射矢量并以单位矢量表示其中i1， 2， 339。 这里衍射矢 量的具体计算方法为： 读取探测器的空间转角、 和。 有 0045 0046 得到矩阵A后， 读取该点样品上照射点到探测器平面的距离d， 利用公式可得各衍 射峰出射束kout， i在探测器坐标系下为 0047 0048又有入射X射线在探测器坐标系下为kin。 则各衍射峰的衍射矢量为 0049 0050 步骤2： 以探测器坐标系的原点为球心建立单位球。

22、壳S。 0051步骤3： 求垂直于各衍射矢量且经过探测器坐标系原点的39个平面Pi。 0052 步骤4： 求39个平面Pi与单位球壳S相交的39各在球壳S上的圆Ci。 0053步骤5： 以方位角步长 5 ， 俯仰角步长将俯仰角的上半球壳 划分为1296个单位区域Dj， j1， 2， 31296。 这里方位角 为球壳上的点在探测器坐标系x- y平面的投影与探测器坐标系原点连线和探测器坐标系x轴的夹角， 俯仰角为球壳上的点 与探测器原点连线和探测器坐标系z轴的夹角。 0054 步骤6： 定义参数np5。 在每个单位区域Dj中求各圆Ci之间的广义交点。 每个广义 交点对应着一个晶带轴， 该晶带轴的方。

23、向为以该广义交点为终点， 以探测器坐标系的原点 为起点的单位矢量。 相交于该广义交点的圆Ci对应的衍射峰属于该广义交点对应的晶带 轴。 求单位区域中的广义交点的方法为： 说明书 4/5 页 7 CN 110927190 A 7 0055 第一步， 定义所有进入单位区域Dj的圆Ci组成圆的集合Ci， 其中i 1， 2， 3n ， n 表示该集合中圆的总数。 单位区域Dj的左侧边界为方位角 1， 右侧边界为方位角 2。 若n np， 则在该单位区域Dj中不存在广义交点， 且不需要执行以下各步骤， 这里np5。 0056第二步， 对所有集合Ci中的所有圆， 求其当方位角为 1时的俯仰角其中i11， 。

24、2， 3n 。 依据俯仰角的值的降序为集合Ci中的所有圆编号为1， 2， 3n ， 并将这些编号 按此顺序组成序列L1， n 表示此时集合中圆的总数。 0057第三步， 对所有集合Ci中的所有圆， 求其当方位角为 2时俯仰角其中i21， 2， 3n ， 依据俯仰角的值的升序将为集合Ci中的所有圆排序， 并以各圆的编号按此顺序 组成序列L2， n 表示此时集合Ci中圆的总数。 0058 第四步， 将序列L1和序列L2中位于相同位置的数字相减并求绝对值以组成序列L3。 若序列L3中不存在非零值， 则认为该单位区域Dj的中心为广义交点， 在该广义交点相交的圆 为集合Ci中的所有圆， 且不需要执行后续。

25、步骤。 若序列L3中存在非零最大值， 求其所在位 置。 假设序列L1该位置的数字为t， 则将编号为t的圆从集合Ci删去。 0059 第五步， 若删去后集合Ci中圆的总数大于np， 则跳至第二步。 若删去后集合Ci中圆 的总数少于np， 则在该单位区域Dj中不存在广义交点， 且不需要执行后续步骤。 这里np5。 0060 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述， 但本发明并不局限于上述的 具体实施方案和应用领域， 上述的具体实施方案仅仅是示意性的、 指导性的， 而不是限制性 的。 本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围 的情况下， 还可以做出很多种的形式， 这些均属于本发明保护之列。 说明书 5/5 页 8 CN 110927190 A 8 图1 图2 说明书附图 1/1 页 9 CN 110927190 A 9 。