GB/T 3352-2012 人造石英晶体 规范与使用指南

ICS31.140

L21

1es

中华人民共和国国家标准

GB/T3352—20XX

代替GB/T3352-2012

人造石英晶体

——规范与使用指南

Syntheticquartzcrystal－

specificationsandguidetotheuse

（IEC60758︰2016,MOD）

20XX—XX—XX发布20XX—XX—XX实施

中华人民共和国国家市场监督管理总局

1

中国国家标准化管理委员会发布

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

目次

引言…………………………Ⅲ

前言…………………………Ⅴ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4原生长人造石英晶体技术要求…………5

4.1标准值…………………5

4.2要求和测量方法………………………9

4.3标志……………………19

5人造石英晶体制材技术要求……………20

5.1标准值…………………20

5.2要求和测量方法………………………23

5.3交货条件………………24

6人造石英晶体及其制材的检验规则…………………24

6.1原生长人造石英晶体的检验规则…………………24

6.2人造石英晶体制材的检验规则………………………25

7人造压电石英晶体使用指南………………………26

7.1综述……………………26

7.2人造石英晶体的形状和尺寸…………26

7.3鉴定人造石英晶体质量的标准方法…………………29

7.4检验人造石英晶体质量的其它方法…………………30

7.5压电石英α级别………………………32

7.6仅定货时用的可选级别：包裹体、腐蚀隧道、Al含量……………32

7.7定货……………………34

附录A(资料性附录)常用的包裹体抽样程序…………35

附录B(资料性附录)包裹体密度计算举例…………37

附录C(资料性附录)包裹体密度标准样品选取示例…………………38

附录D(资料性附录)点式卡尺的说明…………………39

附录E(资料性附录)红外吸收系数α值补偿…………40

附录F(资料性附录)本规范与IEC60758：2008技术性差异及其原因……………43

附录G(资料性附录)色散红外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪之间α测量值的一致性……………45

附录H(资料性附录)本标准与IEC60758︰2016技术性差异及其原因………………49

参考文献……………………51

I

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

图1石英晶体的轴和切割方向……………8

图2用Z切籽晶生长的人造石英晶体理想截面…………10

图3AT切、小菱面切、X切、Y切和Z切的晶片切割的典型示例………………12

图4试验样品频率-温度特性、偏差率……………………16

图5典型条纹系统设置……………17

图6人造石英晶体制材的外形和尺寸(X轴、Y轴和Z轴方向)…………………21

图7基准面角度偏差…………………22

图8相对于Z轴或Z′轴尺寸的籽晶中心位置…………23

图9石英晶体轴和面的名称……………28

图10用X轴向尺寸小的Z切籽晶生长的人造石英晶体…………………29

-1

图11α值和Q值在波数3500cm关系示例………………31

图D.1点式卡尺…………………………39

图D.2数字式点式卡尺…………………39

图E.1测量示意图……………………40

图E.2在α3500和α3585两个波数下，α的测量值与平均值的关系曲线……………42

图F.1左旋和右旋石英晶体………………44

图G.1在测量值和参考值之间的α值关系………………48

表1压电应用包裹体密度级别……………6

表2光学应用包裹体密度级别……………6

表3压电应用红外吸收系数等级…………6

表4光学应用红外吸收系数等级和条纹法……………7

表5压电应用腐蚀遂道密度级别……………7

表6A组（逐批检验）的试验条件及要求………………25

表7B组（逐批检验）的试验条件及要求…………………25

表8逐批检验的试验条件及要求…………26

表B.1商品条形码采样，方法1……………37

表B.2商品条形码采样………………………37

表E13585修正数据举例……………………42

表E23500修正数据举例…………………42

II

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

引言

在标准中增加人造光学石英晶体的原因如下：

光学石英晶体是由许多相同的加工压电石英晶体的供应商生产。用于生产光学石英晶体的设备

和方法和与压电石英晶体的生产类似。而且，除了少数例外，压电级和光学级材料的描述方法是相

似的。因此，相关附录中包括光学石英晶体是恰当的。

III

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

前言

本规标准按照GB/T1.1——2009给出的规则起草。

本标准代替GB/T3352-2012《人造石英晶体规范与使用指南》，与GB/T3352-2012《人造石英晶体

规范与使用指南》相比，主要变化如下：

——新增了人造光学石英晶体的技术要求和试验方法，即对包裹体密度、条纹、α值的等级分类和

透射率指标进行了明确和细化，对光学透射率的制样和测量程序进行了规范。

——新增加了电清洗石英和高纯度低铝石英晶体的说明。

——新增加了资料性附录：石英的正交轴系统在IEC标准和IEEE标准之间的差异（F.1）、色散红

外光谱仪和傅里叶变换红外光谱仪之间α测量值的一致性。

——标准编号根据标准不同部分进行了调整。

——根据国际标准人造石英晶体规范与使用指南最新要求，增加了6个引用文献，删除了IEC60758

︰2008中1个旧版文献。

——根据国际标准人造石英晶体规范与使用指南最新要求，删除了IEC60758︰2008附录E红外

吸收系数α值补偿中有关α3410吸收波数和α3410修正数据举例。

本标准使用翻译法修改采用IEC60758︰2016《人造石英晶体规范与使用指南》（英文版）。

本标准与IEC60758︰2016相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位

置的垂直单线（|）进行了标示。附录F中给出了相应技术性差异及其原因的一览表。

本标准还作了下列编辑性修改：

——压力的值和单位“Atm”换算为国际单位制的值和单位“MPa”；

——角度“35.25”改为“3515′”；

本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。

本标准由全国频率控制与选择用压电器件标准化技术委员会（SAC/TC182）归口。

本标准起草单位：北京石晶光电科技股份有限公司，江阴市天盛光电高科有限公司。

本标准主要起草人：XXX、XXX。

本标准替代了GB/T3352-2012。

本标准替代了GB/T3352-2012。

GB/T3352-1994的历次版本发布情况为：

GB/T3352-1982、GB/T3352-1994；

GB/T3353-1995的历次版本发布情况为：

GB/T3353-1983、GB/T3353-1995；

GB/T6628-1996的历次版本发布情况为：

GB/T6628-1986、GB/T6628-1996。

V

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

GB/T3352-2012的历次版本发布情况为：

GB/T3352-2012。

VI

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

人造石英晶体

规范与使用指南

1范围

本标准规定了频率控制和选择压电元件用人造石英晶体原晶和制材的术语和定义、技术要求、测

量方法、检验规则及使用指南。

本标准适用于制造频率控制和选择压电元件用人造石英晶体，以及光学用人造石英晶体。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T2421.1—2008电工电子产品环境试验概述和指南（IEC60068-1︰1988，IDT)

GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分:按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划

(GB/T2828.1—2003，ISO2859-1︰1999，IDT)

GB/T12273—1996石英晶体元件电子元器件质量评定体系规范第1部分:总规范

(IEC1178-1︰1993，IDT)

IEC61994(所有部分)频率控制和选择用压电与介电器件术语(Piezoeiectricand

dielectricdevicesforfrequencycontrolandselection-Glossary)

3术语和定义

IEC61994界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

水热晶体生长法hydrothermalcrystalgrowth

在高温高压下，在水中的晶体生长。晶体生长过程被认为是在地壳内的地质变化过程。

注1：人造石英生长是在装有碱性溶液的高压釜中在超临界温度（330C～400C）和压力下（70

MPa～200MPa）进行的。

注2：高压釜分为两个区域，在较高温区装有溶解用原料石英碎块，较低温区装有生长用的籽晶

（见7.1.2）。

3.2

人造石英晶体syntheticquartzcrystal

用水热法生长的石英单晶。它是原生长条件下的左旋或右旋晶体。

3.3

1

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

原生长人造石英晶体as-grownsyntheticquartzcrystal

用水热法生长的石英单晶。原生长是生长后未经任何加工单用于质量控制的工序除外）的晶体

状态，简称原晶。

3.4

原生长Y棒as-grownY-bar

用Y方向为最大尺寸的籽晶生长的晶体。

3.5

原生长Z棒和X棒as-grownZ-barandX-bar

用Z切籽晶和X切籽晶生长的晶体。

3.6

人造石英晶体的批syntheticquartzcrystalbatch

同一时期按同一工艺、同一原料生长的，按同一技术条件提交的人造石英晶体。

3.7

籽晶seed

用于晶体生长的晶核，其截面为矩形的晶片或晶棒。

3.8

生长区growthzones

沿不同结晶方向生长的人造石英晶体的区域（见图2）。

3.9

人造石英晶体的取向orientationofasyntheticquartzcrystal

籽晶取向符合3.7规定的直角坐标系。

3.10

石英晶体直角坐标系orthogonalaxialsystemofaquartzcrystal

由三个互相垂直的X轴、Y轴、Z轴组成的直角坐标系。

石英晶体的坐标系见图1。

注：Z切籽晶可以取向在与Y轴的夹角小于20。此时，坐标体系为X、Y、Z。

3.11

AT切片AT-cutplate

旋转Y切晶体片，取向的角度大约绕X轴旋转+35°或者偏离r面(小菱面)-3°，见图3。

3.12

X切片X-cutplate

切割面与X轴垂直的晶片，见图3b)。

3.13

Y切片Y-cutplate

2

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

切割面与Y轴垂直的晶片，见图3b)。

3.14

Z切片Z-cutplate

切割面与Z轴垂直的晶片，见图3b)。

3.15

r(小菱面)切片r(minorrhombohedral)-cutplate

切割面与r面(小菱面)平行的晶片，见图3a)。

3.16

尺寸dimensions

生长在与Y轴夹角小于20的Z切籽晶上的晶体尺寸。

3.17

Z向有效尺寸effectiveZ-dimension

在原晶的Y或Y可用区域内沿Z(θ=0°)或Z向测量的最小的尺寸，用Z表示，见图2c。

eff

3.18

Z向最小尺寸minimumZ-dimension

籽晶表面至Z向表面的最短距离，用Z表示，见图2d)。

min

3.19

包裹体inclusions

晶体浸在折射率匹配的液体中，由光源的散射光来观测人造石英晶体中可见的外来物质。最普遍

的包裹体为锥辉石（硅酸铁钠）。

3.20

籽晶罩seedveil

在已生长晶体的籽晶表面上覆盖的一层包裹体或空穴。

3.21

掺杂剂dopant

在生长过程中可以改变该生长容器内人造石英晶体习性、化学组成、物理性能或电性能所用的任

何添加剂。

3.22

预定尺寸的棒材pre-dimensionedbar

任何“原生长”尺寸的晶体经过切割、研磨、抛光等，以达到特定尺寸要求的棒材。

3.23

杂质浓度impurityconcentration

单位硅原子含有的杂质含量。

3.24

3

GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

位错dislocations

由于原子面位移而造成的晶体的线性缺陷。

3.25

腐蚀隧道etchchannel

从石英晶体切下的晶片经腐蚀后沿位错线性排列的、粗糙的圆柱形空穴。

3.26

高压釜autoclave

人造石英晶体生长用的高温高压容器。

3.27

左旋石英和右旋石英right-handedquartzorleft-handedquartz

晶体的旋光性通过在偏光下观测到的光旋转方向而确定。

注：顺时针旋转的晶体是右旋晶体，逆时针旋转的晶体是左旋晶体。

3.28

双晶twins

双晶服从结晶学的规律，它与特定的面和轴的对称性有关。

人造石英晶体中有以下两类双晶：

a)电双晶electricaltwins

在此区域内，沿共同的Z轴存在另一个极性相反的X轴(电轴)的晶体。

b)光双晶opticaltwins

在此区域内，沿共同的Z轴存在另一个相反旋光性的Z轴(光轴)晶体。

3.29

红外吸收系数值infraredabsorptioncoefficientαvalue

该系数值通过确定两个波长的吸收率的关系得到：一个是晶格内存在的OH杂质的最低吸收值，另

一个是OH杂质的最高吸收值。OH杂质造成谐振器的机械损耗，其存在与引起损耗的其他杂质是相关的。

α值是OH杂质浓度的量度，与材料中杂质导致的已知机械损耗有关系。红外吸收系数α值由下式确定：

式中：

α——红外吸收系数；

t——Y切样品的厚度，单位为厘米(cm)；

T——波数为3800cm-1-1

1或者3979cm时的透射率（%）；

-1-1

T——波数为3500cm或3585cm时的透射率（%）。

2

3.30

4

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人造石英晶体制材lumberedsyntheticquartzcrystal

原晶的X面和Z面或Z面经切割、粗研磨、细研磨等工序，加工成平整和平行的，并符合规定的

尺寸及取向的人造石英晶体。

3.31

基准面referencesurface

经加工后，具有规定的平面度和相对于结晶方向有规定方位（典型为X向）的制材表面。

3.32

光学人造石英晶体syntheticquartzcrystalforopticalapplications

人造石英晶体满足了光学传感器、光学低通滤波器和波片的使用要求，同时也满足了数码单反相

-1-1

机、监控摄像机、数字摄像机及光通信模块在波长300nm—1700nm（5882cm-33333cm）范

围内的使用要求。

3.33

内部透射internaltransmittance

内部透射不包含表面折射损失。

注1:这个定义仅适用于人造光学石英晶体。内部透射值需要规定样品厚度，如:2mm。

3.34

条纹striae

人造石英晶体折射率的短程偏差。在生长缺陷中，折射率随1毫米到几毫米的典型波动而增大。

注1:本定义仅适用于人造光学石英晶体。

3.35

生长带growthband

用纹影法和类似光学方法对比Y切晶体中可观察到的密度带。

注1：形成这种对比的原因是当晶体生长时，铝、钠、锂、铁等元素被困在晶体中。

注2：大量留存的杂质通常会引起α值的增加。

注3：当α3585小于0.160或α3500小于0.120时观察不到生长带。

注4：本定义仅适用于人造光学石英晶体。

4原生长人造石英晶体技术要求

4.1标准值

4.1.1人造光学石英晶体形状

去掉籽晶后，生长面按规定的晶体取向加工，并符合要求的表面粗糙度和平整度。

4.1.2籽晶的取向

5

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籽晶取向的标准值是Z切、旋转X切、小菱面切（r-minor）、Z+130切、Z+2切、Z+5切、Z+830

切。后三种籽晶的Z轴旋转如图2所示。

4.1.3包裹体密度

4.1.3.1人造压电石英晶体包裹体密度

各级包裹体密度（按4.2.5.3测量）不应大于表1给出的该级中所有尺寸范围的极限值。

表1压电级包裹体密度级别

级别/尺寸范围包裹体密度/cm3

m

10～30>30～70>70～100100

Ⅰa2100

Ⅰb3211

Ⅰ6422

Ⅱ9543

Ⅲ12864

只需一种或多种尺寸范围的用户可根据适用的尺寸范围，选定所需的级别。

4.1.3.2人造光学石英晶体包裹体密度

人造光学石英晶体包裹体密度级别见表2。

表2光学级包裹体密度级别

3

等级/尺寸范围每100cm包裹体密度

m10～100

OPTⅠ0～9

OPTⅡ10～20

OPTⅢ21～39

4.1.4人造光学石英晶体条纹

尺寸、对比密度和数量不应超过限度样本。应在生产商和用户之间定义限度样本。

4.1.5红外吸收系数α、α

35003585

不同级别人造石英的红外吸收系数α值（按4.2.6测量）列出在表2的3500、3585及3410相应栏

目中。

表3红外质量级别

最大值Q值a

级别

6

3500α3585341010

Aa0.0260.0150.0753.8

A0.0330.0240.0823.0

B0.0450.0500.1002.4

C0.0600.0690.1141.8

6

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D0.0800.1000.1451.4

E0.1200.1600.1901.0

a这些Q值是1987年前曾普遍使用的由α测量和经验关系而得出。这里列出以前的分级方法，主要是为了使

其在过渡到用α值分级时保持其连续性，α值是目前用于控制及规定人造石英质量的物理量度。

4.1.6人造光学石英值和条纹法的级别分类

等级分类见表4。

表4光学级红外质量级别和条纹法

等级35003585条纹法

OPTA<0.033<0.024

OPTB<0.060<0.069

OPTC<0.120<0.160

OPTD≥0.120≥0.160通过观察条纹看不到生长带

4.1.7人造压电石英频率-温度特性

人造石英晶体频率-温度特性（见图4和4.2.7）是由15C及35C时所测得的串联谐振频率相对于

25C时的串联谐振频率的相对频差而确定。相对频差应符合下列要求：

-6

15C时，相对频差为+（0.5～1.5）10；

-6

35C时，相对频差为-（0.5～1.5）10。

测量应按照GB/T12273-2015中4.7.3的规定进行。

4.1.8腐蚀隧道密度

4.1.8.1压电级腐蚀隧道密度

2

有要求时，各个级别的腐蚀隧道密度（/cm）应符合表3规定。

表5腐蚀隧道密度级别

最大条数

级别

/cm2

1aa2

1a5

110

230

3100

4300

4.1.8.2光学级腐蚀隧道密度

腐蚀隧道密度（按4.2.10测量）应该是≦100/cm2

4.1.9光学级内部透射率

7

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在波长是400nm、550nm、650nm和1550nm时，对于2mm厚度的样品内透光率应是0.998

或是更高。

a)左旋石英b)右旋石英

在锥光偏振仪下：呈收缩环(目镜顺时针旋转)呈发散环(目镜顺时针旋转)

在偏光仪下：检偏镜逆时针旋转检偏镜顺时针旋转

图1石英晶体的轴和切割方向

8

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4.2要求和测量方法

4.2.1取向

籽晶的取向应按规定方向，偏差应小于30。

4.2.2旋光性

应规定籽晶的旋向，左旋或右旋（见图1）。

4.2.3人造石英晶体的尺寸

4.2.3.1概述

应使用卡尺或者是点卡尺测量尺寸，以保证能测量到人造石英晶体的凹点（见附录D）。

4.2.3.2Y或Y轴尺寸

尺寸应符合规定[见图2d）]。

4.2.3.2Z或Z轴尺寸

Z（Z）轴尺寸应该用点测量，该尺寸被规定为在大X区沿Z（Z）轴方向的最大尺寸[见图2c）]。

4.2.3.4Z或Z尺寸

effeff

Z或Z尺寸被规定为沿Z（Z）轴方向的最小尺寸[见图2c）]。

effeff

4.2.3.5Zmin或Zmin尺寸

Zmin或Zmin尺寸应符合规定[见图2d）]。

9

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2a）垂直于Y軸的截面2b）垂直于X軸的截面

2c）Z和Z尺寸的图示说明2d)Z尺寸的图示说明

effmin

图2用Z切籽晶生长的人造石英晶体理想截面

4.2.3.6沿X轴的尺寸

沿X轴的总尺寸应符合规定[见图2c）]。

4.2.4籽晶尺寸

4.2.4.1Z或Z向尺寸

除非另有规定，Z切或旋转Z切籽晶的Z（Z）向尺寸（即厚度）应小于3mm。

4.2.4.2X向尺寸

籽晶的X向尺寸应符合规定。

4.2.5缺陷

4.2.5.1双晶

可用区域内应无电双晶或光双晶。目检双晶是否存在。

4.2.5.2裂纹和破裂

10

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可用区域内应无裂纹和破裂。目检裂纹和破裂是否存在。

4.2.5.3包裹体密度

4.2.5.3.1概述

可任选下列的一种测量方法。

方法1

使用放大倍数30倍～40倍的、配有能确定包裹体尺寸的方格刻度尺的立体双筒显微镜，在其圆形

或方形的视场内计数。晶体放在黑色背景上，有强侧光照明（例如卤灯）。为增加透明度，可使用折

射率匹配的溶液（n大约是1.55）。按规定的每立方厘米包裹体的尺寸范围进行目检，分别计数。测

量并计算样本体积。附件B给出了参考样本选择程序示例。

方法2

如果采用方法1有困难，可采用与相应级别范围对应的参考样本进行对比的方法。为增加透明度

可将样品浸在折射率匹配溶液（n大约是1.55）中，或将溶液涂在晶体表面。参考样本应是用户与供

应商协商认定的。参考样本选择程序的实例见附件C。

4.2.5.3.2抽样

考虑到包裹体密度或腐蚀隧道密度项目进行质量控制时需要时间、人力和费用，制材或制材检查

区域的抽样方案通常由供应商与用户协商确定。

很明显，更可取的低成本检验是，包裹体密度或腐蚀隧道密度充分低于试验极限值，则少数样本

即可判定，但这种情况不常见。有时适当的密度控制要求更严格的检验方案，该方案由供应商与用户

之间协商一致制定并执行。

为满足适用的协商一致的质量保证水平，保证所选晶体及计数体积具有足够的代表性，要求使用

可靠的统计方法。由于参考文献中已论述了抽样程序和统计置信度试验，本规范不再重复其原理。

4.2.5.3.3批的抽样

在大多数批的抽样中，选择一个或一组适当的样品棒以代表母体。样品棒的数量取决于批的大小、

晶体的类型、预定的用途、包裹体密度均值与目标值间的差值，以及足以保证该批中每种尺寸范围的

包裹体密度在可用级别限值以内的AQL置信度水平。样品组应正确代表该批的包裹体密度。为可靠起

见，若存在偏差，包裹体密度的确定应靠向严格的等级而不能相反。

4.2.5.3.4棒内的体积

在每个棒内选取一组体积对包裹体计数。体积的大小根据显微镜焦场的面积（或者是方格的外框）

或棒的高度或显微镜可调深度的长度来确定。必须确定并汇总全部计数用的体积。选择计数用的体积

应包括棒的主要区域（通常为图3所示的Z生长区），该区域的材料用于器件的工作区，并且不应避开

含有密集包裹体的区域。对于合理的统计置信度，每个棒的计数体积至少应为六个或更多。

棒内的样本体积位置应适当分布在X、Y、Z空间，包裹体密度分布的变化在以上各区域不同，样

本体积的位置分布也不同。典型的人造石英晶体棒[图3a）]Y轴尺寸长，X轴和Z轴尺寸短。通常包裹

体密度的最大变化的区域出现在生长方向上，例如Z区的Z向尺寸[图2a）和图3b）]。因此，大的Z块

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GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

晶体取样区域应位于离籽晶不同的Z向距离，以保证棒的Z向区域在样品体积组中具有代表性。同样这

种变化出现在Y或X方向时也应按变化方向抽样。

3a)AT切晶片的位置(以0°取向的右旋石英为例)

3b)X切、Y切及Z切晶片的位置

图3AT切、小菱面切、X切、Y切和Z切的晶片切割的典型示例

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GB/T3352-201X/IEC60758︰2016-10

为有助于典型棒中样本体积合理分布，可在样品表面的Y长度上以10mm的间隔垂直于籽晶，在-X

面（小X面）标出横向的Z线。根据需要，在标出的每个矩形区或晶体表面选择包裹体计数用的样本

体积。为了确定距籽晶不同距离处的抽样体积，在小晶体中（它的Z区的范围小于显微镜视场直径的

两倍）它们应交替位于离籽晶的近处和远处。对较大的晶体，它们应排列在整个Z区范围内，以保证

样品体积能代表每一包裹体带。

几种常用的抽样方案见附录A。

4.2.5.3.5包裹体计数

在标记好的矩形内，在显微镜可调深度范围内，垂直地在选择的X向高度内扫描，并选择计数用

圆形或方形视场。

若样品是X高度相当小的Y棒，则可沿长度[在侧射光照明下，-X面（小X面）朝上]方向在Z变化的

一系列位置上扫描。从可用区域一端的矩形开始，在X方向的圆柱形（或平行六面体）体积内进行包

裹体计数。从-X面（小X面）稍低处开始（表面材料不计数），对视野中所有可见包裹体分类，并根

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