專利名稱：翡翠透光度檢測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及翡翠質量檢測技術領域，更具體地說涉及翡翠透光度檢測方法及其裝置。
背景技術：
透明度是評價翡翠商品價值的重要依據，翡翠透光度的分級一直是珠寶檢測領域內一個亟待解決的問題。長期以來對透明度的評價 多為直觀描述，如玻璃底、冰底、蛋清底、糯米底、豆底等等直觀但不嚴 謹，相互間沒有區(qū)分界限，人為因素大，不是科學的分級。現有的檢測方 法中有以下分級方法，如依據觀察字跡的清晰度將翡翠透明度分為5級； 依據陽光透過率也將翡翠透明度分為5級。這些分級直觀地描述了翡翠透 明度的變化，但沒有與之相適應的科學測量方法。
在定量描述方面，有人提出了光度計法和光柱法兩種測量單位厚度白 光透過率的方案。這兩種定量描述測量方法由于通過測量白光透過率的方 法檢測，因此無法對鑲嵌的樣品進行檢測；對于厚度不同，透明度相同的翡翠也會出現不同的檢測結果，能對厚度差別大的不同翡翠同時進行準確的測量判斷；對于具有非均勻透明度的翡翠樣品，由于無論其內部哪個地 方透明度不好，最終都只能整體上顯示出不好的透光特性，而不能顯示透 明度的分布變化規(guī)律；并且，不同顏色的翡翠對白光的吸收不同，會對光 透過率的檢測帶來誤差。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題之一是提供一種可以顯示翡翠 透明度的分布變化規(guī)律，且不受翡翠樣品厚度和是否鑲嵌限制的翡翠透光 度檢測方法。
本發(fā)明所述的翡翠透明度檢測方法包括以下步驟 a.將光源發(fā)出的光通過分光器件分為檢測光束和參考光束，分別進 入固定有待測翡翠的橫向掃描樣品檢測模塊和產生光程變化且可反射光的 縱向掃描光程模塊；b. 調節(jié)橫向掃描樣品檢測模塊中樣品在固定臺上的位置，使得經縱 向掃描光程模塊的反射光及橫向掃描樣品檢測模塊從待測翡翠處的反射光發(fā)生干涉；c. 確定待測翡翠表面的檢測部位，采集橫向掃描過程中得到的縱向 掃描干涉信號，將其轉化為相對應的電信號，并將電信號傳輸至信號處理 分析器；d. 得到待測翡翠檢測部位二維內部結構光學層析圖像和平均散射光 強隨入射深度的變化數據，直觀判別翡翠樣品的透光度。所述的翡翠透明度檢測方法還包括步驟e.根據光學層析圖像數據 分析翡翠樣品的散射光強平均值和光強在不同取值區(qū)間的直方分布，綜合 對翡翠樣品透光度進行分級。這是進一步對檢測結果進行定量分析，從而 得到更為精確的分析結果。所述的步驟e包括el、根據二維層析數據計算翡翠樣品被測部位切面上各象素的散射光 強值；e2、計算翡翠樣品的平均散射光強系數R，根據系數R的大小得到分 級參數P1;e3、繪制散射光強數值在0. 001-1區(qū)間的直方分布，得到O.Ol區(qū)間 分布象素比例系數N1，和1區(qū)間分布像素比例系數N2，根據系數N1和系 數N2的大小得到分級參數P2、 P3;e4、根據翡翠樣品的分級參數Pl、 P2、 P3參數計算分級參數P對翡 翠透光度進行分級。這是定量分析的一種具體方法。所述的步驟A中光源為時間相干性低的近紅外寬譜光源，其相干長度 為5微米到20微米之間。不同顏色的翡翠對這個范圍內的激光光源吸收差 別不大，不會對檢測結果帶來誤差。本發(fā)明所要解決的技術問題之二是提供一種可以顯示翡翠透明度的 分布變化規(guī)律，且不受翡翠樣品厚度和是否鑲嵌限制的翡翠透光度檢測裝 置。本發(fā)明所述的翡翠透明度檢測裝置包括光源組件，其特征在于，還包括分光器、光電探測器、信號處理分析器、縱向掃描光程模塊以及橫向 掃描樣品檢測模塊，其中，光源組件與分光器輸入端之間、分光器兩個輸 出端與縱向掃描光程模塊和橫向掃描樣品檢測模塊之間、分光器的干涉光 輸出端與光電探測器之間均采用光學連接，光電探測器輸出端電連接信號 處理分析器。所述的光源組件為超輻射發(fā)光二極管光源。這是優(yōu)選的一種光源。所述的縱向掃描光程模塊包括鍍金反射鏡和線性移動平臺，鍍金反射 鏡裝在線性移動平臺。這是縱向掃描光程模塊的一種結構。所述的掃描光程模塊包括光纖和壓電陶瓷柱體，光纖繞在壓電陶瓷柱 體上。這是縱向掃描光程模塊的另一種結構。所述信號處理分析器包括放大電路、濾波電路、檢波電路和計算機， 濾波器連接于放大電路輸出端，濾波電路的輸出端接檢波電路的輸入端， 檢波電路的輸出端連接計算機。這是可以通過計算機進行分析處理的一種 信號處理分析器。所述橫向掃描樣品檢測模塊包括檢測光準直器、會聚器和樣品固定調 節(jié)臺，檢測光束順序通過測光準直器、會聚器到達樣品。這是橫向掃描樣 品檢測模塊的一種結構。本發(fā)明由于利用光學干涉的原理，使翡翠內部背向的光學散射信號與 參考光發(fā)生干涉，探測干涉信號來檢測翡翠內部光學散射特性，因此可以 顯示翡翠透明度的分布變化規(guī)律，且不受翡翠樣品厚度和是否鑲嵌限制。
圖1為實施例中的翡翠透明度檢測裝置的原理示意圖； 圖2為實施例中翡翠制品透光度檢測流程示意圖；圖3為圖2中翡翠透光度分級判據表。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。原理說明在本實施例中，利用光學弱相干原理測量待測翡翠的內部光散射強度 的二維深度變化，實現對翡翠透明度特性的直觀成像，并通過圖像數據處 理得到平均散射光強和散射光強的直方分布綜合對翡翠樣品進行透光度分 級。如圖1所示，翡翠透明度檢測裝置主要包括光源組件l、分光器2、縱向掃描光程模塊3、光電探測器4、信號處理分析器5、橫向掃描樣品檢 測模塊6，其中，光源組件1與分光器2輸入端之間、分光器2兩個輸出 端與縱向掃描光程模塊3和橫向掃描樣品檢測模塊6之間、分光器2的干 涉光輸出端與光電探測器3之間均采用光學連接，光電探測器4輸出端電 連接信號處理分析器5。光源組件1為時間相干性低的近紅外光源，其相干長度為5微米到20 微米之間。如超輻射發(fā)光二極管光源。分光器2采用50% : 50%光纖耦合器。縱向掃描光程模塊3中將鍍金反射鏡固定在可往復移動的掃描裝置 上，產生的光程變化可通過電動平移臺驅動，也可以通過壓電陶瓷器件控 制，反射鏡的可往復移動頻率可為幾赫茲到幾百赫茲。光電探測器4選用帶前置放大器的InGaAs光電二極管，也可以采用 雪崩二極管或CCD器件等。信號處理分析器5包括放大電路、濾波電路和檢波電路和計算機，濾 波器連接于放大電路輸出端，濾波電路的輸出端接檢波電路的輸入端，檢 波電路的輸出端連接計算機。放大電路可選用Burr-Brown公司的0P27運 算放大器實現，濾波電路選用江蘇聯能電子技術有限公司YE3790A型帶通 濾波器。檢波電路選用電壓比較器組成。橫向掃描樣品檢測模塊包括檢測光準直器、會聚器和樣品固定調節(jié) 臺，檢測光束順序通過測光準直器、會聚器到達樣品。。準直器選用上海聯 誼公司的空間調節(jié)臺和北京大恒公司的準直物鏡，會聚器選用直徑25-40 毫米焦長20-80毫米的K9玻璃透鏡，樣品固定調節(jié)臺可選用光學二維調節(jié) 架或其他具有兩維調節(jié)功能的機械部件。a.將近紅外光源發(fā)出的光通過分光器件分為檢測光束和參考光束， 分別進入固定有待測翡翠的橫向掃描樣品檢測模塊和產生光程變化且可反
射光的縱向掃描光程模塊；b. 調節(jié)橫向掃描樣品檢測模塊中樣品在固定臺上的位置，當縱向掃 描光程模塊中的反射鏡位移時，產生光程變化并調制，從翡翠內部不同深 度處的散射光和來自反射鏡的反射光返回到分光器處疊加發(fā)生干涉，產生 干涉光信號；c. 確定待測翡翠表面的檢測部位，所述干涉光信號從分光器射出后 由光電探測器接收，并轉換成干涉電信號，并將電信號傳輸至信號處理分 析器；d. 信號處理分析器接收所述的干涉電信號，經放大、處理，可以得 到翡翠深度方向的一維散射光強信號，橫向掃描樣品檢測模塊完成對待測 翡翠表面的線掃描后可以得到直觀的二維內部光學層析圖像，此時可直觀 判別翡翠樣品的透光度(這對應于附圖2中的定性評估)。e. 根據翡翠樣品的二維層析圖像進行透光度分級的可通過如下步驟 實現如圖2，圖3el、根據二維層析數據計算翡翠樣品被測部位切面上各象素的散射光 強值；具體做法是將采集到的每個像素點數據經過傅立葉變換算法后轉化 為一系列頻率上的數據組，然后根據信號處理電路設定的多普勒頻移提取 部分數據累加得到該像素點位置上的干涉電信號包絡強度，對上述處理后 的二維數據進行歸一即得到各像素點的散射光強分布；e2、計算翡翠樣品的平均散射光強系數R，根據系數R的大小得到分 級參數Pl;具體做法是根據光進入散射介質后根據平均散射光強系數沿指 數衰減的原理，對el中得到的二維數組中表征縱向檢測的每一列數據進行 指數擬合，擬合后的指數衰減參數即為該一列數據的散射光強系數，最后 將二維數組中各列系數進行累加平均即得到翡翠樣品的平均散射光強系數 R，通過對透光度分級明確的標準翡翠樣品進行實驗，可得到R與分級參數 Pl之間的對應關系；e3、繪制散射光強數值在0.001-1區(qū)間的直方分布，得到0.01區(qū)間 分布象素比例系數N1，和1區(qū)間分布像素比例系數N2，根據系數N1和系 數N2的大小得到分級參數P2、 P3，具體做法是用統計方法分別計算散射
光強數值在0. 001到0. 01區(qū)間的像素點占總像素點的比例，將比例系數乘 以10000得到Nl，同理計算0. 1到1區(qū)間的像素點占總像素點的比例后乘 以1000得到N2，通過對透光度分級明確的標準翡翠樣品進行實驗，可得 到N1、N2與分級參數P2、P3之間的對應關系，也可以散射光強值直接作圖， 進行直觀判斷(即附圖2中的定性評估)；e4、根據翡翠樣品的分級參數Pl、 P2、 P3參數，利用公式 P=0.5P1+0.25(P2+P3),計算分級參數P對翡翠透光度進行分級。本實施例中將翡翠定量分為5個級別，在實施中，也可以有不同的分 級標準；根據定量計算中參數的選擇不一樣，計算公式也可以作出相適應 的變化。與現有技術相比，實施例中的檢測方法和裝置具有下列優(yōu)點1、 由于激光準直的方向性好，探測光束細，檢測信噪比高達100dB， 因此本技術對待測翡翠透明度的檢測準確度高，不受翡翠內部透光度非均 勻限制。2、 本檢測根據翡翠內部背向的光學散射信號判別翡翠的透光特性， 對翡翠樣品厚度和是否鑲嵌無限制。3、 本檢測可根據不同樣品表面調節(jié)橫向掃描區(qū)域，最終根據散射光 強深度分布的相對變化進行透明度分級，對樣品表面平整度要求不高4、 本發(fā)明檢測裝置的各種器件都相當成熟、價格低廉、性能穩(wěn)定， 所以裝置成本低、易獲取，易生產，易使用，可實現便攜式檢測。5、 本發(fā)明技術采用近紅外、低功率光源，是一種非接觸、無損傷、 高分辨率和快速的方法。以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若 干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1、翡翠透光度檢測方法，包括以下步驟a.將光源發(fā)出的光通過分光器件分為檢測光束和參考光束，分別進 入固定有待測翡翠的橫向掃描樣品檢測模塊和產生光程變化且可反射光的縱向掃描光程模塊；b. 調節(jié)橫向掃描樣品檢測模塊中樣品在固定臺上的位置，使得經縱 向掃描光程模塊的反射光及橫向掃描樣品檢測模塊從待測翡翠處的反射光 發(fā)生干涉；c. 確定待測翡翠表面的檢測部位，采集橫向掃描過程中得到的縱向 掃描干涉信號，將其轉化為相對應的電信號，并將電信號傳輸至信號處理 分析器；d. 得到待測翡翠檢測部位二維內部結構光學層析圖像和平均散射光 強隨入射深度的變化數據，直觀判別翡翠樣品的透光度。
2、 根據權利要求1所述的翡翠透光度檢測方法，其特征在于，所述 的翡翠透明度檢測方法還包括步驟e.根據光學層析圖像數據分析翡翠樣 品的散射光強平均值和光強在不同取值區(qū)間的直方分布，綜合對翡翠樣品 透光度進行分級。
3、 根據權利要求2所述的翡翠透光度檢測方法，其特征在于，所述 的步驟e包括el、根據二維層析數據計算翡翠樣品被測部位切面上各象素的散射光 強值；e2、計算翡翠樣品的平均散射光強系數R，根據系數R的大小得到分 級參數P1;e3、繪制散射光強數值在0.001-1區(qū)間的直方分布，得到0.01區(qū)間 分布象素比例系數N1，和1區(qū)間分布像素比例系數N2，根據系數N1和系 數N2的大小得到分級參數P2、 P3;e4、根據翡翠樣品的分級參數Pl、 P2、 P3參數計算分級參數P對翡 翠透光度進行分級。
4、 根據權利要求1所述的翡翠透光度檢測方法，其特征在于所述的步驟A中光源為時間相干性低的近紅外寬譜光源，其相干長度為5微米 到20微米之間。
5、 翡翠透光度檢測裝置，包括光源組件，其特征在于，還包括分 光器、光電探測器、信號處理分析器、縱向掃描光程模塊以及橫向掃描樣 品檢測模塊，其中，光源組件與分光器輸入端之間、分光器兩個輸出端與 縱向掃描光程模塊和橫向掃描樣品檢測模塊之間、分光器的干涉光輸出端 與光電探測器之間均采用光學連接，光電探測器輸出端電連接信號處理分 析器。
6、 根據權利要求5所述的翡翠透光度檢測裝置，其特征在于本發(fā)明所述的翡翠透明度檢測所述的光源組件為超輻射發(fā)光二極管光源。
7、 根據權利要求5所述的翡翠透光度檢測裝置，其特征在于所述的縱向掃描光程模塊包括鍍金反射鏡和線性移動平臺，鍍金反射鏡裝在線 性移動平臺。
8、 根據權利要求5所述的翡翠透光度檢測裝置，其特征在于所述的掃描光程模塊包括光纖和壓電陶瓷柱體，光纖繞在壓電陶瓷柱體上。
9、 根據權利要求5所述的翡翠透光度檢測裝置，其特征在于所述信號處理分析器包括放大電路、濾波電路、檢波電路和計算機，濾波器連 接于放大電路輸出端，濾波電路的輸出端接檢波電路的輸入端，檢波電路 的輸出端連接計算機。
10、 根據權利要求5所述的翡翠透光度檢測裝置，其特征在于所述橫向掃描樣品檢測模塊包括檢測光準直器、會聚器和樣品固定調節(jié)臺，檢 測光束順序通過測光準直器、會聚器到達樣品。
全文摘要
本發(fā)明公開了翡翠透光度檢測方法及其裝置，涉及翡翠質量檢測技術領域。所述裝置包括光源組件、分光器、光電探測器、信號處理分析器、縱向掃描光程模塊以及橫向掃描樣品檢測模塊。光源組件發(fā)出的光分為檢測光束和參考光束后，分別進入橫向掃描樣品檢測模塊和縱向掃描光程模塊；經縱向掃描光程模塊的反射光及橫向掃描樣品檢測模塊的反射光發(fā)生干涉；采集干涉信號，將其轉化為相對應的電信號，并將電信號傳輸至信號處理分析器；得到待測翡翠檢測部位二維內部結構光學層析圖像和平均散射光強隨入射深度的變化數據，直觀判別翡翠樣品的透光度。本發(fā)明可以顯示翡翠透明度的分布變化規(guī)律，且不受翡翠樣品厚度和是否鑲嵌限制。
文檔編號G01N21/59GK101122568SQ20071007552
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月3日 優(yōu)先權日2007年8月3日
發(fā)明者何永紅, 楠 曾, 輝 馬 申請人:清華大學深圳研究生院
專業(yè)數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
