专利名称：单片机控制的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检测仪器，特别涉及一种采用大规模集成电路的单片机控制宝石检测鉴别仪器。
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，通常采用传统的二次检测法或现有技术的两功能宝石检测鉴别仪器。传统的办法是先用热导仪来区分仿钻石和钻石，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，即所谓的二次检测法；当然也可以选用现有技术的两功能宝石检测鉴别仪，做到一次检测。正是由于电路设计原因，这些办法的效果往往还不能令使用者完全满意。实践证明，这两种方法存在步骤多、费时费力、抗干扰性差，可靠性较低的缺陷。
以上称电导仪是指合成碳硅石检测仪，专利号01264391.2。
以上称现有技术的两功能宝石检测仪，专利号03236264.1。
发明内容
本实用新型的主要目的在于克服、改进现有两功能宝石检测鉴别技术存在的抗干扰性差，可靠性底，不能探测到金属物的不足与缺陷；而提供一种由单片机控制全数字化电路的宝石检测鉴别仪器，所要解决的主要技术问题是设计成功以单片机为仪器控制核心的基本结构、通过单片机的运算、控制、输出组成一台智能化的宝石检测鉴别仪器。它除了同样具备现有仪器的所有优点外、还增加了金属物提示功能、外接电源接口，使操作者更为方便、简捷、整机重量轻、易携带。
本实用新型单片机控制的宝石检测鉴别仪器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、电导率差异和金属导电性的基础上。利用它们间存在的不同热导率与电导率、通过传感器探针获取的信号经单片机运算、控制、输出指令显示检测结果。
三类宝石的热导率、电导率数值参考表一表一
本实用新型单片机控制的宝石检测鉴别仪的电路设计时、首先考虑利用了仿钻石与钻石、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时产生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只能是显示仿钻石的红色发光管点亮几盏或什么反映也没有。如果已达到或超过设定值便有信号送到单片机的输入接口，经运算、电路自动转入电导率检测；电导率低者单片机输出钻石指令显示器的二盏绿色LED点亮、并伴有蜂鸣器嘀叫声提示被测宝石为钻石；电导率高者单片机输出合成碳硅石指令、显示器的二盏兰色LED点亮且无声音提示被测宝石为合成碳硅石。如检测到导电的金属物则单电片输出金属指令，显示器的一盏黄色LED灯点亮并伴有蜂鸣器发出的高频率呜叫声，提示探测到首饰周围的金属物，提醒操作者动作有误应重测一次。
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单片机控制的宝石检测鉴别仪。由传感器采样电路、放大电路、比较电路、单片机运算电路、DC-DC升压变换电路显示器及电源部分组成。其中所述的传感器采样电路与放大电路连接；所述的放大电路与比较电路连接；所述的比较电路与单片机电路连接；所述的单片机电路与DC-DC变换电路连接；所述的DC-DC变换电路升压后经电导检测回路与单片机连接；最后经单片机运算、控制输出指令与显示器连接；显示器则以不同光、声、信号显示检测结果。
本实用新型所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其中所述的传感器是由金属膜电阻加热提供恒温的二副热电偶组成，电阻产生热源即是它们的共同热端，它们的冷端通过电阻分别与放大器的正反输入端连接组成差分放大器。
本实用新型所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其特征在于其中所述的二副热电偶的导体均是由直径Φ0.7mm铜丝与直径Φ0.13mm康铜丝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探针，二副热电偶的电导结分布在加热电阻的两側。
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。
本实用新型所述的比较器是由二片集成芯片组成的电压比较器。
本实用新型所述的单片机是8位微控制器；本实用新型所述的DC-DC变换器是开关型DC-DC电源变换器。
本实用新型所述的显示器是LED发光条与蜂鸣器。
本实用新型采用导电板、人体、被测宝石、传感器的铜质探针组成电回路的方法获取电导信号(参见图4)本实用新型所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其特征在于其中所述的单片机的设计程序对热导、电导、金属信号及关机程序进行控制与运算；并输出相应指令驱动显示器及电子开关。
本实用新型采用大规模集成路的单片机控制与运算其可靠性、抗干扰性、节电性、可操作性方面明显优于现有技术所具备的特性，可称得上智能化的仪器，是单片机技术在宝石检测鉴定应用领域的先行者。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型单片机控制宝石检测鉴别仪的电路方框图；图2是本实用新型单片机控制检测鉴别仪的电路原理图；
图3是传感的结构与连接图；图4是电导回路信号检测方法示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，图1是本实用新型单片机控制宝石检测鉴别仪的电路方框图。包括传感器采样电路1；放大电路2；比较电路3；单片机运算电路4；DC-DC变换电路5；显示器6；及电源部分组成。
上述传感器采样电路是由加热电阻与二副热电偶组成。其热端通过探针与宝石接触；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是一片高精度微功耗单运放芯片例如TL1007接成差分放大电路把从传感器获取的微弱电平信号放大后送给比较电路。
上述比较电路是由二片低电压微功耗四运放芯片组成。例如TLV2324接成不同阈值的电平与上述放大器送来的信号进行比较；其中U6B用于热导电平比较；U6A用于金属比较；U6C、U6D、U7B、U7C、U7D分别用于不同热导率的仿钻石电平比较。
上述单片机是一片8位微处理器芯片。例如AT89C2051对热导、电导、金属信号进行运算后输出相应的指令信号。
上述DC-DC变换电路5是开关型芯片例如TL1316对单片机送来的指令与外接升压变压器配合产生350V左右的高电压供电导回路检测用。
上述显示器采用由12只不同颜色发光二极管组成的发光条。例如TOA-L4127LEGYE5BZG-2-9B和一只DHT-15型压电陶瓷蜂鸣片。
请参阅图2所示，图2是本实用新型单片机控制的宝石检测鉴别仪的电路原理图，下面更具体说明本实用新型的构造与检测工作过程。
传感器1(见图3)是由加热电阻31与二副热电偶33组成，该加热电阻31是一只1/16W的22Ω金属膜电阻，由恒压供电加热、加热温度在45℃左右。二副热电偶33都是用直径为0.13mm的二根漆包康铜丝331与直径Φ0.7mm铜丝332，两种热电极材料制成，该直径Φ0.7mm铜丝332还兼作电导检测探针32；先把加热电阻31捆绑在探针32上；二副热电偶33的热端分别焊接在加热电阻31的左、右两侧；探针32接地。该传感器1有二个作用，其一是热导信号获取；其二是通过探针32、宝石100、人体200、导电板300形成的电回路获取被测宝石的电导信号。获取的热导信号通过电阻R2、R4连接到差分放大器U1；电导信号则通过R33连接到与非门U2B上。
首先说明仿钻石与钻石的鉴别原理，从上述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，U6B的5脚电平值即是该阈值，对地电位为2.03V。
请参考图4，检测时传感器探针与被测宝石接触；有以下四种情况出现1、如果被测宝石100是热导率极低的宝石，例如，玻璃、塑胶、锆石(CZ)等物质，探针32热端的温度不变或变化很�。鹊缗疾钌虏畹缌魃跷ⅲü缱鑂2、R4送到差动放大器U1的2脚与3脚虽经U1放大送到比较器，但其电平值远小于U6、U7所设定的阈值、比较器U6B的7脚无信号输出、单片机400也无任何指令输出；仪器电路的状态不变，显示器不会出现声、光提示。
2、如果被测宝石100的热导率不是极低的宝石、例如黄玉、水晶等物质；U16脚的输出电平有可能高于U6C、U6D、U7C、U7D、U7B所设定的阈值电平。但仍小平U6B的5脚电平，则连接这些输出端的LD4、LD5、LD6、LD7、LD8的红发光管会点亮几盏，提示被测宝石100是不同热导率的仿钻石，但不能确定是何种宝石。
3、如果被测宝石100是热导率很高的宝石时，则探针32热端的温度会迅速传导给宝石100，热电偶产生较大的温差电流，其电平信号通过电阻R2、R4送到差动放大器U1的2脚与3脚经U1放大后送到比较器U6B的6脚；此时，它的电平大于U6B5脚的阈值电平2.03V；U6B的7脚即输出低电平信号给单片机U5的3脚，经运算在U5的14脚输出低电平给U2C的9.10脚，反相后8脚输出高电平给U3的7脚；经U3与升压变压器变换输出DC350V左右电压作为电导检测的高压源；U5的14脚低电平同时也触发Q2使其导通、继电器RL1的3-4接点通、RL2的5-6接点通，高电压通过导电板300、人体200、被测宝石100、传感器铜质探针32形成的电回路(见图4)。此时，如果被测宝石100是低电导率的钻石则U2B的6脚输出高电平、经单片机U5的运算在U5的15脚输出高电平，经U4B的4、5脚，反相后U4B的6脚输出低电平、显示器发光条的LED二盏绿灯点亮，同时U5的19脚也输出低电平经U4A的1、2脚，反相后U4A的3脚输出高电平，使蜂鸣器同步发出呜叫声、仪器以声光同时提示被测宝石是钻石。如果被测宝石是高电导率的合成碳硅石(莫桑石)则U2B的6脚输出低电平信号经单片机U5运算后在U5的16脚输出高电平，经U4C的9.10脚、反相后U4C的8脚输出低电平、驱动显示器发光条的LED二盏兰灯点亮；U5的19脚不输出指令，无声音发生提示被测宝石是合成碳硅石。
4、如果探针触及到导电的金属物500则U6A的2脚电位下拉、单片机U5的17脚输出金属指令，显示器发光条的LED一盏黄灯点亮，同时U5的19脚出输出高电平使蜂鸣器同步发出的高频率鸣叫声，提示探针触及到首饰周围的金属物，提醒操作者动作有误，应重测一次。
单片机还设计了6分钟自动关闭电源的功能，当使用者连续6分钟不工作时，U5的18脚会输出低电平信号经R44触发Q6、Q5关闭电源；U5的19脚也同时输出脉冲信号使蜂鸣器间歇鸣叫提醒使用者及时关闭电源开关。
此外，选用的LT1316开关型的DC-DC电源变换器是一片转换率达90％的高效微功耗芯片，并具有低电压电池检测功能；当电源供电电压低于3.2V时，显示器发光条的低压指示报警红灯点亮，提示使用者应及时更换电池以确保检测准确。
至此，仪器完成了整个检测过程，为了更清楚说明问题，再用图解法予以表示 上面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、传感器结构特征及所选用的重要电子元器件的型号、规格及先进性等，它是一种智能化的仪器。
权利要求1.一种由单片机控制的宝石检测鉴别仪器，包括有传感器采样电路、放大电路、比较电路、单片机控制电路、DC-DC变换电路、显示器及向各部分供电的电源部分；其特征在于所述的传感器采样电路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；说述的比较电路与所述的单片机电路的连接；所述的单片机电路与所述的DC-DC变换电路连接也与显示器连接；所述的DC-DC变换电路通过电导回路又与所述的单片机连接。
2.根据权利要求1所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其特征在于其中所述的传感器是由金属膜电阻加热提供恒温的二副热电偶组成，电阻产生热源即是它们的共同热端，它们的冷端通过电阻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所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其特征在于其中所述的二副热电偶的导体均是由直径Φ0.7mm铜丝与直径Φ0.13mm康铜丝两种热电极材料制成，其中铜丝热电极是共用的还兼作电导检测探针，二副热电偶的电导结分布在加热电阻的两側。
4.根据权利要求2所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，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所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其特征在于其中所述的单片机的设计程序对热导、电导、金属信号及关机程序进行控制与运算；并输出相应指令驱动显示器及电子开关。
6.根据权利要求1所述的单片机控制的宝石检测鉴别仪器，其特征在于其中所述的导电板、人体、被测宝石传感器的铜质探针组成一获取电导信号的电回路。
专利摘要一种由单片机控制的宝石检测鉴别仪器，包括有传感器采样电路、放大电路、比较电路、单片机控制电路、DC－DC变换电路、显示器及向各部分供电的电源部分；所述的传感器采样电路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。说述的比较电路与所述的单片机电路的连接。所述的单片机电路与所述的DC－DC变换电路连接也与显示器连接。所述的DC－DC变换电路通过电导回路又与所述的单片机连接。检测者使用本实用新型电路宝石检测鉴别仪器、一次检测就可区分、确定仿钻石、天然钻石、合成钻石与金属物。
文档编号G01N27/18GK2679676SQ200420007929
公开日2005年2月16日 申请日期2004年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者许济苍 申请人:许济苍
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