专利名称：两功能宝石检测鉴别仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理领域的检测仪器，特别是涉及一种两功能宝石检测鉴别仪。具体地说，本实用新型涉及一种将热导仪与电导仪一体化的宝石检测鉴别仪器。检测者只要使用该仪器，一次检测就可以区分，确定仿钻石、天然钻石、合成钻石，过去，为了区分鉴别仿钻石、天然钻石、合成钻石，通常的办法都必须先用热导仪来区分仿钻石与钻石，确定是钻石后再用电导仪来区分是天然钻石，还是合成钻石。也正如业内人士称的二次检测鉴别法。而本实用新型两功能宝石检测鉴别仪可做到合二为一，一次检测立刻获得结果，方法简单，结论准确。
(注以上称的电导仪是指合成碳硅石检测仪，专利号01264391.2，下文出现的“电导仪”一词均可同此解释)背景技术在宝石界用于首饰制品中的“钻石”往往有仿钻石，像锆石CZ、合成钆镓榴石、尖晶石、黄玉等等，也有最近几年才出现的合成钻石，像合成碳硅石(莫桑石)，还有纯天然钻石。它们以不同的用途与不同的消费对象各自划归在不同的商品范畴，都有权在珠宝市场上拥有合法一席、客观上说是无可非议的。由于这些宝石从表面观察，其颜色、光泽、闪光、透明度都十分相似，甚至许多物理特性，像比重、折射率、色散硬度等也十分接近，因此为了区分鉴别这些宝石，目前现有的检测鉴别方法是先用热导仪来区别仿钻石与钻石、再用电导仪来区别天然钻石与合成钻石，也就是所谓的二次检测鉴别法才可达到目的。
由此可见，上述现有的宝石检测鉴别方法存在有步骤多、费时费力等缺陷。
发明内容
本实用新型的主要目的在于，克服现有的宝石检测鉴别技术存在的缺陷，而提供一种新型的两功能宝石检测鉴别仪，所要解决的主要技术问题是使其简便、可靠，能够用一次检测就可区分、鉴别仿钻石、天然钻石、合成钻石的检测仪器，操作方便，结果准确，不论裸钻还是已嵌在首饰上的宝石均可一测便知。
本实用新型两功能宝石检测鉴别仪的检测机理是建立在仿钻石、天然钻石、合成碳硅石三类宝石固有的热导率、电导率差异的基础上，利用它们间存在的不同热导率与电导率，通过传感器，探针与电路系统的测试分析显示检测结果。三类宝石的热导率、电导率数值参考表表一
本实用新型两功能宝石检测鉴别仪的电路首先利用仿钻石与钻石、合成碳硅石在热导率上存在的明显差异，从表一可知相差几十到上百倍。通过传感器探针与被测宝石接触产生的热传导效应引起的热电偶温差电流是否已达到电路设定的值，如果未达到该值则仪器什么反映也没有，就可以确定被测宝石是仿钻石。如果已达到或超过设定值，则电路会自动转入电导率的比较，电导率低者为天然钻石，显示器的绿灯亮并伴有嘀声，电导率高者为合成碳硅石，显示器的蓝灯亮，并伴有不同音调的嘀声。
本实用新型的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的两功能宝石检测鉴别仪由传感器、放大电路、比较电路、触发电路、显示器、升压电路及电源的部分组成。其中所述的传感器与放大电路连接；所述的放大电路与比较电路连接；所述的比较电路与触发电路连接；所述的触发电路与显示器连接，也与升压电路连接；所述的升压电路又与所述的比较电路连接。
本实用新型所述的传感器是由PTC材料制的热敏电阻提供恒温热源的二副热电偶组成，热敏电阻发热的热源即是它们的共同热端；它们的冷端分别与放大器的正反输入端连接组成差分放大器。
本实用新型所述的二副热电偶的导体均是由直径φ0.8mm铜质与直径φ0.13mm康铜质两种热电极材料制成；其中铜质热电极是共用的还兼作电导检测的探针；二副热电偶的电导结分布在热敏电阻的两侧。
本实用新型所述的差分放大器是输出信号与所述比较器阈值电平信号进行比较的放大器。
本实用新型所述的导电板、人体、被测宝石、传感器铜质探针组成一获取电导信号的电回路。
本实用新型所述的显示器是发光二极管、蜂鸣器、液晶显示器或指针式任意一种。
本实用新型两功能宝石检测鉴别仪与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。本实用新型的有益效果是一次检测即能区分、鉴别仿钻石、天然钻石、合成钻石，彻底改革了以往必须先用热导仪再用电导仪来检测区分三类宝石的方法；仪器检测准确，操作简单，是一种非破坏性检测装置，不论裸钻还是已镶嵌首饰上的宝石都可一测便知。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型两功能宝石检测鉴别仪的电路方框图。
图2是本实用新型两功能宝石检测鉴别仪的电路原理图。
图3是传感器1的结构与连接图。
图4是电导信号检测方法示意图。
图5是比较电路中U2B组连接图。
具体实施方式
请参阅图1所示，图1是本实用新型两功能宝石检测鉴别仪的电路方框图。本实用新型的电路方框图，包括传感器1、放大电路2、比较电路3、触发器4、显示器5、升压电路6及电源部分7组成。
上述传感器1是由热敏电阻与二副热电偶组成，该热敏电阻尺寸为φ5×1mm，用PTC材料制成。热电偶是用直径φ0.13mm的漆包康铜丝与直径φ0.8mm铜针制成。其热端通过探针与被测宝石接触，冷端通过电阻与放大器的正反输入端连接。
上述放大电路2是一片运放集成芯片U1，例如0P07DP型，接成差动放大电路把从传感器获取的微弱电平台信号放大后送给比较电路。
上述比较电路3是由二片集成电路组成，例如TLC3704、U2与LM393、U6。TLC3704是一片四比较器集成芯片，LM393是一片二比较器集成芯片。用他们组成6组电平比较电路，为了叙述方便，把U2分为A、B、C、D四组独立比较器，把U6分为E、F二组独立比较器(见图2)。A组用于热导电平比较；B组用于电导电平比较；C组用于开机时预备指示灯导通；D组用于节电提示报警导通，E组用于欠电压提示报警导通；F组用于节电提示复位。
上述触发电路4是由二片集成电路组成，例如TS3V556IN它是一种双时基芯片，连接成二组单稳触发器与二组多谐振荡器使用，输出信号驱动显示器及升压电路。所述显示器5采用了二只直径φ3mm的绿与蓝色可见光发光二极管和一只DHT-20型压电陶瓷蜂鸣片用于显示检测结果。所述升压电路是一只场效应三极管，例如IRF BF-20与电感L1，二极管D2组成直流放大器，产生约500V直流电压作电导比较器(U2B组)的正反输入端电位信号。
请参阅图2所示，图2是本实用新型两功能宝石检测鉴别仪的电路原理图。下面结合该电路原理图，更具体地说明本实用新型的构造与检测工作过程。
传感器1是由热敏电阻11与二副热电偶组成，该热敏电阻用于恒温加热，是由PTC材料制成的直径φ5mm厚1mm的正温度系数片状电阻；其特征是居里点40-45℃，在25℃时电阻值为100Ω±10％；两面还镀上银浆以利焊接热电偶是用直径为0.13mm的二根漆包康铜丝与铜探针12组成，详细结构参见图3与图4。先把片状热敏电阻焊接在直径为φ0.8mm的镀银铜质探针13上，然后把热电偶的热端分别焊接在热敏电阻的左右侧的探针上。图4中探针12通过二极管D4与电源负端连接，该传感器有二个作用，其一是热传导信号的获取；其二是通过探针12、宝石14，人体17持宝石的左手端15及接触导电板18的右手端16形成的电回路获取被测宝石的电导信号。
首先说明仿钻石与钻石的鉴别原理。从上述的表一可知钻石及合成碳硅石(或称合成钻石)的热导率是仿钻石的几十倍甚至上百倍，所以在检测电路中设计确定了某一个数值作为区分它们的阈值，如图2，比较电路中的比较器U2的9脚上的电平值即是该阈值，对地电位为1.95V，检测时传感器探针与被测宝石接触。由U2的8脚、9脚、14脚组成的一组热导比较器即A组。由U2的10脚、11脚、13脚组成的一组比较器称为B组。如果它是热导率很低的宝石探针热端温度不变或变化甚小。热电偶产生的温差电流甚微，通过电阻R21、R22送到差动放大器U1的2脚与3脚。虽经U1放大，输入到比较器U2A组的8脚，但其电平值仍小于设定的阈值，比较器U2的14脚无信号输出，仪器电路的状态不变，光声信号均无显示；提示被测宝石是仿钻石。
如果是热导率很高的宝石则探针热端的温度会迅速传导给宝石，热电偶就产生较大的温差电流，其中电平信号通过电阻R21、R22送到放大器U1的2脚、3脚经差动放大后的信号，由U1、6脚输出，通过R25送到比较器U2A组的反相输入端8脚，它的电平信号大于9脚的阈值电平；U2的14脚会输出低电平信号；该信号触发了热导触发器U3的8脚，使其变为暂稳状态；U3的9脚输出高电平信号通过R16驱动显示器LED3，例如φ3绿色发光二极管，使绿灯点亮；同时还把高电平信号通过R17加到U3的4脚(复位端)，使该多谐振荡器投入工作，U3的5脚输出高电平驱动蜂鸣器发出一定频率声音。本例选用HDT-20压电陶瓷蜂鸣器，所以光、声是同步出现的以提示检测结果。此外上述的高电平信号也加到另一组电平触发器U4的4脚，本例也选TS3V556IN；使该多谐振荡器也投入工作，U4的5脚输出高电平通过R31连接升压电路的Q2栅极；该Q2为IRF BF-20场效应管；采用独立电源正偏置电路。在原极端输出500V左右直流电压通过二极管D2，例如FR107与电阻R46-R43、R48-R54连接到比较电路U2的B组的10脚、11脚其中10脚的设定的阈值电平一般使它的电位比11脚电位低3-4mv；如果被测宝石电导率高，那么U2的11脚电位变低，若低于10脚的阈值电平值时U2的13脚输出脉冲信号触发了电平触发器U4的8脚，使其变为暂稳状态；U4的9脚输出高电平通过R26驱动显示器LED4，本例为φ3蓝色发光二极管使蓝灯点亮，提示被测宝石是合成钻石。如果被测宝石的电导率低则上述过程不发生，蓝灯不亮，绿灯继续点亮，提示被测宝石是天然钻石。
至此，仪器完成了整个检测过程，为了更清楚说明问题，再用图解法子以表示 本实用新型的电路设计保证了由热导检测转为电导检测所必须具备的条件与前提。检测是在瞬间完成的，准确度与效率均是令人满意和信服的。
最后说明一下几组提示报警比较电路的工作过程由U6的2脚、3脚、1脚，见图2E组。用于欠电压指示。当电源电压过低时，U6的3脚电位低于2脚电位，1脚输出低电平，预备指示灯闪烁或不亮。
由U6的5脚、6脚、7脚见图2F组用于节电提示报警复位，每检测一次，7脚电位变化一次消除了U2D组7脚电位的升高。
由U2的7脚、6脚、1脚组见图2D组用于节电提示报警，当操作者停歇时间超过约1分钟后7脚电位升高，仪器自动发出关机信号、提示操作者应关掉总电源开关。
由U2的5脚、4脚、2脚组见图2C组，用于开机操作预备指示灯导通，当5脚电位升高到大于4脚电位时，2脚输出高电平、预备指示灯LED2点亮。表示仪器已进入正常工作状态。
由于这部分电路比较简单，不再赘述。
上面本实用新型设计人已经详细说明了本实用新型的检测机理、电路原理及工作过程、传感器结构、特征、所用的重要电子元器件的型号、规格等，本实用新型两功能宝石检测鉴别仪简便、可靠，是能够用一次检测就可区分、鉴别仿钻石、天然钻石、合成钻石的检测仪器。
权利要求1.一种两功能宝石检测鉴别仪，包括有传感器、放大电路、比较电路、触发电路、显示器、升压电路及向各电路部分供电的电源部分，其特征在于所述的传感器与所述的放大电路连接；所述的放大电路与所述的比较电路连接；所述的比较电路与所述的触发电路连接；所述的触发电路与所述的显示器连接也与升压电路连接；所述升压电路又与所述的比较电路连接。
2.根据权利要求1所述的两功能宝石检测鉴别仪，其特征在于其中所述的传感器是由PTC材料制的热敏电阻提供恒温热源的二副热电偶组成，热敏电阻发热的热源即是它们的共同热端；它们的冷端分别与放大器的正反输入端连接组成差分放大器。
3.根据权利要求2所述的两功能宝石检测鉴别仪，其特征在于其中所述的二副热电偶的导体均是由直径ф0.8mm铜质与直径ф0.13mm康铜质两种热电极材料制成；其中铜质热电极是共用的还兼作电导检测的探针；二副热电偶的电导结分布在热敏电阻的两侧。
4.根据权利要求2所述的两功能宝石检测鉴别仪，其特征在于其中所述的差分放大器是输出信号与所述比较器阈值电平信号进行比较的放大器。
5.根据权利要求1所述的两功能宝石检测鉴别仪，其特征在于其中所述的导电板、人体、被测宝石、传感器铜质探针组成一获取电导信号的电回路。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的两功能宝石检测鉴别仪，其特征在于其中所述的显示器是发光二极管、蜂鸣器、液晶显示器或指针式任意一种。
专利摘要本实用新型涉及一种两功能宝石检测鉴别仪，由传感器、放大电路、比较电路、触发电路、显示器、升压电路及电源部分组成。其中该传感器通过串联电阻与所述放大电路的运算放大器连接；该运算放大器输出端通过电阻与所述比较电路中的热导比较器连接；该比较器输出与所述触发电路中的热导触发器连接；该触发器的输出与显示器连接也与电导触发器连接；该电导触发器的输出与升压电路连接；该升压电路又与比较电路中的电导比较器连接；该电导比较器输出与显示器连接。本实用新型一次检测即能区分、鉴别仿钻石、天然钻石、合成钻石，彻底改革了以往必须先用热导仪再用电导仪来检测区分三类宝石的方法；仪器检测准确，操作简单，是一种非破坏性检测装置。
文档编号G01N27/04GK2603388SQ0323626
公开日2004年2月11日 申请日期2003年1月21日 优先权日2003年1月21日
发明者许济苍 申请人:许济苍