火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置及方法與流程

本發明涉及光譜實驗技術領域，涉及火星模擬環境下的光譜實驗技術，具體地說，涉及一種火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置及方法，用于不同火星模擬環境條件下的多種光譜綜合性原位測試。

背景技術：

火星和地球一樣擁有多樣的地形地貌，有高山、平原和峽谷，地表沙丘、礫石遍布，火星也具有大氣層，但其主要成分為co2(～95.5％)，而且氣壓很低(～600-1000pa)，全球年平均溫度低達-63℃。火星表面物質成分的光譜學特征(如紫外光譜、可見近紅外反射光譜、中紅外光譜、拉曼光譜等)是進行火星未知巖石或礦物成分的遙感和就位探測的主要手段。特定火星環境下，火星表面物質(如礦物/鹽類)可能會出現異于地球的新光譜特征，尤其是中紅外和近紅外等光譜受火星環境條件的影響更為明顯。目前，國內未見關于火星模擬環境下的光譜原位表征實驗的相關報道，國外雖然報道了某些光譜表征實驗，但大部分不是在模擬火星環境條件下進行的，而關于火星模擬環境下火星礦物/鹽類實驗主要為單種光譜表征，所獲光譜信息較為單一，缺乏聯用多種光譜技術進行綜合原位表征的相關實驗。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷和不足，提供了一種火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置及方法，用于進行不同模擬火星環境下的多種光譜(包括可見近紅光譜、中紅外光譜、拉曼光譜、紫外光譜)的綜合原位測試實驗。

為了達到上述目的，本發明提供了一種火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置，包括真空艙體實驗裝置和全光譜原位表征及聯用實驗裝置，所述真空艙體實驗裝置包括：

用于提供真空和模擬火星環境的真空艙體，所述真空艙體內設有冷熱臺和放置于所述冷熱臺上的樣品盛放件；

與所述真空艙體連通的濕度控制單元，用于模擬和控制火星表面環境濕度；

與所述濕度控制單元連通的第一供氣單元，用于提供火星大氣；

放置于所述真空艙體外的溫度控制單元，所述溫度控制單元與所述冷熱臺連接，用于模擬和控制火星表面環境溫度；

所述全光譜原位表征及聯用實驗裝置包括設于所述真空艙體外的至少兩臺光譜儀，每臺光譜儀連接一個用于采集光譜信號的傳感元件，每個傳感元件連接一個光源，所述傳感元件位于所述真空艙體內，所述光源位于所述真空艙體外。

優選的，所述光譜儀設有兩臺，第一光譜儀為可見近紅外光譜儀，用于表征可見近紅外光譜，第二光譜儀為傅里葉變換中紅外光譜儀，用于表征中紅外光譜；所述傳感元件包括與所述可見近紅外光譜儀連接的可見近紅外反射光纖探頭和與所述傅里葉變換中紅外光譜儀連接的中紅外反射光纖探頭；所述光源包括與所述可見近紅外反射光纖探頭連接的可見近紅外光源和與所述中紅外反射光纖探頭連接的中紅外光源。

優選的，所述光譜儀設有三臺，第一光譜儀為可見近紅外光譜儀，用于表征可見近紅外光譜，第二光譜儀為傅里葉變換中紅外光譜儀，用于表征中紅外光譜，第三光譜儀為激光拉曼光譜儀，用于表征拉曼散射光譜；所述傳感元件包括與所述可見近紅外光譜儀連接的可見近紅外反射光纖探頭、與所述傅里葉變換中紅外光譜儀連接的中紅外反射光纖探頭以及與所述激光拉曼光譜儀連接的拉曼光纖探頭；所述光源包括與所述可見近紅外反射光纖探頭連接的可見近紅外光源、與所述中紅外反射光纖探頭連接的中紅外光源以及與所述拉曼光纖探頭連接的532nm激光器。

優選的，所述光譜儀設有四臺，第一光譜儀為可見近紅外光譜儀，用于表征可見近紅外光譜，第二光譜儀為傅里葉變換中紅外光譜儀，用于表征中紅外光譜，第三光譜儀為激光拉曼光譜儀，用于表征拉曼散射光譜，第四光譜儀為紫外光譜儀，用于表征紫外光譜；所述傳感元件包括與所述可見近紅外光譜儀連接的可見近紅外反射光纖探頭、與所述傅里葉變換中紅外光譜儀連接的中紅外反射光纖探頭、與所述激光拉曼光譜儀連接的拉曼光纖探頭以及與所述紫外光譜儀連接的紫外反射光纖探頭；所述光源包括與所述可見近紅外反射光纖探頭連接的可見近紅外光源、與所述中紅外反射光纖探頭連接的中紅外光源、與所述拉曼光纖探頭連接的532nm激光器以及與所述紫外反射光纖探頭連接的紫外光源。

進一步的，所述真空艙體實驗裝置還包括與所述真空艙體連接的真空控制單元，用于使所述真空艙體內形成真空環境；所述真空控制單元包括真空泵和與所述真空艙體連接的真空計，所述真空泵通過密封管路與所述真空艙體連通。

優選的，所述濕度控制單元包括溫控加熱器、放置于所述溫控加熱器上的密閉容器以及與所述密閉容器連通的氣體配置件，所述密閉容器內盛放有去離子水，所述氣體配置件與所述真空艙體連通，所述第一供氣單元與所述氣體配置件連通。

優選的，所述的第一供氣單元包括氣源和盛放氣源的氣源鋼瓶。

進一步的，還包括與所述密閉容器連通的第二供氣單元，所述第二供氣單元與密閉容器之間的設有氣體流量計，所述氣體流量計設于連通所述第二供氣單元與所述氣體配置件連通的密封管路上。

優選的，所述溫度控制單元包括溫度控制器、液體泵和杜瓦瓶，所述溫度控制器與所述液體泵電連接，所述液體泵分別通過密封管路與所述杜瓦瓶和設置于所述冷熱臺內的冷卻件連通，所述冷熱臺上設有與所述溫度控制器連接溫度傳感器；所述冷熱臺上表面設有旋轉樣品臺，所述旋轉樣品臺在所述冷熱臺上水平360°旋轉，所述樣品盛放件放置于所述旋轉樣品臺上。

進一步的，所述真空艙體實驗裝置還包括壓力控制單元，所述壓力控制單元包括氣體流量計以及與所述氣體流量計連接壓力控制器，所述氣體流量計設于連通所述第一供氣單元與所述氣體配置件連通的密封管路上，所述壓力控制器與所述真空控制單元的真空泵電連接。

進一步的，所述真空艙體實驗裝置還包括用于提供火星表面紫外輻射條件的紫外輻照光源，所述紫外輻照光源安裝于所述真空艙體的透明真空視窗上。

進一步的，所述真空艙體還連接有溫濕度計，用于測量真空艙體內的溫度和濕度。

進一步的，所述真空艙體實驗裝置還包括用于提供火星表面電場環境的電場控制單元，所述電場控制單元包括放置于真空艙體內的電動平移臺和平行板電容，以及放置于真空艙體外的電壓控制單元，所述電壓控制單元包括電壓發生器、變壓器和電動平移臺控制器。

為了達到上述目的，本發明還提供了一種火星模擬環境全光譜(包括可見近紅光譜、中紅外光譜、拉曼光譜、紫外光譜)原位表征及聯用實驗方法，采用上述火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置，其具體實驗步驟如下：

檢測實驗裝置并調試其至正常工作狀態，根據火星表面存在的礦物種類選擇礦物樣品；

向真空艙體內的樣品盛放件中添加礦物樣品；

通過真空艙體實驗裝置模擬火星環境氣氛、濕度、壓力、溫度條件；

依次打開光源及光譜儀，光譜儀采集光譜；

所有樣品光譜采集完畢后，關閉光源及光譜儀。

為了達到上述目的，本發明又提供了一種火星模擬環境全光譜(包括可見近紅光譜、中紅外光譜、拉曼光譜、紫外光譜)原位表征及聯用實驗方法，采用上述火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置，其具體實驗步驟如下：

檢測實驗裝置并調試其至正常工作狀態，根據火星表面存在的礦物種類選擇礦物樣品；

向真空艙體內的樣品盛放件中添加礦物樣品；

通過真空艙體實驗裝置模擬火星環境氣氛、濕度、壓力、溫度、紫外輻射條件；

依次打開光源及光譜儀，光譜儀采集光譜；

所有樣品光譜采集完畢后，關閉光源及光譜儀。

為了達到上述目的，本發明又提供了一種火星模擬環境全光譜(包括可見近紅光譜、中紅外光譜、拉曼光譜、紫外光譜)原位表征及聯用實驗方法，采用上述火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置，其具體實驗步驟如下：

檢測實驗裝置并調試其至正常工作狀態，根據火星表面存在的礦物種類選擇礦物樣品；

向真空艙體內的樣品盛放件中添加礦物樣品；

通過真空艙體實驗裝置模擬火星環境氣氛、濕度、壓力、紫外輻射、電場條件；

依次打開光源及光譜儀，光譜儀采集光譜；

所有樣品光譜采集完畢后，關閉光源及光譜儀。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

(1)本發明提供的火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置包括真空艙體實驗裝置和全光譜原位表征及聯用實驗裝置，真空艙體實驗裝置能夠真實模擬火星表面環境包括氣氛、壓強、溫度、濕度、紫外輻照和電場等，并實現對這些環境參數的精確調控；在真空艙體實驗裝置模擬的火星環境條件下通過全光譜原位表征及聯用實驗裝置進行火星礦物樣品光譜的原位采集，至少聯用兩種光譜表征方法，獲取的光譜信息更為豐富和多樣化，可用于火星遙感和就位探測光譜數據的綜合比對和解譯。

(2)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置采用獨立的多臺光譜儀，可以根據實驗目的和需求選擇光譜儀、波段范圍和光譜分辨率，可拓展性強，采用不同光譜聯用的方式，分析火星模擬環境對火星礦物樣品光譜的影響效應，以及不同樣品在模擬火星環境條件下的全光譜綜合效應，為科學解譯火星表面物質存在形式、空間分布及動態變化提供關鍵基礎數據和實驗約束。

(3)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置還設有壓力控制單元，包括氣體流量計和壓力控制器，通過壓力控制器和氣體流量計實現對火星表面環境氣氛的調控，并據此研究光譜受不同火星環境氣氛和壓力條件的影響效應。

(4)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置還設有紫外輻照光源，還能夠實現火星表面環境紫外輻照的模擬及其對火星光譜的影響，使實驗裝置模擬的火星環境更加真實。

(5)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置還設有電場控制單元，還能夠實現火星表面電場環境的模擬及其與火星表面物質的相互作用研究。

(6)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置在冷熱臺上設置旋轉樣品臺，能夠在火星表面環境包括氣氛、濕度、溫度、壓力和紫外輻照下研究多個樣品，節約實驗時間，提高實驗效率。

(7)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置及方法為火星環境相關實驗提供了綜合實驗平臺，不僅可以用于火星樣品原位光譜測試，還可用于火星遙感光譜解譯、火星生命痕跡探索、模擬火星樣品的熱動力學實驗、火星探測有效載荷定標實驗等，應用范圍廣。

(8)本發明提供的火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置及方法模擬的火星表面環境參數連續可調，可以研究環境參數對于火星礦物/鹽類樣品光譜的影響，同時進行單、多變量研究，全面掌握火星環境條件與樣品光譜的耦合關系，為未來火星表面物質成分的遙感和就位探測提供重要的地面實驗室基礎數據。

附圖說明

附圖1為本發明一實施例中火星環境模擬實驗裝置的結構圖。

附圖2為本發明另一實施例中火星環境模擬實驗裝置的結構圖。

附圖3本發明實施例中火星模擬環境全光譜原位表征及聯用實驗裝置的結構圖。

附圖4為本發明實施例火星環境全光譜原位表征及聯用實驗方法的流程圖。

附圖5-7為本發明實施例真空艙體實驗裝置模擬火星環境的流程圖。

圖中，1、真空艙體，10、氣源鋼瓶，101，第一氣源鋼瓶，102，第二氣源鋼瓶，11、透明真空視窗，12、樣品盛放件，21、溫控加熱器、22、密閉容器，23、氣體配置件，31、冷熱臺，32、溫度控制器，33、液體泵，34、杜瓦瓶，35、溫度傳感器，36、旋轉樣品臺，37、導管，41、氣體流量計，411、第一氣體流量計，412、第二氣體流量計，42、壓力控制器，51、真空泵，52、真空計，6、紫外輻照光源，7、溫濕度計，71、電動平移臺，72、平行板電容，73，電壓控制單元，81、第一真空法蘭，82、第二真空法蘭，83、第三真空法蘭，84、第四真空法蘭，85、第五真空法蘭，86、第六真空法蘭，91、可見近紅外光譜儀，911、可見近紅外反射光纖探頭，912、可見近紅外光源，913、束狀光纖，92、傅里葉變換中紅外光譜儀，921、中紅外反射光纖探頭，922、中紅外光源，923、中紅外光纖，924、中紅外光纖保護套，93、激光拉曼光譜儀，931、拉曼光纖探頭，932、532nm激光器，933、束狀光纖，94、紫外光譜儀，941、紫外反射光纖探頭，942、紫外光源，943、紫外光纖。

具體實施方式

下面，通過示例性的實施方式對本發明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。

在本發明的描述中，需要說明的是，術語“內”、“外”、“上”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

本發明提供了一種火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置，包括真空艙體實驗裝置和全光譜原位表征及聯用實驗裝置，真空艙體實驗裝置用于模擬火星環境，全光譜原位表征及聯用實驗裝置用于在真實模擬火星環境條件下進行樣品光譜的采集。該裝置能夠模擬火星環境，并在模擬的火星環境下進行樣品的光譜采集，用于分析環境對火星礦物樣品光譜的影響效應，全面掌握火星環境條件與樣品光譜的耦合關系，為探索和發現火星表面物質存在形式、空間分布及動態變化提供關鍵基礎數據和實驗約束。

為了達到上述目的，實現火星表面環境的模擬，參見圖1，所述真空艙體實驗裝置包括：

用于提供真空環境的真空艙體1，所述真空艙體1內設有冷熱臺31和放置于所述冷熱臺31上的樣品盛放件12；

與所述真空艙體1連通的濕度控制單元，用于模擬和控制火星表面環境濕度；

與所述濕度控制單元連通的第一供氣單元，用于提供火星大氣；

放置于所述真空艙體1外的溫度控制單元，所述溫度控制單元與所述冷熱臺31連接，用于模擬和控制火星表面環境溫度。

在進行火星環境研究過程中，研究火星特定對象，如模擬火星樣品的熱動力學實驗、火星生命研究、火星探測有效載荷定標實驗等需要嚴格的濕度控制。為了實現濕度控制，對上述實驗裝置進行優選設計，所述濕度控制單元包括溫控加熱器21、放置于所述溫控加熱器21上的密閉容器22以及與所述密閉容器22連通的氣體配置件23，所述密閉容器22內盛放有去離子水，所述氣體配置件23與所述真空艙體1連通，所述第一供氣單元與所述氣體配置件23連通。通過第一供氣單元提供火星大氣，通過溫控加熱器21對密閉容器22中的去離子水進行加熱形成水蒸氣，水蒸氣與第一供氣單元提供的火星大氣經氣體配置件23混合形成濕度火星表面氣體，傳輸至真空艙體1內，實現火星表面環境氣氛和濕度的模擬。同時，通過溫控加熱器21控制水蒸氣的產生量進行濕度的調節。

繼續參見圖1，作為優選設計，氣體配置件23通過密封管路與真空艙體1連通，為了保證氣氛和濕度模擬時真空艙體的密封狀態，連通氣體配置件23與真空艙體1的密封管路通過安裝于所述真空艙體1上的第一真空法蘭81與真空艙體1連通。

由于火星表面環境晝夜溫差較大，在進行火星環境溫度模擬時，為了能夠實現對火星表面環境溫度調控，對上述實驗裝置進行優選設計，繼續參見圖1，所述溫度控制單元包括放置于所述真空艙體1內的冷熱臺31，以及分別放置于所述真空艙體1外的溫度控制器32、液體泵33和杜瓦瓶34，所述溫度控制器32與所述液體泵33電連接，所述液體泵33分別通過密封管路與所述杜瓦瓶34和設置于所述冷熱臺31內的冷卻件連通，所述冷熱臺31上設有與所述溫度控制器32連接溫度傳感器35。液體泵33將杜瓦瓶34中的液體經由密封管路輸入冷熱臺31，從而降低冷熱臺31的溫度，并通過溫度傳感器35實時進行測量冷熱臺的溫度，反饋給溫度控制器32，通過溫度控制器32控制液體泵33中液體的流量實現降溫控制。作為優選設計，所述杜瓦瓶34中盛放的液體為液氮，還可以為液氬、液氦等，所述冷熱臺31內的冷卻件為均勻分布的導管37，實現溫度的降溫控制。進一步優選，所述溫度控制器32還與設置在冷熱臺31內均勻分布的加熱元件連接，通過溫度控制器32控制加熱元件來實現溫度升溫控制，作為優選，所述加熱元件為加熱絲或熱電阻。繼續參見圖1，進一步優選，為了保證，模擬溫度時真空艙體的密封狀態，連接所述液體泵33與所述冷熱臺31內冷卻件的密封管路和連接所述溫度控制器32與所述溫度傳感器35的控制線均通過安裝于所述真空艙體1上的第二真空法蘭82與所述真空艙體1連接。在進行火星環境模擬時，能夠完成火星表面環境溫度的模擬和調控，進一步真實模擬火星環境。

繼續參見圖1，對上述實驗裝置進一步設計，所述冷熱臺31上表面設有旋轉樣品臺36，所述旋轉樣品臺36在所述冷熱臺上水平360°旋轉，所述樣品盛放件放置于所述旋轉樣品臺36上。在進行火星環境下進行火星樣品原位光譜測試、火星遙感光譜解譯、火星生命痕跡探索、模擬火星樣品的熱動力學實驗、火星探測有效載荷定標實驗等時，用于更換樣品，可以順序更換，也可以逆序更換，可以實現在相同火星環境下研究多個樣品，節約實驗時間，提高實驗效率。

繼續參見圖1，為了控制真空艙體內的真空度，保證實驗時真空艙體的真空環境，作為上述實驗裝置的進一步設計，所述真空艙體實驗裝置還包括與所述真空艙體連接的真空控制單元，用于使所述真空艙體內形成真空環境；所述真空控制單元包括真空泵51和與所述真空艙體1連接的真空計52，所述真空泵51通過密封管路與所述真空艙體1連通。通過真空泵51對真空艙體1進行抽真空，并通過真空計52測量真空艙體內的真空度，在進行火星環境模擬實驗時，根據實驗需要，通過測量的真空度和真空泵51調節真空艙體1內的真空度，以便達到實驗要求。繼續參見圖1，作為優選設計，為了保證真空艙體1的密封狀態，連通所述真空泵51與所述真空艙體1的密封管路通過安裝于所述真空艙體1上的第三真空法蘭83與所述真空艙體1連通，所述真空計52通過安裝于所述真空艙體1的第四真空法蘭84與所述真空艙體1連接。

繼續參見圖1，對上述實驗裝置進一步設計，所述真空艙體實驗裝置還包括壓力控制單元，所述壓力控制單元包括氣體流量計41以及與所述氣體流量計41連接壓力控制器42，所述氣體流量計41設于連通所述第一供氣單元與所述氣體配置件23連通的密封管路上。通過氣體流量計41控制氣體的流速，從而實現對真空艙體1內模擬火星大氣的加壓控制。繼續參見圖1，作為優選設計，所述壓力控制器42與所述真空控制單元的真空泵51電連接，壓力控制器42和真空泵51共同作用，控制進入和抽出真空艙體1內氣體的流量，從而實現對真空艙體1內壓力的精確調控。

繼續參見圖1，對上述實驗裝置進一步設計，所述真空艙體實驗裝置還包括用于提供火星表面紫外輻射條件的紫外輻照光源6，所述紫外輻照光源6安裝于所述真空艙體1的透明真空視窗11上。紫外輻照光源6提供火星表面紫外輻射條件，通過調節紫外輻照光源6的光照強度實現紫外輻射劑量的調節，模擬火星表面紫外輻照條件，使本發明實驗裝置對火星環境模擬的更加真實。

繼續參見圖1，對上述實驗裝置進一步設計，所述真空艙體1還連接有溫濕度計7，用于測量真空艙體內的溫度和濕度，根據測量的溫度和濕度以及實驗要求對真空艙體內的溫度和濕度進行調節。作為優選設計，繼續參見圖1，為了保證測量溫度和濕度時所述真空艙體1的密封狀態，所述溫濕度計7通過安裝于所述真空艙體1上的第五真空法蘭85與所述真空艙體1連接。

繼續參見圖1，對上述實驗裝置進一步設計，所述真空艙體實驗裝置還包括電場控制單元，電場控制單元包括電動平移臺71、平行板電容72以及電壓控制單元73。所述平行板電容72安裝在電動平移臺71上，與電壓控制單元通過安裝與所述真空艙體1的第六真空法蘭86電連接。通過調節電壓控制單元73的變壓器和電動平移臺71，改變平行板電容72的電場強度，模擬火星表面電場環境，使本發明實驗裝置模擬的火星環境更加真實。

繼續參見圖1，作為上述實驗裝置的優選設計，所述的第一供氣單元為包括氣源和盛放氣源的氣源鋼瓶10。

參見圖2，作為上述火星環境模擬實驗裝置的另一優選設計，所述的火星環境模擬實驗裝置不僅包括與所述氣體配置件23連通的第一供氣單元，用于提供火星大氣，還包括與所述密閉容器22連通的第二供氣單元。所述第一供氣單元包括氣源和盛放氣源的第一氣源鋼瓶101，連通所述第一氣源鋼瓶101與所述氣體配置件23的密封管路上設有第一氣體流量計411；所述第二供氣單元包括氣源和盛放氣源的第二氣源鋼瓶102，連通所述第二氣源鋼瓶102與所述密閉容器22的密封管路上設有第二氣體流量計412。

溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，但該方案產生水蒸氣的量很少，且濕度不易調節，不滿足火星大氣環境濕度控制的要求。因此，為了使濕度參數可控，使模擬火星大氣的濕度條件更加真實，利用通過第二供氣單元向密閉容器內的去離子水中充入氣體的方式獲取更高的濕度，然后與第一供氣單元提供的干燥火星大氣混合，通過氣體配置件控制水蒸氣與配置的火星大氣混合比例獲得不同濕度火星表面氣體。

為了實現火星模擬環境下火星礦物樣品的光譜采集，所述全光譜原位表征及聯用實驗裝置包括設于所述真空艙體外的至少兩臺光譜儀，每臺光譜儀連接一個用于采集光譜的傳感元件，每個傳感元件連接一個光源，所述傳感元件位于所述真空艙體內，所述光源位于所述真空艙體外。上述全光譜原位表征及聯用實驗裝置采用獨立的多臺光譜儀，可以根據實驗目的和需求選擇光譜儀、波段范圍和光譜分辨率，可拓展性強，采用不同光譜聯用的方式，分析不同火星模擬環境對同一火星礦物樣品光譜的影響效應，以及不同樣品在相同模擬火星環境條件下的全光譜綜合效應。

參見圖3，在上述全光譜原位表征及聯用實驗裝置一優選方案中，所述光譜儀設有兩臺，第一光譜儀為可見近紅外光譜儀91，用于表征可見近紅外光譜，第二光譜儀為傅里葉變換中紅外光譜儀92，用于表征中紅外光譜；所述傳感元件包括與所述可見近紅外光譜儀91連接的可見近紅外反射光纖探頭911和與所述傅里葉變換中紅外光譜儀92連接的中紅外反射光纖探頭921；所述光源包括與所述可見近紅外反射光纖探頭911連接的可見近紅外光源912和與所述中紅外反射光纖探頭921連接的中紅外光源922。繼續參見圖2，作為優選，可見近紅外光譜儀91、可見近紅外反射光纖探頭911、可見近紅外光源912依次通過束狀光纖913連接，傅里葉變換中紅外光譜儀92、中紅外反射光纖探頭921、中紅外光源922依次通過中紅外光纖923連接，位于真空艙體1內的中紅外光纖923外部設有中紅外光纖保護套924，防止中紅外光纖923彎曲，保護中紅外光纖923。在火星模擬環境下進行光譜測試時，可見近紅外光源912通過束狀光纖913將可見近紅外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，可見近紅外反射光纖探頭911收集礦物樣品的反射光并將其通過束狀光纖913傳輸至可見近紅外光譜儀91，可見近紅外光譜儀91采集可見近紅外光譜，根據可見光紅外光譜儀91采集的可見近紅外光譜可判斷該火星樣品中電子躍遷以及含水礦物基頻振動的倍頻和組合頻等信息；中紅外光源922通過中紅外光纖923將中紅外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，中紅外反射光纖探頭921收集礦物樣品的反射光并將其通過中紅外光纖923傳輸至傅里葉變換中紅外光譜儀92，傅里葉變換中紅外光譜儀92采集中紅外光譜，根據中紅外光譜表征該火星樣品晶體極性基團的非對稱振動信息。

繼續參見圖3，在上述全光譜原位表征及聯用實驗裝置另一優選方案中，所述光譜儀設有三臺，第一光譜儀為可見近紅外光譜儀91，用于表征可見近紅外光譜，第二光譜儀為傅里葉變換中紅外光譜儀92，用于表征中紅外光譜，第三光譜儀為激光拉曼光譜儀93，用于表征拉曼散射光譜；所述傳感元件包括與所述可見近紅外光譜儀91連接的可見近紅外反射光纖探頭911、與所述傅里葉變換中紅外光譜儀92連接的中紅外反射光纖探頭921以及與所述激光拉曼光譜儀93連接的拉曼光纖探頭931；所述光源包括與所述可見近紅外反射光纖探頭911連接的可見近紅外光源912、與所述中紅外反射光纖探頭921連接的中紅外光源922以及與所述拉曼光纖探頭931連接的532nm激光器932。繼續參見圖2，作為優選，可見近紅外光譜儀91、可見近紅外反射光纖探頭911、可見近紅外光源912依次通過束狀光纖913連接，傅里葉變換中紅外光譜儀92、中紅外反射光纖探頭921、中紅外光源922依次通過中紅外光纖923連接，位于真空艙體1內的中紅外光纖923外部設有中紅外光纖保護套924，防止中紅外光纖923彎曲，保護中紅外光纖923,激光拉曼光譜儀93、拉曼光纖探頭931、532nm激光器932依次通過束狀光纖933連接。在火星模擬環境下進行光譜測試時，可見近紅外光源912通過束狀光纖913將可見近紅外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，可見近紅外反射光纖探頭911收集礦物樣品的反射光并將其通過束狀光纖913傳輸至可見近紅外光譜儀91，可見近紅外光譜儀91采集可見近紅外光譜，根據可見光紅外光譜儀91采集的可見近紅外光譜可判斷出該火星樣品中電子躍遷以及含水礦物基頻振動的倍頻和組合頻等信息；中紅外光源922通過中紅外光纖923將中紅外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，中紅外反射光纖探頭921收集礦物樣品的反射光并將其通過中紅外光纖傳923輸至傅里葉變換中紅外光譜儀92，傅里葉變換中紅外光譜儀92采集中紅外光譜，根據中紅外光譜表征該火星樣品晶體極性基團的非對稱振動信息；532nm激光器932出射532nm激光并通過束狀光纖933傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，拉曼光纖探頭931收集礦物樣品的散射光并將其通過束狀光纖933傳輸至激光拉曼光譜儀93，激光拉曼光譜儀93采集拉曼光譜，根據拉曼光譜表征該火星樣品晶體的振動譜特性。同時將中紅外光譜和拉曼光譜聯用，能夠全面表征火星樣品晶體的紅外和拉曼活性振動光譜特征，共同完成火星表面礦物晶體結構的全面分析。

繼續參見圖3，在上述全光譜原位表征及聯用實驗裝置又一優選方案中，所述光譜儀設有四臺，第一光譜儀為可見近紅外光譜儀91，用于表征可見近紅外光譜，第二光譜儀為傅里葉變換中外紅光譜儀92，用于表征中紅外光譜，第三光譜儀為激光拉曼光譜儀93，用于表征拉曼散射光譜，第四光譜儀為紫外光譜儀94，用于表征紫外光譜；所述傳感元件包括與所述可見近紅外光譜儀91連接的可見近紅外反射光纖探頭911、與所述傅里葉變換中紅外光譜儀92連接的中紅外反射光纖探頭921、與所述激光拉曼光譜儀93連接的拉曼光纖探頭931以及與所述紫外光譜儀94連接的紫外反射光纖探頭941；所述光源包括與所述可見近紅外反射光纖探頭911連接的可見近紅外光源912、與所述中紅外反射光纖探頭921連接的中紅外光源922、與所述拉曼光纖探頭931連接的532nm激光器932以及與所述紫外反射光纖探頭941連接的紫外光源942。繼續參見圖2，作為優選，可見近紅外光譜儀91、可見近紅外反射光纖探頭911、可見近紅外光源912依次通過束狀光纖913連接，傅里葉變換中紅外光譜儀92、中紅外反射光纖探頭921、中紅外光源922依次通過中紅外光纖923連接，位于真空艙體1內的中紅外光纖923外部設有中紅外光纖保護套924，防止中紅外光纖923彎曲，保護中紅外光纖923,激光拉曼光譜儀93、拉曼光纖探頭931、532nm激光器932依次通過束狀光纖933連接，紫外光譜儀94、紫外反射光纖探頭941、紫外光源942依次通過紫外光纖943連接。在火星模擬環境下進行光譜測試時，可見近紅外光源912通過束狀光纖913將可見近紅外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，可見近紅外反射光纖探頭911收集礦物樣品的反射光并將其通過束狀光纖913傳輸至可見近紅外光譜儀91，可見近紅外光譜儀91采集可見近紅外光譜，根據可見光紅外光譜儀91采集的可見近紅外光譜可判斷出該火星樣品中電子躍遷以及含水礦物基頻振動的倍頻和組合頻等信息；中紅外光源922通過中紅外光纖923將中紅外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，中紅外反射光纖探頭921收集礦物樣品的反射光并將其通過中紅外光纖923傳輸至傅里葉變換中紅外光譜儀92，傅里葉變換中紅外光譜儀92采集中紅外光譜，根據中紅外光譜92表征該火星樣品晶體極性基團的非對稱振動信息；532nm激光器932出射532nm激光并通過束狀光纖933傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，拉曼光纖探頭931收集礦物樣品的散射光并將其通過束狀光纖933傳輸至激光拉曼光譜儀93，激光拉曼光譜儀93采集拉曼光譜，根據拉曼光譜表征該火星樣品晶體的振動譜特性；紫外光源942通過紫外光纖943將紫外光傳輸至真空艙體1，照射到樣品盛放件12內的礦物樣品上，紫外反射光纖探頭941收集礦物樣品的反射光并將其通過紫外光纖943傳輸至紫外光譜儀94，紫外光譜儀94采集紫外光譜，根據紫外光譜表征火星樣品中分子基團的電子躍遷等信息。在本優選方案中，將中紅外光譜和拉曼光譜聯用，能夠全面表征火星樣品晶體的紅外和拉曼活性振動光譜特征，共同完成火星樣品礦物晶體結構的全面分析；紫外光譜與可見近紅外光譜聯用，能夠全面獲取火星樣品中分子基團的電子躍遷以及含水礦物基頻振動的倍頻和組合頻等信息，為火星軌道遙感的數據解譯提供光譜對比和識別的基礎光譜庫；將上述四種光譜聯用，分析環境對火星樣品光譜的影響效應，為火星就位探測和軌道遙感數據解譯提供可靠的地面試驗光譜庫參考，能夠通過原位分析火星樣品在模擬火星環境條件下光譜隨環境的動態變化，研究樣品的物相變化及熱動力學過程等關鍵信息，為發現和科學解譯火星表面物質存在形式、空間分布及動態變化提供關鍵基礎數據和實驗約束。

本發明上述火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置，一方面能夠真實模擬火星表面氣氛、濕度、壓力、溫度、紫外輻照以及電場等環境條件，另一方面，能夠在火星模擬環境下進行光譜原位采集，研究環境參數對礦物/鹽類樣品光譜的影響，全面掌握火星環境條件與樣品光譜的耦合關系，用于火星遙感和就位探測光譜數據的比對和解譯，再一方面還可以為火星環境相關實驗提供綜合實驗平臺，用于火星樣品原位光譜測試、模擬火星樣品的熱動力學實驗、火星生命研究、火星探測有效載荷定標實驗等，應用范圍廣。

參見圖4，本發明提供了一種火星環境模擬下的全光譜原位表征及聯用實驗方法，采用上述火星模擬環境下的全光譜原位表征及聯用實驗裝置，其具體實驗步驟如下：

s1：檢測實驗裝置并調試其至正常工作狀態，根據火星表面存在的礦物種類選擇礦物樣品；

s2：向真空艙體內的樣品盛放件中添加礦物樣品；

s3：通過真空艙體實驗裝置模擬火星環境條件；

s4：依次打開光源及光譜儀，光譜儀依次采集可見近紅外光譜信號、中紅外光譜信號、拉曼光譜信號和紫外光譜信號，獲取可見近紅外光譜、中紅外光譜、拉曼光譜和紫外光譜；

s5：所有樣品光譜采集完畢后，關閉光源及光譜儀。

步驟s4中，獲取光譜信號的順序可以互換，不限于依次為可見近紅外光譜信號、中紅外光譜信號、拉曼光譜信號和紫外光譜信號的順序。

為了研究環境參數對于礦物樣品光譜的影響，可以在步驟s4完成后，改變模擬的火星環境參數，重復步驟s4的操作，進行同一礦物樣品在不同火星環境條件下的光譜采集；還可以在步驟s4完成后，更換礦物樣品，重復步驟s4的操作，進行不同礦物樣品在同一火星環境條件下的光譜采集，從而同時進行單、多變量研究，全面掌握火星環境條件與樣品光譜的耦合關系。更換礦物樣品時，可以利用旋轉樣品臺，能夠完成在相同火星環境參數下研究多個礦物樣品，節約實驗時間，提高實驗效率。

參見圖5，為了實現火星環境的模擬，實現對火星環境氣氛、濕度、壓力、溫度的模擬，利用上述真空艙體實驗裝置模擬火星環境，其具體的實驗步驟如下：

(1)檢測真空艙體實驗裝置并調試其至正常工作狀態；

(2)啟動真空泵，將真空艙體調至真空環境；

(3)通過第一供氣單元配置火星表面氣體，根據需求通過溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，通過氣體配置件控制水蒸氣與配置的火星大氣混合比例獲得不同濕度火星表面氣體；

(4)向真空艙體內通入濕度火星表面氣體，調節氣體配置件出口的閥門開關程度和氣體流量計，控制濕度火星表面氣體的流量，使真空艙體內的壓力達到火星表面氣體壓力；

(5)啟動冷熱臺，溫度控制器根據溫度傳感器設置的目標溫度控制液體通過液體泵由杜瓦瓶流入冷卻件的液體流量或加熱元件，使真空艙體內冷熱臺溫度達到設定的工作溫度；

(6)火星環境氣氛、濕度、壓力、溫度的模擬完成。

上述(4)和(5)可以互換，不影響火星環境的模擬實現。

在上述(3)中，溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，但該方案產生水蒸氣的量很少，且濕度不易調節，不滿足火星大氣環境濕度的要求。為了獲取更高的可控濕度條件，在所述步驟三中，同時通過第二供氣單元向密閉容器內的去離子水中充入氣體，由充入的氣體獲取更多的水蒸氣，并與第一供氣單元的干燥氣體混合，可通過調節混合比例控制混合氣體的濕度，使模擬的火星表面濕度環境更加真實。

上述火星環境模擬實驗方法能夠完成火星表面環境氣氛、濕度、壓力、溫度的模擬和精確控制，實現真實火星表面環境模擬，能夠實現火星環境晝夜變化和季節性變化的模擬，為其他天體(如金星、土衛六等)的環境模擬設備的搭建提供技術積累和重要參考。

參見圖6，為了進一步完善對火星環境的模擬，使模擬的火星環境更接近真實的火星環境，實現對火星環境氣氛、濕度、壓力、溫度、紫外輻射的模擬，利用上述真空艙體實驗裝置進行所述火星環境模擬，其具體實驗步驟如下：

(1)檢測真空艙體實驗裝置并調試其至正常工作狀態；

(2)啟動真空泵，將真空艙體調至真空環境；

(3)通過第一供氣單元配置火星表面氣體，根據需求通過溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，通過氣體配置件控制水蒸氣與配置的火星大氣混合比例獲得不同濕度火星表面氣體；

(4)向真空艙體內通入濕度火星表面氣體，調節氣體配置件出口的閥門開關程度和氣體流量計，控制濕度火星表面氣體的流量，使真空艙體內的壓力達到火星表面氣體壓力；

(5)啟動冷熱臺，溫度控制器根據溫度傳感器設置的目標溫度，控制液體通過液體泵由杜瓦瓶流入冷卻件的液體流量或加熱元件，使真空艙體內冷熱臺溫度達到設定的工作溫度；

(6)啟動并調節紫外輻照光源，模擬火星表面紫外輻射環境；

(7)火星環境氣氛、濕度、壓力、溫度、紫外輻射的模擬完成。

上述(4)、(5)和(6)可以任意互換，不影響火星模擬實現。

在上述(3)中，溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，但該方案產生水蒸氣的量很少，且濕度不易調節，不滿足火星大氣環境濕度的要求。為了獲取更高的可控濕度條件，在所述步驟三中，同時通過第二供氣單元向密閉容器內的去離子水中充入氣體，由充入的氣體獲取更多的水蒸氣，并與第一供氣單元的干燥氣體混合，可通過調節混合比例控制混合氣體的濕度，使模擬的火星表面濕度環境更加真實。

上述實驗方法能夠完成火星表面環境氣氛、濕度、壓力、溫度以及紫外輻射的模擬和精確控制，實現更加真實的火星表面環境模擬，能夠實現火星環境晝夜變化和季節性變化的模擬，為其他天體(如金星、土衛六等)的環境模擬設備的搭建提供技術積累和重要參考。

參見圖7，為了進一步完善對火星環境的模擬，使模擬的火星環境更接近真實的火星環境，實現對火星環境氣氛、濕度、壓力、紫外輻射、電場的模擬，利用上述真空艙體實驗裝置進行所述火星環境模擬，其具體實驗步驟如下：

(1)檢測真空艙體實驗裝置并調試其至正常工作狀態；

(2)啟動真空泵，將真空艙體調至真空環境；

(3)通過第一供氣單元配置火星表面氣體，根據需求通過溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，通過氣體配置件控制水蒸氣與配置的火星大氣混合比例獲得不同濕度火星表面氣體；

(4)向真空艙體內通入濕度火星表面氣體，調節氣體配置件出口的閥門開關程度和氣體流量計，控制濕度火星表面氣體的流量，使真空艙體內的壓力達到火星表面氣體壓力；

(5)啟動并調節紫外輻照光源，模擬火星表面紫外輻射環境；

(6)啟動電壓發生器，并調節變壓器和電動平移臺，模擬火星表面電場環境；

(7)火星環境氣氛、濕度、壓力、紫外輻射、電場的模擬完成。

上述(4)、(5)和(6)可以任意互換，不影響火星模擬實現。

在上述(3)中，溫控加熱器加熱密封容器內的去離子水，控制去離子水的溫度獲得水蒸氣，但該方案產生水蒸氣的量很少，且濕度不易調節，不滿足火星大氣環境濕度的要求。為了獲取更高的可控濕度條件，在所述步驟三中，同時通過第二供氣單元向密閉容器內的去離子水中充入氣體，由充入的氣體獲取更多的水蒸氣，并與第一供氣單元的干燥氣體混合，可通過調節混合比例控制混合氣體的濕度，使模擬的火星表面濕度環境更加真實。

上述實驗方法能夠完成火星表面環境氣氛、濕度、壓力、紫外輻射以及電場環境的模擬和精確控制，能夠實現火星表面電場環境的模擬。

本發明上述實驗方法，在模擬火星環境條件的基礎上，進行火星環境下礦物樣品光譜的原位采集，通過分析不同環境參數對同一礦物樣品光譜的影響效應以及不同礦物樣品在同一環境參數條件下的全光譜綜合響應，為發現和科學解譯火星表面物質的存在形式、空間分布及動態變化提供關鍵基礎數據和實驗約束。該實驗方法一方面能夠真實模擬火星表面環境氣氛、濕度、壓力、溫度、紫外輻照和電場等條件，另一方面能夠在火星模擬環境下進行多種光譜的原位采集，用于研究環境參數對礦物/鹽類樣品光譜的影響，全面掌握火星環境條件與樣品光譜的耦合關系，對于火星遙感和就位探測光譜數據的比對和解譯具有重要意義。再一方面可以為火星環境相關實驗提供綜合實驗平臺，用于火星遙感光譜解譯、模擬火星樣品的熱動力學實驗、火星生命研究、火星探測有效載荷定標實驗等，應用范圍廣。

上述實施例用來解釋本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護范圍內，對本發明做出的任何修改和改變，都落入本發明的保護范圍。