專利名稱：兩功能寶石檢測鑒別儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理領(lǐng)域的檢測儀器，特別是涉及一種兩功能寶石檢測鑒別儀。具體地說，本實(shí)用新型涉及一種將熱導(dǎo)儀與電導(dǎo)儀一體化的寶石檢測鑒別儀器。檢測者只要使用該儀器，一次檢測就可以區(qū)分，確定仿鉆石、天然鉆石、合成鉆石，過去，為了區(qū)分鑒別仿鉆石、天然鉆石、合成鉆石，通常的辦法都必須先用熱導(dǎo)儀來區(qū)分仿鉆石與鉆石，確定是鉆石后再用電導(dǎo)儀來區(qū)分是天然鉆石，還是合成鉆石。也正如業(yè)內(nèi)人士稱的二次檢測鑒別法。而本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀可做到合二為一，一次檢測立刻獲得結(jié)果，方法簡單，結(jié)論準(zhǔn)確。
(注以上稱的電導(dǎo)儀是指合成碳硅石檢測儀，專利號01264391.2，下文出現(xiàn)的“電導(dǎo)儀”一詞均可同此解釋)背景技術(shù)在寶石界用于首飾制品中的“鉆石”往往有仿鉆石，像鋯石CZ、合成釓鎵榴石、尖晶石、黃玉等等，也有最近幾年才出現(xiàn)的合成鉆石，像合成碳硅石(莫桑石)，還有純天然鉆石。它們以不同的用途與不同的消費(fèi)對象各自劃歸在不同的商品范疇，都有權(quán)在珠寶市場上擁有合法一席、客觀上說是無可非議的。由于這些寶石從表面觀察，其顏色、光澤、閃光、透明度都十分相似，甚至許多物理特性，像比重、折射率、色散硬度等也十分接近，因此為了區(qū)分鑒別這些寶石，目前現(xiàn)有的檢測鑒別方法是先用熱導(dǎo)儀來區(qū)別仿鉆石與鉆石、再用電導(dǎo)儀來區(qū)別天然鉆石與合成鉆石，也就是所謂的二次檢測鑒別法才可達(dá)到目的。
由此可見，上述現(xiàn)有的寶石檢測鑒別方法存在有步驟多、費(fèi)時費(fèi)力等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的在于，克服現(xiàn)有的寶石檢測鑒別技術(shù)存在的缺陷，而提供一種新型的兩功能寶石檢測鑒別儀，所要解決的主要技術(shù)問題是使其簡便、可靠，能夠用一次檢測就可區(qū)分、鑒別仿鉆石、天然鉆石、合成鉆石的檢測儀器，操作方便，結(jié)果準(zhǔn)確，不論裸鉆還是已嵌在首飾上的寶石均可一測便知。
本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀的檢測機(jī)理是建立在仿鉆石、天然鉆石、合成碳硅石三類寶石固有的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率差異的基礎(chǔ)上，利用它們間存在的不同熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率，通過傳感器，探針與電路系統(tǒng)的測試分析顯示檢測結(jié)果。三類寶石的熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率數(shù)值參考表表一

本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀的電路首先利用仿鉆石與鉆石、合成碳硅石在熱導(dǎo)率上存在的明顯差異，從表一可知相差幾十到上百倍。通過傳感器探針與被測寶石接觸產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)效應(yīng)引起的熱電偶溫差電流是否已達(dá)到電路設(shè)定的值，如果未達(dá)到該值則儀器什么反映也沒有，就可以確定被測寶石是仿鉆石。如果已達(dá)到或超過設(shè)定值，則電路會自動轉(zhuǎn)入電導(dǎo)率的比較，電導(dǎo)率低者為天然鉆石，顯示器的綠燈亮并伴有嘀聲，電導(dǎo)率高者為合成碳硅石，顯示器的藍(lán)燈亮，并伴有不同音調(diào)的嘀聲。
本實(shí)用新型的目的及解決其主要技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本實(shí)用新型提出的兩功能寶石檢測鑒別儀由傳感器、放大電路、比較電路、觸發(fā)電路、顯示器、升壓電路及電源的部分組成。其中所述的傳感器與放大電路連接；所述的放大電路與比較電路連接；所述的比較電路與觸發(fā)電路連接；所述的觸發(fā)電路與顯示器連接，也與升壓電路連接；所述的升壓電路又與所述的比較電路連接。
本實(shí)用新型所述的傳感器是由PTC材料制的熱敏電阻提供恒溫?zé)嵩吹亩睙犭娕冀M成，熱敏電阻發(fā)熱的熱源即是它們的共同熱端；它們的冷端分別與放大器的正反輸入端連接組成差分放大器。
本實(shí)用新型所述的二副熱電偶的導(dǎo)體均是由直徑φ0.8mm銅質(zhì)與直徑φ0.13mm康銅質(zhì)兩種熱電極材料制成；其中銅質(zhì)熱電極是共用的還兼作電導(dǎo)檢測的探針；二副熱電偶的電導(dǎo)結(jié)分布在熱敏電阻的兩側(cè)。
本實(shí)用新型所述的差分放大器是輸出信號與所述比較器閾值電平信號進(jìn)行比較的放大器。
本實(shí)用新型所述的導(dǎo)電板、人體、被測寶石、傳感器銅質(zhì)探針組成一獲取電導(dǎo)信號的電回路。
本實(shí)用新型所述的顯示器是發(fā)光二極管、蜂鳴器、液晶顯示器或指針式任意一種。
本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。本實(shí)用新型的有益效果是一次檢測即能區(qū)分、鑒別仿鉆石、天然鉆石、合成鉆石，徹底改革了以往必須先用熱導(dǎo)儀再用電導(dǎo)儀來檢測區(qū)分三類寶石的方法；儀器檢測準(zhǔn)確，操作簡單，是一種非破壞性檢測裝置，不論裸鉆還是已鑲嵌首飾上的寶石都可一測便知。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1是本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀的電路方框圖。
圖2是本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀的電路原理圖。
圖3是傳感器1的結(jié)構(gòu)與連接圖。
圖4是電導(dǎo)信號檢測方法示意圖。
圖5是比較電路中U2B組連接圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1所示，圖1是本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀的電路方框圖。本實(shí)用新型的電路方框圖，包括傳感器1、放大電路2、比較電路3、觸發(fā)器4、顯示器5、升壓電路6及電源部分7組成。
上述傳感器1是由熱敏電阻與二副熱電偶組成，該熱敏電阻尺寸為φ5×1mm，用PTC材料制成。熱電偶是用直徑φ0.13mm的漆包康銅絲與直徑φ0.8mm銅針制成。其熱端通過探針與被測寶石接觸，冷端通過電阻與放大器的正反輸入端連接。
上述放大電路2是一片運(yùn)放集成芯片U1，例如0P07DP型，接成差動放大電路把從傳感器獲取的微弱電平臺信號放大后送給比較電路。
上述比較電路3是由二片集成電路組成，例如TLC3704、U2與LM393、U6。TLC3704是一片四比較器集成芯片，LM393是一片二比較器集成芯片。用他們組成6組電平比較電路，為了敘述方便，把U2分為A、B、C、D四組獨(dú)立比較器，把U6分為E、F二組獨(dú)立比較器(見圖2)。A組用于熱導(dǎo)電平比較；B組用于電導(dǎo)電平比較；C組用于開機(jī)時預(yù)備指示燈導(dǎo)通；D組用于節(jié)電提示報(bào)警導(dǎo)通，E組用于欠電壓提示報(bào)警導(dǎo)通；F組用于節(jié)電提示復(fù)位。
上述觸發(fā)電路4是由二片集成電路組成，例如TS3V556IN它是一種雙時基芯片，連接成二組單穩(wěn)觸發(fā)器與二組多諧振蕩器使用，輸出信號驅(qū)動顯示器及升壓電路。所述顯示器5采用了二只直徑φ3mm的綠與藍(lán)色可見光發(fā)光二極管和一只DHT-20型壓電陶瓷蜂鳴片用于顯示檢測結(jié)果。所述升壓電路是一只場效應(yīng)三極管，例如IRF BF-20與電感L1，二極管D2組成直流放大器，產(chǎn)生約500V直流電壓作電導(dǎo)比較器(U2B組)的正反輸入端電位信號。
請參閱圖2所示，圖2是本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀的電路原理圖。下面結(jié)合該電路原理圖，更具體地說明本實(shí)用新型的構(gòu)造與檢測工作過程。
傳感器1是由熱敏電阻11與二副熱電偶組成，該熱敏電阻用于恒溫加熱，是由PTC材料制成的直徑φ5mm厚1mm的正溫度系數(shù)片狀電阻；其特征是居里點(diǎn)40-45℃，在25℃時電阻值為100Ω±10％；兩面還鍍上銀漿以利焊接熱電偶是用直徑為0.13mm的二根漆包康銅絲與銅探針12組成，詳細(xì)結(jié)構(gòu)參見圖3與圖4。先把片狀熱敏電阻焊接在直徑為φ0.8mm的鍍銀銅質(zhì)探針13上，然后把熱電偶的熱端分別焊接在熱敏電阻的左右側(cè)的探針上。圖4中探針12通過二極管D4與電源負(fù)端連接，該傳感器有二個作用，其一是熱傳導(dǎo)信號的獲取；其二是通過探針12、寶石14，人體17持寶石的左手端15及接觸導(dǎo)電板18的右手端16形成的電回路獲取被測寶石的電導(dǎo)信號。
首先說明仿鉆石與鉆石的鑒別原理。從上述的表一可知鉆石及合成碳硅石(或稱合成鉆石)的熱導(dǎo)率是仿鉆石的幾十倍甚至上百倍，所以在檢測電路中設(shè)計(jì)確定了某一個數(shù)值作為區(qū)分它們的閾值，如圖2，比較電路中的比較器U2的9腳上的電平值即是該閾值，對地電位為1.95V，檢測時傳感器探針與被測寶石接觸。由U2的8腳、9腳、14腳組成的一組熱導(dǎo)比較器即A組。由U2的10腳、11腳、13腳組成的一組比較器稱為B組。如果它是熱導(dǎo)率很低的寶石探針熱端溫度不變或變化甚小。熱電偶產(chǎn)生的溫差電流甚微，通過電阻R21、R22送到差動放大器U1的2腳與3腳。雖經(jīng)U1放大，輸入到比較器U2A組的8腳，但其電平值仍小于設(shè)定的閾值，比較器U2的14腳無信號輸出，儀器電路的狀態(tài)不變，光聲信號均無顯示；提示被測寶石是仿鉆石。
如果是熱導(dǎo)率很高的寶石則探針熱端的溫度會迅速傳導(dǎo)給寶石，熱電偶就產(chǎn)生較大的溫差電流，其中電平信號通過電阻R21、R22送到放大器U1的2腳、3腳經(jīng)差動放大后的信號，由U1、6腳輸出，通過R25送到比較器U2A組的反相輸入端8腳，它的電平信號大于9腳的閾值電平；U2的14腳會輸出低電平信號；該信號觸發(fā)了熱導(dǎo)觸發(fā)器U3的8腳，使其變?yōu)闀悍€(wěn)狀態(tài)；U3的9腳輸出高電平信號通過R16驅(qū)動顯示器LED3，例如φ3綠色發(fā)光二極管，使綠燈點(diǎn)亮；同時還把高電平信號通過R17加到U3的4腳(復(fù)位端)，使該多諧振蕩器投入工作，U3的5腳輸出高電平驅(qū)動蜂鳴器發(fā)出一定頻率聲音。本例選用HDT-20壓電陶瓷蜂鳴器，所以光、聲是同步出現(xiàn)的以提示檢測結(jié)果。此外上述的高電平信號也加到另一組電平觸發(fā)器U4的4腳，本例也選TS3V556IN；使該多諧振蕩器也投入工作，U4的5腳輸出高電平通過R31連接升壓電路的Q2柵極；該Q2為IRF BF-20場效應(yīng)管；采用獨(dú)立電源正偏置電路。在原極端輸出500V左右直流電壓通過二極管D2，例如FR107與電阻R46-R43、R48-R54連接到比較電路U2的B組的10腳、11腳其中10腳的設(shè)定的閾值電平一般使它的電位比11腳電位低3-4mv；如果被測寶石電導(dǎo)率高，那么U2的11腳電位變低，若低于10腳的閾值電平值時U2的13腳輸出脈沖信號觸發(fā)了電平觸發(fā)器U4的8腳，使其變?yōu)闀悍€(wěn)狀態(tài)；U4的9腳輸出高電平通過R26驅(qū)動顯示器LED4，本例為φ3藍(lán)色發(fā)光二極管使藍(lán)燈點(diǎn)亮，提示被測寶石是合成鉆石。如果被測寶石的電導(dǎo)率低則上述過程不發(fā)生，藍(lán)燈不亮，綠燈繼續(xù)點(diǎn)亮，提示被測寶石是天然鉆石。
至此，儀器完成了整個檢測過程，為了更清楚說明問題，再用圖解法子以表示 本實(shí)用新型的電路設(shè)計(jì)保證了由熱導(dǎo)檢測轉(zhuǎn)為電導(dǎo)檢測所必須具備的條件與前提。檢測是在瞬間完成的，準(zhǔn)確度與效率均是令人滿意和信服的。
最后說明一下幾組提示報(bào)警比較電路的工作過程由U6的2腳、3腳、1腳，見圖2E組。用于欠電壓指示。當(dāng)電源電壓過低時，U6的3腳電位低于2腳電位，1腳輸出低電平，預(yù)備指示燈閃爍或不亮。
由U6的5腳、6腳、7腳見圖2F組用于節(jié)電提示報(bào)警復(fù)位，每檢測一次，7腳電位變化一次消除了U2D組7腳電位的升高。
由U2的7腳、6腳、1腳組見圖2D組用于節(jié)電提示報(bào)警，當(dāng)操作者停歇時間超過約1分鐘后7腳電位升高，儀器自動發(fā)出關(guān)機(jī)信號、提示操作者應(yīng)關(guān)掉總電源開關(guān)。
由U2的5腳、4腳、2腳組見圖2C組，用于開機(jī)操作預(yù)備指示燈導(dǎo)通，當(dāng)5腳電位升高到大于4腳電位時，2腳輸出高電平、預(yù)備指示燈LED2點(diǎn)亮。表示儀器已進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
由于這部分電路比較簡單，不再贅述。
上面本實(shí)用新型設(shè)計(jì)人已經(jīng)詳細(xì)說明了本實(shí)用新型的檢測機(jī)理、電路原理及工作過程、傳感器結(jié)構(gòu)、特征、所用的重要電子元器件的型號、規(guī)格等，本實(shí)用新型兩功能寶石檢測鑒別儀簡便、可靠，是能夠用一次檢測就可區(qū)分、鑒別仿鉆石、天然鉆石、合成鉆石的檢測儀器。
權(quán)利要求1.一種兩功能寶石檢測鑒別儀，包括有傳感器、放大電路、比較電路、觸發(fā)電路、顯示器、升壓電路及向各電路部分供電的電源部分，其特征在于所述的傳感器與所述的放大電路連接；所述的放大電路與所述的比較電路連接；所述的比較電路與所述的觸發(fā)電路連接；所述的觸發(fā)電路與所述的顯示器連接也與升壓電路連接；所述升壓電路又與所述的比較電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩功能寶石檢測鑒別儀，其特征在于其中所述的傳感器是由PTC材料制的熱敏電阻提供恒溫?zé)嵩吹亩睙犭娕冀M成，熱敏電阻發(fā)熱的熱源即是它們的共同熱端；它們的冷端分別與放大器的正反輸入端連接組成差分放大器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩功能寶石檢測鑒別儀，其特征在于其中所述的二副熱電偶的導(dǎo)體均是由直徑ф0.8mm銅質(zhì)與直徑ф0.13mm康銅質(zhì)兩種熱電極材料制成；其中銅質(zhì)熱電極是共用的還兼作電導(dǎo)檢測的探針；二副熱電偶的電導(dǎo)結(jié)分布在熱敏電阻的兩側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兩功能寶石檢測鑒別儀，其特征在于其中所述的差分放大器是輸出信號與所述比較器閾值電平信號進(jìn)行比較的放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩功能寶石檢測鑒別儀，其特征在于其中所述的導(dǎo)電板、人體、被測寶石、傳感器銅質(zhì)探針組成一獲取電導(dǎo)信號的電回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的兩功能寶石檢測鑒別儀，其特征在于其中所述的顯示器是發(fā)光二極管、蜂鳴器、液晶顯示器或指針式任意一種。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種兩功能寶石檢測鑒別儀，由傳感器、放大電路、比較電路、觸發(fā)電路、顯示器、升壓電路及電源部分組成。其中該傳感器通過串聯(lián)電阻與所述放大電路的運(yùn)算放大器連接；該運(yùn)算放大器輸出端通過電阻與所述比較電路中的熱導(dǎo)比較器連接；該比較器輸出與所述觸發(fā)電路中的熱導(dǎo)觸發(fā)器連接；該觸發(fā)器的輸出與顯示器連接也與電導(dǎo)觸發(fā)器連接；該電導(dǎo)觸發(fā)器的輸出與升壓電路連接；該升壓電路又與比較電路中的電導(dǎo)比較器連接；該電導(dǎo)比較器輸出與顯示器連接。本實(shí)用新型一次檢測即能區(qū)分、鑒別仿鉆石、天然鉆石、合成鉆石，徹底改革了以往必須先用熱導(dǎo)儀再用電導(dǎo)儀來檢測區(qū)分三類寶石的方法；儀器檢測準(zhǔn)確，操作簡單，是一種非破壞性檢測裝置。
文檔編號G01N27/04GK2603388SQ0323626
公開日2004年2月11日 申請日期2003年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月21日
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