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宝石测试仪电路


这个项目,一个 宝石测试仪电路 from 1999年,使用高电压来快速测试Gemstone的真实性。

它有效,因为钻石的电导率与假石和碳化硅(Moossanite)的诸如假石的电导率不同。对于肉眼而言,这些假石几乎无法区分,所以使用测试电路是有道理的。

一些更新的测试仪使用导热试验作为备用,可以将立方氧化锆与菱形区分,但这种类型的测试不能将菱形与碳化硅区分开,因为它们具有几乎相同的导热性。

警告:该电路的高压部分是危险的。如果您不确定使用此电路的安全程序,则不会构建它。注意从高伏发电机到探头尖端的20m欧姆电阻 - 这将输出电流降低到安全水平 - 在此之前的一切是致命的。再次 - 除非您知道您正在做什么,否则不要建立即,采取极端预防措施。密封,接地金属盒封闭所有高压元件。

宝石测试仪电路的执行摘要

已经了解到,Moissanite和其他合成石,包括合成的Moossanite和合成金刚石,与基于不同的电导率的天然钻石可区分。因此,本设计提供了一种用于基于其电导率确定宝石型的装置和方法。

特别地,包括作为电路路径一部分的被测造型的电子电路用于测量其电导率,因此是宝石型。确定宝石是Moissanite或合成金刚石的繁重任务涉及在Gem表面上提供高于击穿电压的高电压,通常大于300伏,并测量流过宝石的微量电流。

第一和第二接触耦合到被测造型的高电压,当触点在测量期间彼此错误地相互接触时,使用低阻抗检测电路来标记。采用采样技术来避免基于AC耦合噪声的假读数,并且使用孔或空腔的可选导电块用于在测试过程中保持松散的宝石。

宝石测试仪电路的背景

与任何其他宝石不同,钻石有一个诱惑。通过年龄段,他们被追捧为他们特征辉煌的品质,并成为珍宝的主题。对石头的需求如此高的需求,即使在今天,则正在进行相当大的研究以生产合成宝石。

Gemictones如立方体锆和碳化硅,也称为Moissanite,这变得越来越受欢迎,因为它们几乎无法与肉眼的真实钻石无法区分。因此,市场充斥着这些合成的外观 - 相似宝石。不幸的是,这些宝石中的一些显着降低了价值,以自然钻石销售到许多不知不觉的购买者的沮丧。为打击这些欺诈或错误的销售,已经建议若干技术来确定钻石的真实性。

一种技术涉及相对复杂的X射线测试,需要几个小时才能执行。不幸的是,相关的测试设备昂贵,大多数珠宝商都没有配备执行测试所需的仪器。另一种技术涉及通过刮擦或以其他方式损坏宝石的表面来测试宝石的硬度。

毋庸置疑,这种脱气宝石的方法是非常不可取的,因为它对创业板的价值产生了负面影响,今天可以获得无损检测方法。

替代的非破坏性测试方法包括测试宝石的光学透射率和热特性以确定它是真正的钻石。特别地,一种光学方法涉及通过被测的宝石传递光波,然后确定光源的波长被吸收。

通常,钻石反射某些波长的光,而碳化硅吸收某些波长的光。遗憾的是,基于该方法确定钻石的真实性不是故障安全性,因为一些钻石的透射率通过其切割和质量实现。

确定钻石真实性的另一种非破坏性方法涉及测试宝石的导热率。测试方法包括将已知质量的探针加热至预定水平并将探针触摸到被测造型中。探头中的热敏电阻用于检测探头温度的动态变化,因为宝石从探针吸收热能,从而降低其温度;即探针的温度根据被测初学者吸收的速率逐渐降低。

基于探针的温度变化率,确定了金刚石的导热率,因此,伪造的宝石是真正的钻石。热导率试验广泛用于区分立方氧化锆和金刚石,但碳化硅具有热导率,该导热率约为等于金刚石的导热率,使得这款宝石对测试不切实际。

电阻测量已用于区分宝石。特别地,一些热测试仪包括两个电极装置,用于检测热试验探针与金属的热敏测试探针相接触,这具有与天然钻石非常相似的导热率。

当实际上,当测量装置测量金属的导热率而不是钻石时,防止了操作者被错误地识别为钻石。偶尔,这种低阻抗检测电路在正确使用时,可以正面地表明被测的宝石是更具导电类的Moissanite的成员。

然而,测试人员在识别较少导电性的Moissanite Gems的平衡时不成功。

由于金刚石的值部分依赖于其重量,因此通过在未切割或部分切割的天然金刚石上沉积模拟金刚石材料,增加其尺寸和因此表观值并不罕见。这种组合,即真实和仿制的钻石,特别难以区分完全自然的钻石,因为在一些方面,仿制天然石具有天然钻石的品质,而在其他方面的仿制天然石材具有合成石的品质。

宝石测试仪电路摘要

大多数电表都无法区分宝石阻抗,因为阻抗通常远高于10兆欧姆。如果它们具有足够低的阻抗,则可以区分某些阶段的合成宝石,但这是罕见的。基于较低电压测量系统,Moissanite和天然钻石实际上是难以区分的,因为宝石型在这些较低的测量电压下都没有电力。

本设计提供了一种用于基于其电导率确定宝石型的装置和方法。特别地,包括作为电路路径一部分的被测造型的电子电路用于测量其电导率,因此是宝石型。

Moissanite和合成钻石基于不同的电导率的自然钻石可区分。当高电压大于击穿电压的高电压时,天然金刚石石材几乎是非导电的,而Moissanite和合成钻石略微导电,诱导诱导流动的小电流。

暴露于击穿电压高于击穿电压的电压的Moissanite或合成钻石的电阻率通常在1到2000兆欧 - 欧姆之间,这非常难以测量现有技术的测量装置。本设计通过在Gem表面上提供高电压,通常大于300伏,并测量流过宝石的微型电流来确定宝石是否是莫森坦或合成的繁重任务。

在接触下电极的第一和第二电极之间施加的高电压,包括高阻抗源,使得在测试的宝石接触的第一和第二电极之间引起电流以将GEM流过到诸如地面的返回参考电压。使用例如参考接地的高阻抗电阻来测量流过装置的电流量。

测量电阻器上的电压,指示流过宝石的电流,并与预定的阈值电压进行比较。高于阈值电压的测量表明宝石是导电的,因此,宝石因此是合成金刚石或Moissanite。相反,低于阈值电压的测量表明,实际上没有电流流过宝石并且因此,如果诸如视觉和导热率测试的其他测试是阳性的,则Gem可以是钻石。

在优选实施例中,GEM是电阻分压器电路的一部分,其中用于提醒操作员的表格呈透明测试是Moissanite或合成金刚石。

当电极之间的阻抗太低时,本设计还解决了设置在电极之间的材料不是Moissanite或合成金刚石石材。例如,测试电极可能通过宝石架直接彼此错误地彼此连接,或者声称的宝石由导电塑料制成。

在优选实施例中,通过电极的电流受到限制,使得意外地与电极接触的人既不感觉休克也不被电极处的电压损坏。通常,通过设置在电极之间的人的最大安全和未检测的电流是150微放大器。该电流限制功能也保护宝石免受损坏。

正在测试的宝石可选地以多种方式进行测试。第一种方法涉及在被测宝石上的两个不同点接触两个电极。第二种方法涉及将一个电极(例如夹)连接到宝石的导电设置并将第二电极接触到被测造型的宝石的表面,以产生具有设置在第一和第二电极之间的GEM的电路路径。

第三种方法涉及在用于拔罐或保持松散宝石的导电块中提供空腔或孔,其中通过使第一电极接触导电块上的第一电极与保持的宝石接触而产生的电路路径。在被测造型的宝石表面上接触第二电极。

本设计中的高阻抗测量有时易受交流耦合噪声的影响,这些耦合噪声对用于确定导电性和宝石类型的样品电压测量值。这是由于宝石测试仪测量装置使用高阻抗探针输入来测量非常高的阻抗。

因此,测量特别容易受到杂散噪声或交流耦合的影响。在本设计的优选实施例中,特定宝石确保的重复样品测量,即基于测量电压中的毛刺的单个测量不会导致错误读数。

优选的方法要求预定数量的连续样本在将GEM确定为Moissanite或合成金刚石之前高于阈值。

据了解到,莫森岩宝石有时在不导电的区域。结果,本设计的宝石测试仪可能是错误地确定的,因为电极接触非导电区,所以出现不导电的莫森坦样品不是莫森坦。

通过用诸如水基标记的导电材料标记测试的宝石可以克服该障碍物,以将任何非导电区域桥接在可以由Moossanite制成的珠宝上。

因此,与标记表面接触的电极更可能肯定地识别宝石是否是Moossanite或合成宝石。

本设计的上述特征有利地描述了基于电导率无损地确定宝石的真实性的装置和方法。

宝石测试仪电路的描述

本设计的一个关键方面涉及测试宝石的导电率以确定是否具有碳化硅(SiC),否则称为Moissanite,或合成金刚石宝石。

市场上有几个合成的外观钻石宝石,所有这些都比天然钻石的价值明显少。如果目前设计的电导率测试仪不表明伪造的宝石是Moissanite或合成金刚石石,则可能是天然金刚石,立方氧化锆或玻璃。

该石材的进一步测试提供了与立方氧化锆石的区别区分钻石的方法,其中测试过程基于钻石的导热率远高于立方氧化锆的原理。事实上,天然钻石显然具有世界上任何宝石的热导电性最高。

为了可靠地确定宝石是否是合成的,当在高电压下测量时,电导率测试仪在约1至20,000兆欧的范围内测量电阻。这种类型的Moissanite Gems显然具有需要近似300-500伏的最小电压的击穿电压,以一致地获得电导率测量。

在较小的电压下,Moissanite可能出现为近似钻石的高电阻抗。因此,常规欧姆米,例如基于30伏的欧姆米通常不能将Moossanite或合成金刚石区分开开路。较高电压的Mega-OHM测试仪将能够检测更高的电阻结石,但可能无法将合成的石材与金属区分开。

为了测量具有简单分压器电路的高达20,000兆欧的宝石电阻,已经确定了至少500伏的电压应施加到电压分压器,该分压器包括通过凹陷的宝石,其中在被测的宝石上出现至少300伏。

电压导致电流流过由分压器电路限制的宝石流过。

为了避免由于少数载体损失导致造型的电阻变化,电流应小于75微安,优选小于10微安。这种低电流优选地低于150微安,也防止了伤害用户意外地设置在两个导电触点之间,用于在被测宝石上耦合的高压。


图1:是根据本发明的GEM测试仪电路的电导率宝石测试仪的框图



无花果。图1示出了根据本设计原理的功能块的连接性。在GEM测试器100的核心是用于处理多个模拟输入电压的微控制器110,以产生指示在测试190下的宝石的测量的数量的输出实际上是在指示它是Moissanite的特定范围内或合成金刚石石。

在优选实施例中,微控制器110是摩托罗拉68HC705P6A。然而,任何合适的处理装置可选地在其位置使用。

预期例如,设计的功能元件如诸如设计的功能元件可选地分配或集成到一个或多个设备中以实现本设计的原理。例如,可选地使用替代数据处理设备和离散A / D转换器代替包括多个集成A / D转换器的优选微控制器。

每个微控制器都需要时钟进行操作。在本设计中,系统时钟160提供用于执行二进制操作指令并且在微控制器110内执行A / D转换所需的切换或时钟转换。在优选实施例中,陶瓷谐振器提供了作为所用的精确外部频率源系统时钟160。

在优选实施例中,宝石测试仪100是便携式的。因此,A + 9V源120来自电池或壁适配器转换器(即115 VAC至+9 VDC转换器),用于为方便起见为器件供电。开/关开关125,优选地单极单投掷机械开关,提供一种控制电池120的连接到低压DC-DC转换器130的手段。开/关开关125通常是机械的,但可选地诸如FET的电气部件。

当其名称建议时,低压DC-DC转换器130将来自+ 9V源120的电压转换为用于供电模拟和数字电路的可接受电压。通常,VCC电路电压接近+5 VDC,但是即使在GEM测试仪110中的电子电路围绕A + 3V系统设计,也可以实现本设计的属性。

例如,可选地使用在+3伏范围内操作的低电压/功率模拟和数字设备。在这种情况下,低压DC-DC转换器将设计为支撑下部电压装置;即,VCC将设置为约+3 VDC。

在优选实施例中,标准电压调节器用于向VCC或+5 VDC电压调节向下调节+ 9V源120电压。但是,应该注意,其他转换器可选地用于达到相同的结果。低压DC-DC转换器130的输出电压Vcc 137,在虚线175内为电子电路提供电力。

提供电池电压监视器135以检测+ 9V源120电压的低电压条件。如图所示,RAW + 9V源120电压被馈送到监视电路135中,其中电路被设计成调节用于在微控制器110内处理的信号。如果检测到低电压条件,则视觉显示器170,例如LED是可选地点亮或音频扬声器165可选地响起,以指示GEM测试仪100的操作者的故障低电压条件。

在内部,微控制器110将在GEM测试仪输入的电压源低于某个阈值(如7.5 VDC)时停止创业板测试。

低对高DC-DC转换器140提供高压源V ++ 142,用于确定正在测试的宝石的电导率。如图所示,输入电压Vcc 137,即+5 Vdc被转换为超过300 VDC的电压。在优选实施例中,高电压源V ++ 142在900和1000 Vdc之间设置。然而,任选地使用任何高电压,AC或DC,大于300伏特来达到相同的结果。

来自低高压DC-DC转换器140的高压源V ++ 142被馈送到电压监视器145中。该功能块包括用于踩下电压的装置,该电压是由A / D2112合理处理的电平微控制器110.如果高电压142被直接进入微控制器110中的A / D转换器,则可能损坏设备,因为它超过VCC。

高电压V ++ 142按比例降低,使得电压监视器145的输出的电压在0-2.5伏之间线性地反射原始高压源142输入上的0-1000 VDC的范围。

基于输入到电压监视器145的输入的线性,微控制器110确定高电压源V ++,即1000 VDC是否在可容忍范围内。如果不是,则微控制器110注意到错误,并且可选地使用可视显示器170或音频指示器165将故障传送到操作员。

通过将探针182与在接触点180处的试验190下的宝石接触来测试据言的金刚石环192.探针182电连接到低阻抗检测电路150,其提供了确定据称的钻石的电导率是否确定的电导率探针182和夹子184之间的环192如此低,以指示故障的测试设置。

例如,当探针182和夹子184都连接到金属环188时,低阻抗,操作者通过蜂鸣器围绕故障设置条件提醒操作者。

与据称的金刚石环192的金属部分188接触的夹子电极184提供了由探针182施加的高压的返回路径。换句话说,探针182提供电流的高电压,高阻抗电流源通过测试190的测试190和据言的金刚石环192的金属部分188行进到夹子,并最终通过高阻抗检测电路155中的高阻抗返回路径返回到地。

高阻抗检测电路的电压输出被馈送到A / D#4输入114中以确定模拟信号是否指示宝石是Moissanite或合成金刚石宝石。将在下面的其他图中更详细地描述该过程。


图2A:是GEM测试仪电路的本发明的微控制器和相关电路的电子示意图



无花果。图2A至2E示出了本设计的优选电子器件。应注意,可选地设计替代电子电路以实现本设计的原理。例如,可选地使用诸如开关电源的替代类型的DC-DC转换器,以代替本文讨论的电路。

注意,在各个原理图中使用的信号名称,如图2所示。图2A至2E,指示电节点在示意图之间互连的位置。因此,图1中的示意图。图2A至2E限定了驻留在一个或多个PC板上的多个互连电路。

在图1的中心。图2A是微控制器U1。如上所述,它包括特定的操作指令或软件代码,以确定在测试190的宝石是否是Moissanite或合成金刚石石。特别地,四个单独的输入电压被转换为二进制数据,其内容物被处理以确定所测试的宝石是Moissanite还是合成金刚石石。

第一输入,BTMON是与+ 9V源功率电源120上的电压成比例的电压信号。第二输入,HVMON反映了高压电源的健康。基于两种信号的转换,分析了GEM测试仪单元的健康。如果输入电压在容忍范围之外落下,则微控制器将标记错误并停止测试。

有效地,如果系统失败这种初步诊断自检,则微控制器U1调用精度样本测量。简单地说,如果这些电压太低,则部分电路故障发生故障,因此,具有GEM测试仪设备的任何测量可能会不准确。

分别在U1引脚16和17上的样品和短信号输入,提供微控制器U1,其具有两个电压信号,该电压信号指示是否测试的宝石是Moissanite或合成金刚石石。 A / D对这些信号的转换,假设上述HVMON和BTMON表示健康的GEM测试仪状态,并控制适当的输出,ALRM,DLED和RLED,以产生操作员的音频或视觉线索,反映是否正在测试的宝石是Moissanite或合成金刚石石。

Y1是4.0 MHz晶体振荡器,提供微控制器U1,其具有用于在微控制器内执行操作指令和A / D转换的时序机制。


图2B:是宝石测试仪电路的本发明的电导电导电路和高压监视器的电子示意图



无花果。图2B示出了宝石测试仪电路的高压监视器和临界部分的电气部件。高压监视器电路包括分压器电路,特别是电阻器R9,R10和R11的组合,以将U2B引脚4处的电压降低到与高电压成比例的电压,即900-1000 VDC。

这种通过分频器电路的电压的比例降低用于通过将高V ++电压转换为大约0和2.5伏之间的比例电压来保护OP-AMP U2B的输入,是A / D转换器的可接受的转换范围。否则,高压输入将损坏OP-AMPS输入U2B引脚5。

或者,如果将该高电压直接进入微控制器U1,则高电压将损坏微控制器U1内的A / D转换器。

运算放大器U2B配置为单位增益缓冲器。这意味着输出U2B引脚7有效地遵循引脚5的输入电压5.该信号连接到引脚18处的微控制器U1,用作测试高压源V ++的健康的手段。例如,在U2B引脚7处大于2.0伏的电压指示对微控制器U1,V ++的电压约为800伏,这可能是执行宝石测量测试的可接受的电压。

小于1.5 VDC的电压表示高电压V ++轮600伏,表明该单元发生故障,因此,任何测试测量都不可靠。

图2中的宝石测试仪电路的临界部分。图2B是两个部件电路。该电路的第一部分在信号探测器上产生高阻抗输出电压,其中称为短路的处理器可读信号指示探针和夹子电极触点是否被错误地彼此短路。

该电路的第二部分为探针处的高阻抗源电压提供了高阻抗返回路径,其产生流过下的宝石的电流。有效地,通过微控制器U1测量在夹子处产生的电压,特别是在R2处产生的电压,以确定宝石的导电性以及它是Moissanite还是合成金刚石石。

整个电路下面更详细地讨论。

从根本上,图1中的宝石测试电路包括:图2B使用电阻分压器理论来确定在夹子和探针接触之间设置的伪造的宝石的电导率。出于以下讨论的目的,除非另有说明,否则假设安装在导电设置(如金或银)的宝石连接在宝石测试装置的探针和夹子之间。具体地,夹子连接到设置的金属部分,并且探针与被测宝石的表面接触。

高压源V ++通过高阻抗R4和R5连接到正在测试的宝石表面。当被测的宝石是导电的,电流流过R4和R5,被测的宝石,GEM的金属设置,夹子,R1和R2,接地参考电压。齐纳二极管D1将节点220或R2处的电压限制为小于+ 5V。

否则,如果探针和夹子彼此意外地短路,则节点上的电压将超过可接受的极限。例如,R4,R5和R6将产生一个电压,使得在节点220处产生高电压源或330伏的1/3。

OP-AMP U2D输出的信号短路提供微控制器U1,该电压指示夹子和探针是否被错误地短路。关闭剪辑/探针的节点225上的电压减小的电路键。电流流过D2,从而在R36上产生电压降,该电压降通过分压器R7和R8馈入阈值检测器U2D引脚12。

当没有短暂存在时,除了通过高阻抗路径R7和R8之外,没有电流流过R36。因此,225处的电压高于在夹子和探针上存在短时的时间。

通过控制电位计VR1设置短路的阈值。它在OP-AMP U2D引脚13的负输入处产生参考电压。在优选实施例中,通过VR1设定参考阈值电压,使得当探针/夹子之间的阻抗小于时,短路指示短路探针夹夹大约3到10公斤欧姆。但是,根据测试的宝石类型,可选地调整到不同的设置。

短信号输出在没有短路条件下产生+ 5V的高输出电压,并且当夹子和探针的短路或低阻抗条件时,0伏输出。如果短路的电压表示低阻抗条件,则声称蜂鸣器警告操作者探头和夹子彼此错误地接触,或者,据说宝石的阻抗很低,它可能不是莫森岩或合成金刚石石。

当在剪辑和探针之间设置宝石时,短信号将被去断言,表明可以读取SAMPL上的电压以确定是否测试的宝石是Moissanite或合成金刚石石。

图2中所示的电路的第二部分。 2B提供微控制器U1,其电压信号指示被测的宝石是Moissanite还是合成金刚石石。当测试诸如天然金刚石或立方氧化锆的石材时,流过被测造型的电流将在R2上产生电压,其通过低通滤波器R3和C1过滤。

该过滤器有助于降低测量信号上的高频交流噪声。 R2上的电压被有效地馈送到U2A引脚3处的UNICE增益放大器电路中,其中U2A引脚1的输出遵循U2A引脚3上的电压。这产生了低阻抗SAMPL信号,该信号被送入A / D转换器内部微控制器U1。

电阻器R26和可变电阻器VR1的组合提供了校准SAMPL电压和相关电子电路的方法。

在理想的操作环境中,没有交流噪声耦合到R2的高阻抗电压信号上。因此,通过首先分析其直流操作,最佳地理解电路。

考虑到天然钻石是正在测试的宝石时。天然钻石几乎是不导电的。因此,当钻石设置在夹子和探针之间时,SAMPL的测量将是零伏,因为从高压源V ++的电流通过石头以产生R2上的电压。

另一方面,考虑SiC石材是正在测试的宝石的情况。高压源提供距离SiC的电压,使得GEM变得略微导电。基于电路的稳态特性,在测试的宝石上提供大于300 VDC,符合电流将流过宝石的逐滴电压要求。

合成钻石在1到20,000兆米之间也具有非常高的阻抗。然而,合成金刚石GEM允许足够的电流,尽管它非常小并且在微放大器的顺序上,流动使得当宝石适当地设置在夹子和探针之间时,在R2处产生电压。

在微控制器U1中设置阈值,以确定是否正在测试的宝石是Moissanite或合成金刚石。如果R2或SAMPL的电压大于0.5 VDC,则将宝石确定为Moissanite或合成金刚石石。高于0.5伏阈值的电压对应于小于20,000兆欧的宝石电阻。

如果一个主体同时接触夹子和探针,则宝石测试仪可能读取类似于Moissanite或合成金刚石的电压,因为人体皮肤的抗性像Moissanite,但几乎与天然钻石几乎高达。取决于VR1的设置,人类皮肤测量也可以在探针和夹电极穿过探针和夹子电极的短路。

上述讨论描述了在理想条件下的GEM测试仪电路的操作,即,没有交流噪声。通常,与优选实施例的操作者手持探针赋予叠加在DC采样电压上的交流噪声信号。这是由于探头和夹子电极上的高阻抗。

由于这些高阻抗源和返回路径,与宝石,金属凝固,夹子,探头或宝石测试仪外壳接触的主体将诱导由分压器电路产生的DC电压的交流噪声。在DC样品电压上的这种交流噪声电压通常小于1伏峰到峰值。

然而,根据环境,强度可以或多或少。通常,噪声的频率小于120赫兹,但是它可以包括诸如RF的较高频率。 R3和C1充当RF滤波器,以阻止夹子和探头组件拾取的更高频率噪声。

由于AC耦合噪声,需要对SAMPL电压进行采样以确定宝石是Moissanite还是合成金刚石石。在优选实施例中,每500μs采样电压SAMPL。如果连续256个样品读数表示大于0.5V阈值的电压,则测试的宝石被确定为Moissanite或合成金刚石石。

相反,如果256个连续的样品电压中的一个样品低于0.5V阈值,则推测,被测的宝石不是Moissanite或合成金刚石,因为阻抗很高,所以产生低于阈值的电压在r2。


图4:是SAMPL电压与时间图的插图,其中GEM测试是宝石测试仪电路的钻石



无花果。图4示出了通道1上的SAMPL电压430,与正在测试的自然菱形的时间图,其中AC噪声耦合到DC SAMPL信号。通道2显示短信号440,指示电极上没有短路。接地参考位于标记410和420时,如图所示。

在优选实施例中,SAMPL 430电压信号的采样将每0.5毫秒执行,导致每个时间分割450的20个样本。

由于通过宝石或测试体本身上的油或污染物漏电流,SAMPL信号430的DC分量在SAMPL信号430上存在。如图所示的样品电压430对应的金刚石,如图所示的是Moissanite或合成金刚石石,因为若干样本点低于0.5 VDC阈值431。

为了将正如Moissanite的阳性测试,每0.5毫秒的预定数量的连续样品必须高于0.5 VDC阈值431.在这种情况下,如所示的许多样品在0.5 VDC阈值431以下,因此确定了在下面测试不是Moissanite或合成金刚石。

应该注意的是,在测试之前应该彻底清洁宝石和设置,因为诸如石油或金属粉尘的宝石表面上的污染物可以是导电的,产生导致错误的宝石测试仪读数的电流泄漏路径。例如,电流可以通过污染物而不是被测的宝石流过,使得看起来好像宝石的电导率高于实际的。


图5:是SAMPL电压与时间图的插图,其中GEM测试是用于宝石测试仪电路的合成



无花果。图5示出了在频道1上的SAMPL电压530与正在测试的Moissanite Gem的时间图,其中较小的AC噪声耦合到DC SAMPL信号。通道2在这种情况下显示短信号540,指示电极上没有短路。如图所示,地面参考位于标记510和520时。

在优选实施例中,SAMPL 530电压信号的采样将每0.5毫秒执行,导致每个时间分割550的20个样本。

基于SAMPL电压530在这种情况下,微控制器U1采样样品电压530将确定所测试的宝石是Moissanite或合成金刚石石,基于预定数量的电压的连续样本是一致的在0.5 VDC阈值531之上,即使也存在AC波形。

虽然不太可能,所采样信号上的噪声可能非常大的是导致错误的宝石确定。因此,应该指出的是,由于某些类的石头和测试仪本身的高灵敏度,所以本设计是非常高的似然性是非常高的似然性,无论是一类石头的可变性和高度灵敏度,都可以误用。

例如,考虑一种合成的金刚石石或Moissanite,没有噪音产生1.0伏的直流电压。如果AC噪声耦合到信号为2.0伏峰到峰值,则产生的AC和DC波将是零和2.0伏之间的近似正弦波。结果,采样装置将检测到0.5伏阈值以下的电压,因此,即使可能是其中一个复合材料中的任何一个,也不能确定被测的宝石是Moissanite或合成金刚石的电压。

GEM测试器设备可选地使用软件中的处理方法来确定取消交流噪声,以便不被额外的交流噪声效应欺骗。

应该指出的是,Moissanite Stones有时有"dead"宝石测试仪装置测量的区域将被注册,好像宝石不是Moissanite或合成金刚石石。为了增强被测宝石的探针和表面之间的电导率,将导电物质(例如来自水基标记的标记)放置在被接触的探针的初学者上。

这种技术有助于避免对非导电宝石​​(如天然钻石)误认为是天然钻石的杂散钻石,因为导电标记桥梁桥接了Moossanite"dead"带导电材料的区域。


图2c:是本发明的本发明的本发明的音频和可视显示驱动器的电子示意图,用于宝石测试仪电路



无花果。图2C示出了音频/可视电子驱动接口。例如,微控制器U1本身的输出信号不足以向LED显示器照射或导致扬声器发出声音。因此,微控制器U1信号DLED,RLED和ALRM被馈入NPN晶体管的输入,例如Q2,Q3和Q4,以放大原始信号,从而产生多个高电流沉降元件,即集电器Q2,Q3和Q4,用于控制音频和视觉显示。

为了在输出装置处实现梯度电压效果,DLED,RLED和ALRM的二进制微控制器输出信号是可选择的脉冲宽度,调制0到100%,以改变来自LED或声音的光的强度或扬声器的声音。扬声器有效地模仿蜂鸣器,警报或可选的声音,人类声音的声音。


图2D:是本发明中的用于GEM测试仪电路的高压DC-DC转换器的电子示意图



无花果。图2D示出了高压DC-DC转换器的优选实施例。简单地,组合的组合将+5 VDC或VCC输入转换为高电压输出源V ++近1000 VDC,如在优选实施例中。基于所选组件,输出电压V ++大约为900-1000 VDC。然而,任选地调节组件以产生可接受的更高或更低的电压水平,用于测试宝石。

时钟定时器U4在引脚3处产生可预测的振荡电压输出,有效地控制到FET开关Q1的栅极输入。该电压是带有一个方波 "ON"占空比通常在50%和90%之间。高电压将开关转向导通状态,导致电流流过变压器T1的初级线圈。

相反,在FET开关Q1的栅极输入的低电压使开关关闭,限制流过变压器T1的初级线圈的电流。切换Q1产生的电流变化"ON" and "OFF,"众所周知,引起在变压器T1上的次级线圈处产生的电流和电压。

基于次级线圈中的更多线圈绕组,在T1的次级绕组上产生比例更高的电压。二极管D3至D6用于纠正信号,使得在输出V ++处产生高直流电压。杂项电阻器和电容器用于最佳地设置晶体管Q1的开关频率。

C5是电解电容器,其在高电流绘制期间缓冲电压Vcc,例如Q1转动时"ON."


图2E:是本发明的开关开关,稳压器和电池电压监视器的电子原理图,用于宝石测试仪电路



无花果。图2E示出了用于为GEM测试仪电路和将+ 9V源功率转换为可接受电压电平输出VCC的电压调节器的开关输入,该电压电平输出VCC通常是+5 VDC。开关SL是一个单极开关,提供+ 9V源功率的连接到稳压器电压输入U3引脚1。

当开关S1抛出时"ON"位置,+ 9V源功率电压在输出U3引脚3处有效地转换为+5 VDC或VCC。可选地调整该电压以适应较低电压电路设计,例如+3 VDC微控制器系统。

无花果。图2E还包括用于将+ 9V源电压120转换为由微控制器U1监视的比例电压的调节器电路。 + 9V源功率划分为R23和R24的一半,其中所得到的信号被馈送到单位增益放大器电路中。因此,Unity增益放大器U2C输出的比例电压提供了微控制器U1的反射+ 9V源功率的电压,从而使微控制器能够确定+ 9V源输入120的健康。

如果+ 9V源120处的电压低于阈值,例如7.5V,则从输入电压太低,Gem测试仪单元不会尝试测试宝石。


图3A:是用于宝石测试仪电路的本发明的手持探头和相关硬件的图




图3B:是用于保留和测试松散宝石的导电块,用于宝石测试仪电路的本发明的宝石测试仪



无花果。图3A和图3A。图3B示出了保护电子电路305和相关硬件的宝石测试仪壳体300。壁适配器310根据开关开关345的位置向电子电路305提供+ 9V源120电力。如上所述,电源可选地是电池。

宝石测试仪需要两个接触点,以确定测试330的宝石是SIC还是合成石。用鳄鱼夹317制造第一电触点,该鳄鱼夹317夹住金刚石环325的金属带320.金属带320与石头电接触,因此,鳄鱼夹317和金属带320形成第一低阻抗与测试330的宝石接触。高导电夹线315通过导线将该电压转换回宝石测试仪壳体300中的电子电路305。

通过将手持式探测装置与据称的金刚石环325的接触移动,使得具有测试330的第二接触点,使得测试330的宝石与安装在壳体300的底部的推销销335接触。在优选实施例,导电推销335弹簧装载,以帮助制造与制造台330的连接,如图所示,与研磨的宝石330进行测试并刚性地安装在壳体的远端上。

推销线340在一端连接到推销销335,而推销线340在另一端连接到电子电路305。应当注意,推销335可选地设计成驻留在由电缆连接到主壳体300的手持探测装置中。

宝石测试仪300包括音频和视觉显示。 LED或灯提供准备显示355和合成器的照明源(短为"synthetic")显示器350,后一种显示器,表明宝石是Moissanite或Lit时的合成金刚石。电子电路305驱动光源,在其中准备好指示对操作者的操作者准备测试宝石并且单元接通。当宝石测试的结果表明它是Moissanite或合成金刚石时,合成显示器350由电子电路305照射。

如果将金属带或鳄鱼夹317意外接触到推销引脚335,则激活扬声器375以产生嗡嗡声。在这种情况下,宝石读数无效,因为宝石测试仪确定测试330的宝石是否是Moissanite或合成的金刚石宝石基于跨越宝石的两个接触点,而不是两个接触点穿过导电带320。

在上述短路夹的情况下探测器的情况下,来自扬声器375的蜂鸣器声音向用户通知宝石测试器100不正常操作,具体地,探测器335和夹子317被误用。虽然如上所述的宝石正确连接,但是没有点亮合成显示器350并且蜂鸣器没有听起来,这向操作者表示出于立方氧化锆或天然钻石的操作者。

例如,通过热带宝石测试仪进一步测试将这些宝石与热宝石测试仪区分开来。

上述讨论描述了操作者如何测试据称的金刚石环325,包括金属带320,其中测试330的宝石被包裹在适当的珠宝设定中。本设计还通过结合额外的硬件来容纳松散宝石的测试"un-set"宝石正在测试。由金属制成的导电块360,例如铝制,包括多孔370以保持可变尺寸的松散宝石。

为了测试宝石,操作员将宝石放置在适当的尺寸孔370中以紧贴与宝石的第一电接触。鳄鱼夹377连接到紧固件接触点365,并且探针335被移动以接触被测的宝石。有效地,导电块模拟松散石头的珠宝设置,其中导电块360在一个或多个点处与被测的宝石提供良好的导电接触,并且推动销335接触宝石上的表面或第二点提供另一个。


图6A:说明了用于确定宝石是否是用于宝石测试仪电路的本发明方法




图6B:说明了用于确定宝石是否是用于GEM测试仪电路的本发明方法




图6C:说明了用于确定宝石是否是用于宝石测试仪电路的本发明方法



无花果。图6A,图6A。图6B和图6B。图6C示出了用于确定被测宝石是否是Moissanite或合成金刚石的方法。流程图提供了在微控制器中执行的软件操作的基本架构。

在为GEM测试仪供电后,立即从步骤600开始执行程序。在步骤605中初始化处理数字信号中使用的变量,并且就绪光转向"ON"在步骤610中,状态随后是一个很短的哔哔声。这队列的运营商已转动"ON"正在执行微控制器中的软件以确定正在测试的宝石是Moissanite还是合成钻石。

该软件包括四个主要处理功能。第一个涉及测试在步骤615中测量的高电压电源V ++。如果在步骤620中的高压源的电压不高于指定阈值,则在步骤625中递增HV计数器。然后超过预定数量,例如4,在步骤630中,在步骤635中连续闪烁就绪光,指示高压源发生故障。此后的程序如图所示,在点632上循环回到。

如果在步骤615上测量的高电压大于在步骤620中的可容许阈值,则在步骤640中清除高电压或HV计数器。然后,程序路径在点642处合并,如果高压计数器,则程序最终结束。步骤630中少于5.基于该例程,即使对高电压的电源频繁故障,GEM测试器也会继续进行测试。但是,如果高压源处的电压总是低,则GEM测试仪单元中的电子电路存在问题。

下一步645涉及测量电池电压。如果测量的电池电压小于作为步骤650中的可容许阈值,则在步骤652中将BTIC计数器递增一个.BTIC计数器指示电池监视器测试失败的数量。此后,在步骤655中确定BTIC计数器是否大于20。

如果是,则在步骤658中清除BTIC计数器,并且在步骤658中响起了短警报。此音频队列向GEM测试仪操作员通知电池电源越来越低。如果在步骤650中的电池电压测量大于步骤650或BTIC计数器在步骤655中小于20的阈值,则程序执行合并为点656。

然后在步骤660中清除SiC计数器,并且在步骤662中测量短信号输入。如果在步骤665中存在剪辑和探针的短路状态,则在步骤668中响起了警报。这通知操作员探测器和夹子是错误的触摸,或者在夹子和探针之间设置低阻抗材料。如图所示,在校正短路状态之前,软件执行不会留下短测试循环。

如果在步骤665中没有短路,则在步骤670中进行SAMPL测量。然后,在步骤672中确定SAMPL电压是否大于预定阈值,表明其被测的宝石是Moissanite或合成金刚石。在优选实施例中,该电压阈值设定为0.5V。

如果SAMPL电压小于阈值电压,则在步骤675中清除SiC计数器,并且程序执行在点669到步骤660。如果SAMPL电压大于阈值电压,则在步骤678中递增SiC计数器。

此后,在步骤680中确定SiC计数器是否大于256.如果是,则分别在步骤685和步骤670中响起SiC闪光和长蜂鸣声。这为操作员提供了一种音频视觉队列,其被测的宝石是Moissanite或合成钻石。此后,程序执行,在612点开始靠近开始。

如果SiC计数器在步骤680中小于256,则在步骤661继续进行程序执行,其中重复了SAMPL测量以确定所测试的宝石是否是Moissanite或合成金刚石。

虽然该设计特别示出和描述了对优选实施例的参考文献,但是本领域技术人员将理解,在不脱离所定义的设计的精神和范围的情况下,可以在其中制作形式和细节的各种变化和细节的各种变化所附权利要求。


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