专利名称：翡翠透光度检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及翡翠质量检测技术领域，更具体地说涉及翡翠透光度检测方法及其装置。
背景技术：
透明度是评价翡翠商品价值的重要依据，翡翠透光度的分级一直是珠宝检测领域内一个亟待解决的问题。长期以来对透明度的评价 多为直观描述，如玻璃底、冰底、蛋清底、糯米底、豆底等等直观但不严 谨，相互间没有区分界限，人为因素大，不是科学的分级。现有的检测方 法中有以下分级方法，如依据观察字迹的清晰度将翡翠透明度分为5级； 依据阳光透过率也将翡翠透明度分为5级。这些分级直观地描述了翡翠透 明度的变化，但没有与之相适应的科学测量方法。
在定量描述方面，有人提出了光度计法和光柱法两种测量单位厚度白 光透过率的方案。这两种定量描述测量方法由于通过测量白光透过率的方 法检测，因此无法对镶嵌的样品进行检测；对于厚度不同，透明度相同的翡翠也会出现不同的检测结果，能对厚度差别大的不同翡翠同时进行准确的测量判断；对于具有非均匀透明度的翡翠样品，由于无论其内部哪个地 方透明度不好，最终都只能整体上显示出不好的透光特性，而不能显示透 明度的分布变化规律；并且，不同颜色的翡翠对白光的吸收不同，会对光 透过率的检测带来误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种可以显示翡翠 透明度的分布变化规律，且不受翡翠样品厚度和是否镶嵌限制的翡翠透光 度检测方法。
本发明所述的翡翠透明度检测方法包括以下步骤 a.将光源发出的光通过分光器件分为检测光束和参考光束，分别进 入固定有待测翡翠的横向扫描样品检测模块和产生光程变化且可反射光的 纵向扫描光程模块；b. 调节横向扫描样品检测模块中样品在固定台上的位置，使得经纵 向扫描光程模块的反射光及横向扫描样品检测模块从待测翡翠处的反射光发生干涉；c. 确定待测翡翠表面的检测部位，采集横向扫描过程中得到的纵向 扫描干涉信号，将其转化为相对应的电信号，并将电信号传输至信号处理 分析器；d. 得到待测翡翠检测部位二维内部结构光学层析图像和平均散射光 强随入射深度的变化数据，直观判别翡翠样品的透光度。所述的翡翠透明度检测方法还包括步骤e.根据光学层析图像数据 分析翡翠样品的散射光强平均值和光强在不同取值区间的直方分布，综合 对翡翠样品透光度进行分级。这是进一步对检测结果进行定量分析，从而 得到更为精确的分析结果。所述的步骤e包括el、根据二维层析数据计算翡翠样品被测部位切面上各象素的散射光 强值；e2、计算翡翠样品的平均散射光强系数R，根据系数R的大小得到分 级参数P1;e3、绘制散射光强数值在0. 001-1区间的直方分布，得到O.Ol区间 分布象素比例系数N1，和1区间分布像素比例系数N2，根据系数N1和系 数N2的大小得到分级参数P2、 P3;e4、根据翡翠样品的分级参数Pl、 P2、 P3参数计算分级参数P对翡 翠透光度进行分级。这是定量分析的一种具体方法。所述的步骤A中光源为时间相干性低的近红外宽谱光源，其相干长度 为5微米到20微米之间。不同颜色的翡翠对这个范围内的激光光源吸收差 别不大，不会对检测结果带来误差。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种可以显示翡翠透明度的 分布变化规律，且不受翡翠样品厚度和是否镶嵌限制的翡翠透光度检测装 置。本发明所述的翡翠透明度检测装置包括光源组件，其特征在于，还包括分光器、光电探测器、信号处理分析器、纵向扫描光程模块以及横向 扫描样品检测模块，其中，光源组件与分光器输入端之间、分光器两个输 出端与纵向扫描光程模块和横向扫描样品检测模块之间、分光器的干涉光 输出端与光电探测器之间均采用光学连接，光电探测器输出端电连接信号 处理分析器。所述的光源组件为超辐射发光二极管光源。这是优选的一种光源。所述的纵向扫描光程模块包括镀金反射镜和线性移动平台，镀金反射 镜装在线性移动平台。这是纵向扫描光程模块的一种结构。所述的扫描光程模块包括光纤和压电陶瓷柱体，光纤绕在压电陶瓷柱 体上。这是纵向扫描光程模块的另一种结构。所述信号处理分析器包括放大电路、滤波电路、检波电路和计算机， 滤波器连接于放大电路输出端，滤波电路的输出端接检波电路的输入端， 检波电路的输出端连接计算机。这是可以通过计算机进行分析处理的一种 信号处理分析器。所述横向扫描样品检测模块包括检测光准直器、会聚器和样品固定调 节台，检测光束顺序通过测光准直器、会聚器到达样品。这是横向扫描样 品检测模块的一种结构。本发明由于利用光学干涉的原理，使翡翠内部背向的光学散射信号与 参考光发生干涉，探测干涉信号来检测翡翠内部光学散射特性，因此可以 显示翡翠透明度的分布变化规律，且不受翡翠样品厚度和是否镶嵌限制。
图1为实施例中的翡翠透明度检测装置的原理示意图； 图2为实施例中翡翠制品透光度检测流程示意图；图3为图2中翡翠透光度分级判据表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。原理说明在本实施例中，利用光学弱相干原理测量待测翡翠的内部光散射强度 的二维深度变化，实现对翡翠透明度特性的直观成像，并通过图像数据处 理得到平均散射光强和散射光强的直方分布综合对翡翠样品进行透光度分 级。如图1所示，翡翠透明度检测装置主要包括光源组件l、分光器2、纵向扫描光程模块3、光电探测器4、信号处理分析器5、横向扫描样品检 测模块6，其中，光源组件1与分光器2输入端之间、分光器2两个输出 端与纵向扫描光程模块3和横向扫描样品检测模块6之间、分光器2的干 涉光输出端与光电探测器3之间均采用光学连接，光电探测器4输出端电 连接信号处理分析器5。光源组件1为时间相干性低的近红外光源，其相干长度为5微米到20 微米之间。如超辐射发光二极管光源。分光器2采用50% : 50%光纤耦合器。纵向扫描光程模块3中将镀金反射镜固定在可往复移动的扫描装置 上，产生的光程变化可通过电动平移台驱动，也可以通过压电陶瓷器件控 制，反射镜的可往复移动频率可为几赫兹到几百赫兹。光电探测器4选用带前置放大器的InGaAs光电二极管，也可以采用 雪崩二极管或CCD器件等。信号处理分析器5包括放大电路、滤波电路和检波电路和计算机，滤 波器连接于放大电路输出端，滤波电路的输出端接检波电路的输入端，检 波电路的输出端连接计算机。放大电路可选用Burr-Brown公司的0P27运 算放大器实现，滤波电路选用江苏联能电子技术有限公司YE3790A型带通 滤波器。检波电路选用电压比较器组成。横向扫描样品检测模块包括检测光准直器、会聚器和样品固定调节 台，检测光束顺序通过测光准直器、会聚器到达样品。。准直器选用上海联 谊公司的空间调节台和北京大恒公司的准直物镜，会聚器选用直径25-40 毫米焦长20-80毫米的K9玻璃透镜，样品固定调节台可选用光学二维调节 架或其他具有两维调节功能的机械部件。a.将近红外光源发出的光通过分光器件分为检测光束和参考光束， 分别进入固定有待测翡翠的横向扫描样品检测模块和产生光程变化且可反
射光的纵向扫描光程模块；b. 调节横向扫描样品检测模块中样品在固定台上的位置，当纵向扫 描光程模块中的反射镜位移时，产生光程变化并调制，从翡翠内部不同深 度处的散射光和来自反射镜的反射光返回到分光器处叠加发生干涉，产生 干涉光信号；c. 确定待测翡翠表面的检测部位，所述干涉光信号从分光器射出后 由光电探测器接收，并转换成干涉电信号，并将电信号传输至信号处理分 析器；d. 信号处理分析器接收所述的干涉电信号，经放大、处理，可以得 到翡翠深度方向的一维散射光强信号，横向扫描样品检测模块完成对待测 翡翠表面的线扫描后可以得到直观的二维内部光学层析图像，此时可直观 判别翡翠样品的透光度(这对应于附图2中的定性评估)。e. 根据翡翠样品的二维层析图像进行透光度分级的可通过如下步骤 实现如图2，图3el、根据二维层析数据计算翡翠样品被测部位切面上各象素的散射光 强值；具体做法是将采集到的每个像素点数据经过傅立叶变换算法后转化 为一系列频率上的数据组，然后根据信号处理电路设定的多普勒频移提取 部分数据累加得到该像素点位置上的干涉电信号包络强度，对上述处理后 的二维数据进行归一即得到各像素点的散射光强分布；e2、计算翡翠样品的平均散射光强系数R，根据系数R的大小得到分 级参数Pl;具体做法是根据光进入散射介质后根据平均散射光强系数沿指 数衰减的原理，对el中得到的二维数组中表征纵向检测的每一列数据进行 指数拟合，拟合后的指数衰减参数即为该一列数据的散射光强系数，最后 将二维数组中各列系数进行累加平均即得到翡翠样品的平均散射光强系数 R，通过对透光度分级明确的标准翡翠样品进行实验，可得到R与分级参数 Pl之间的对应关系；e3、绘制散射光强数值在0.001-1区间的直方分布，得到0.01区间 分布象素比例系数N1，和1区间分布像素比例系数N2，根据系数N1和系 数N2的大小得到分级参数P2、 P3，具体做法是用统计方法分别计算散射
光强数值在0. 001到0. 01区间的像素点占总像素点的比例，将比例系数乘 以10000得到Nl，同理计算0. 1到1区间的像素点占总像素点的比例后乘 以1000得到N2，通过对透光度分级明确的标准翡翠样品进行实验，可得 到N1、N2与分级参数P2、P3之间的对应关系，也可以散射光强值直接作图， 进行直观判断(即附图2中的定性评估)；e4、根据翡翠样品的分级参数Pl、 P2、 P3参数，利用公式 P=0.5P1+0.25(P2+P3),计算分级参数P对翡翠透光度进行分级。本实施例中将翡翠定量分为5个级别，在实施中，也可以有不同的分 级标准；根据定量计算中参数的选择不一样，计算公式也可以作出相适应 的变化。与现有技术相比，实施例中的检测方法和装置具有下列优点1、 由于激光准直的方向性好，探测光束细，检测信噪比高达100dB， 因此本技术对待测翡翠透明度的检测准确度高，不受翡翠内部透光度非均 匀限制。2、 本检测根据翡翠内部背向的光学散射信号判别翡翠的透光特性， 对翡翠样品厚度和是否镶嵌无限制。3、 本检测可根据不同样品表面调节横向扫描区域，最终根据散射光 强深度分布的相对变化进行透明度分级，对样品表面平整度要求不高4、 本发明检测装置的各种器件都相当成熟、价格低廉、性能稳定， 所以装置成本低、易获取，易生产，易使用，可实现便携式检测。5、 本发明技术采用近红外、低功率光源，是一种非接触、无损伤、 高分辨率和快速的方法。以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说 明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术 领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若 干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
权利要求
1、翡翠透光度检测方法，包括以下步骤a.将光源发出的光通过分光器件分为检测光束和参考光束，分别进 入固定有待测翡翠的横向扫描样品检测模块和产生光程变化且可反射光的纵向扫描光程模块；b. 调节横向扫描样品检测模块中样品在固定台上的位置，使得经纵 向扫描光程模块的反射光及横向扫描样品检测模块从待测翡翠处的反射光 发生干涉；c. 确定待测翡翠表面的检测部位，采集横向扫描过程中得到的纵向 扫描干涉信号，将其转化为相对应的电信号，并将电信号传输至信号处理 分析器；d. 得到待测翡翠检测部位二维内部结构光学层析图像和平均散射光 强随入射深度的变化数据，直观判别翡翠样品的透光度。
2、 根据权利要求1所述的翡翠透光度检测方法，其特征在于，所述 的翡翠透明度检测方法还包括步骤e.根据光学层析图像数据分析翡翠样 品的散射光强平均值和光强在不同取值区间的直方分布，综合对翡翠样品 透光度进行分级。
3、 根据权利要求2所述的翡翠透光度检测方法，其特征在于，所述 的步骤e包括el、根据二维层析数据计算翡翠样品被测部位切面上各象素的散射光 强值；e2、计算翡翠样品的平均散射光强系数R，根据系数R的大小得到分 级参数P1;e3、绘制散射光强数值在0.001-1区间的直方分布，得到0.01区间 分布象素比例系数N1，和1区间分布像素比例系数N2，根据系数N1和系 数N2的大小得到分级参数P2、 P3;e4、根据翡翠样品的分级参数Pl、 P2、 P3参数计算分级参数P对翡 翠透光度进行分级。
4、 根据权利要求1所述的翡翠透光度检测方法，其特征在于所述的步骤A中光源为时间相干性低的近红外宽谱光源，其相干长度为5微米 到20微米之间。
5、 翡翠透光度检测装置，包括光源组件，其特征在于，还包括分 光器、光电探测器、信号处理分析器、纵向扫描光程模块以及横向扫描样 品检测模块，其中，光源组件与分光器输入端之间、分光器两个输出端与 纵向扫描光程模块和横向扫描样品检测模块之间、分光器的干涉光输出端 与光电探测器之间均采用光学连接，光电探测器输出端电连接信号处理分 析器。
6、 根据权利要求5所述的翡翠透光度检测装置，其特征在于本发明所述的翡翠透明度检测所述的光源组件为超辐射发光二极管光源。
7、 根据权利要求5所述的翡翠透光度检测装置，其特征在于所述的纵向扫描光程模块包括镀金反射镜和线性移动平台，镀金反射镜装在线 性移动平台。
8、 根据权利要求5所述的翡翠透光度检测装置，其特征在于所述的扫描光程模块包括光纤和压电陶瓷柱体，光纤绕在压电陶瓷柱体上。
9、 根据权利要求5所述的翡翠透光度检测装置，其特征在于所述信号处理分析器包括放大电路、滤波电路、检波电路和计算机，滤波器连 接于放大电路输出端，滤波电路的输出端接检波电路的输入端，检波电路 的输出端连接计算机。
10、 根据权利要求5所述的翡翠透光度检测装置，其特征在于所述横向扫描样品检测模块包括检测光准直器、会聚器和样品固定调节台，检 测光束顺序通过测光准直器、会聚器到达样品。
全文摘要
本发明公开了翡翠透光度检测方法及其装置，涉及翡翠质量检测技术领域。所述装置包括光源组件、分光器、光电探测器、信号处理分析器、纵向扫描光程模块以及横向扫描样品检测模块。光源组件发出的光分为检测光束和参考光束后，分别进入横向扫描样品检测模块和纵向扫描光程模块；经纵向扫描光程模块的反射光及横向扫描样品检测模块的反射光发生干涉；采集干涉信号，将其转化为相对应的电信号，并将电信号传输至信号处理分析器；得到待测翡翠检测部位二维内部结构光学层析图像和平均散射光强随入射深度的变化数据，直观判别翡翠样品的透光度。本发明可以显示翡翠透明度的分布变化规律，且不受翡翠样品厚度和是否镶嵌限制。
文档编号G01N21/59GK101122568SQ20071007552
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月3日 优先权日2007年8月3日
发明者何永红, 楠 曾, 辉 马 申请人:清华大学深圳研究生院