חומרוגרפיה אופטית חלק 2: ניתוח תמונה

מטריאוגרפיה היא שיטה להדמיית מבנה מיקרוסקופי וניתוח של רכיבים מבניים של חומרים מוצקים. שיטות ניתוח תמונה כמותיות, כגון טומוגרפיה של קרני רנטגן, עוזרות לאפיין מיקרו-מבנים מגוונים.

עם זאת, אלה כרוכים לעתים קרובות במכשור יקר. מטריאוגרפיה מבוססת מיקרוסקופ אופטי היא אלטרנטיבה משתלמת לחקר חומרים מוצקים. בסרטון קודם על מטריאוגרפיה, כיסינו את נושא הכנת הדגימה למטריאוגרפיה אופטית.

סרטון זה ימחיש כעת כיצד לנתח את התמונות של המדגם המוכן, תוך שימוש בעקרונות השיטות הסטטיסטיות וכימות המבנה התלת מימדי של חומר מוצק.

ממטריטוגרפיה אופטית, התמונות מנותחות על פי שלושה מאפיינים עיקריים: נקבוביות, צפיפות גרגרים וצפיפות יעילה.

הבה נסתכל תחילה על הנקבוביות. הוא מוגדר כשבריר הנפח של חומר שאינו תפוס על ידי אטומים. חלק ריק זה בחומר קובע את תכונותיו המכניות, החשמליות והאופטיות. זה משפיע גם על החדירות שלו. מבחינה סטטיסטית, הנקבוביות מוערכת על פרוסה דו-ממדית מייצגת של דגימה, על ידי שטח הריק המנורמל על ידי השטח הכולל המצולם. על ידי ניתוח תמונות מרובות של אותה דגימה, מתקבל שטח הריק הממוצע של דגימה. באופן דומה, על ידי הוספת רסטר לתמונות, המספר הממוצע של נקודות, או פיקסלים, קו בריק, מנורמל על ידי סך נקודות הבדיקה, נותן את נקודות הריק הממוצעות של דגימה.

המאפיין השני של חומרים פולי-קריסטליים הוא צפיפות התבואה. צילום תמונה רסטרית, היא מוערכת על ידי כימות מספר הצמתים של גרגר עם קווי בדיקה. המספר הממוצע של הצטלבויות עבור כל התמונות מעיד על הממד הרוחבי הממוצע של גרגר גבישי. עבור חומרים בעלי נקבוביות גבוהה, ניתן למצוא את צפיפות התבואה הממוצעת גם באמצעות הנקבוביות הממוצעת.

המאפיין השלישי הוא הצפיפות האפקטיבית. זה לוקח בחשבון את נפח הנקבוביות בחומר, ואת הצפיפות הגלובלית של החומר. כאן ניתן להגדיר את הנקבוביות על ידי הפרמטרים A או P. כעת נראה כיצד לנתח את שלושת המאפיינים הללו על תמונות המתקבלות ממטריטוגרפיה אופטית.

הניתוח הכמותי של תמונות מטריאוגרפיה אופטית דורש את ההליך המוקדם של הכנת הדגימה. אנא עיין בחומר הווידיאו חלק ראשון לפרוטוקול הכנת דגימה מתאים בארבעה שלבים: חיתוך, הרכבה, ליטוש ותחריט.

הבה נבחן כעת את המדגם המוכן של דגימת ליבת משרן טורואידי. יש צורך בתמונות מרובות של אותה דגימה כדי לבצע את ניתוח המטריאוגרפיה האופטית.

השתמש בתוכנה אנליטית דיגיטלית שבה ניתן לסווג פיקסלים על סמך הבהירות שלהם ולספור אותם בהתאם. אם לא זמין, ניתן לבצע את הניתוח ביד. זהה את אזורי הריק. תחת Analyze בתפריט, בחר Set Scale ובחר את המרחק בפיקסלים. לאחר מכן בחרו 'תמונה', 'סוג' ו'8 סיביות' כדי לשנות את התמונה לגווני אפור. בתפריט 'תהליך', בחרו 'בינארי' ו'הפוך לבינארי' כדי להגדיל את הניגודיות של התמונה. לבסוף, בחר נתח חלקיקים מתפריט ניתוח כדי למדוד את שטח הריק ביחידות מיקרומטר.

קח את סכום האזורים הריק ונרמל אותו לפי השטח הכולל בתמונה כדי לקבל את הפרמטר A. חזור על כל התמונות כדי לקבל את הפרמטר הממוצע A. לאחר מכן, שכב רשת על התמונה. נקודות ההצטלבות הן נקודות הבדיקה. ספרו את מספר נקודות הבדיקה. זהה אזורי נקבוביות וספור את המספר הכולל של נקודות הבדיקה בתוכם. נרמל לפי המספר הכולל של נקודות הבדיקה כדי לקבל את הפרמטר P.

חזור על החישוב עבור כל התמונות כדי להעריך את הפרמטר הממוצע P ואת דלתא שגיאת הדגימה, כאשר סיגמא היא סטיית התקן, n הוא מספר התמונות, X-I הוא המדגם I ו-U הוא ממוצע המדגם.

בשלב השני של הניתוח, זהה גבולות בין גרגרים שכנים, ולאחר מכן הנח קבוצה של קווי בדיקה אופקיים על התמונה. ספור את מספר הצמתים בין קווי הבדיקה לגבולות התבואה והערך את הפרמטר I-L.

חזור על שלב זה על ידי סיבוב הקווים ב- 90 מעלות. לאחר מכן חזור על הפעולה עבור כל התמונות. חשב את גודל גרגר היירוט הממוצע בכיוון האופקי ובכיוון האנכי. סוף סוף ניתן להעריך את גודל התבואה.

לבסוף, סובב את הקווים ב-30 מעלות ו-60 מעלות והשווה למקרים אנכיים ואופקיים קודמים. שימו לב לצורת הגרגר ולזווית הכיוון המועדפת. זוהי אינדיקציה לרמת האניזוטרופיה של הדגימה.

ניתוח כמותי של מבנה מיקרוסקופי של חומרים מוצקים במיקרוסקופיה אופטית שימושי ליישומים שונים. חקר גודל וצורת הגרגר במינרלים תורם להבנת היווצרות הסלע בתנאים קיצוניים.

מסיבה זו ניתוח מטריאוגרפי מוכיח את עצמו כשיטה שימושית לחקר כוכבי לכת. דגימות פולי-קריסטליות עשויות להראות כיוונים שונים של הגרגירים שלהן. לדוגמא, בסגסוגות המשמשות לצינורות נפט, פונקציית ההפצה האוריינטלית משפיעה ישירות על החוזק המכני הצירי והרוחבי של סגסוגות אלה.

מטריאוגרפיה משמשת באופן שגרתי לאימות איכות הסגסוגות המשמשות לבניית צינורות נפט.

זה עתה צפיתם בהקדמה של ג'וב למטריאוגרפיה אופטית. כעת עליך להבין את עקרונות ניתוח התמונה המשמשים לחקירת המבנים המיקרוסקופיים של מוצקים. כדאי גם לדעת לקבוע נקבוביות, גודל גרגר וצפיפות עבור חומרים שונים.

תודה שצפית.