CN102087247A - 一种识别宝石的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种识别宝石的装置及方法，其识别原理是通过预先记录宝石的频率反应声谱，并将其存储起来作为以后识别宝石身份的标记。其装置包括激振器，声频接收器，数控模块，存储模块和识别模块。安放好待测宝石后，用激振器刺激待测宝石，待测宝石受刺激后发出特有频率信号；声频接收器用于接收该特有频率信号，并将该信号处理为声频信号，然后传递至数控模块，数控模块将接收到的声频信号处理为待测宝石的频率反应声谱，并将该声谱传递至存储模块存储；识别模块调用存储模块内数据识别宝石。该识别方法简便快捷，成本低，对宝石本身无任何损坏。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种识别宝石的装置及方法，尤其是一种利用声频共振技术识别宝石的装置及方法。
【技术背景】
宝石的种类有很多，价值也千差万别，由于其体积较小，结构精细，仅凭肉眼无法清楚地分辨每一颗宝石，所以需要建立一种方法来识别宝石的身份。比如，一颗附有一份鉴定证书的宝石，如何确定这个证书就是属于这颗宝石的呢？又或者说如果这颗宝石被盗了，又被找回来，如何确定这个找回的宝石就是丢失的那颗呢？针对这种情况，目前常用的解决方法有光学方法检测，如激光或X光，但这类方法复杂费时，而且需要受过训练的专业人士作技术审定，检测仪器也非常昂贵。还有一种相对简单的识别方法，就是在经过特别检测的宝石表面或腰部用激光刻上指定数字作为身份识别，所刻的数字非常小，需要高倍放大镜才可看清楚，如申请号为02143195.7的中国专利所述的一种宝石的鉴别方法和系统，但这种方法也有一些缺点，比如，通过某些手法可以去除宝石上刻的标识数字，其身份就能不被识别出来了。而且这种利用刻字作为身份识别的方法本身，也破坏了宝石的完美性，使它的性质发生了不可逆转的改变。
专利号为US5379102的美国专利，提供了一种的的光学识别方法，但仍然是以光学成像为手段，识别方法复杂。
所以建立一种简单而可靠的识别宝石身份的方法，用以补充现有检测方法的不足，是非常有必要的。目前声波在无损检测方面较广，比如利用声波测量地质，岩土或建筑物结构等，操作简单，价格低廉。
【发明内容】
针对上述问题，本发明提出一种快速而有效的识别宝石身份的装置及方法，该方法通过预先记录宝石的频率反应声谱，并将其存储起来作为以后识别宝石身份的标记。
所有物质本身都有一个特有的固定频率，当物质受外界激励，作强迫振动时，若外界激励的频率接近于物质的固定频率，则该物质的振幅增大，这个激励的频率就是物质的共振频率。宝石的共振频率与其本身的大小，质量，弹性常数等因素有关，而其弹性常数又取决于其纯度、结晶的完美性、和定性等。宝石的内在裂缝、杂质和其他缺陷都会直接影响其产生的共振频率。所以每一颗宝石在做受迫振动时，由于其共振频率的不同，其振动曲线也是独一无二的，可以作为识别宝石身份的标记。
本发明包括一种识别宝石的装置，该装置包括：
激振器，与数控模块电连接，用于刺激待测宝石；
声频接收器，与数控模块电连接，其置于待测宝石一侧，用于将接收到的宝石声频信号传递至数控模块；
数控模块，分别与激振器、存储模块和声频接收器电连接，用于将所述宝石声频信号进行数据处理，转化为宝石的频率反应声谱，并将其传递至存储模块；
存储模块，分别与数控模块和识别模块电连接，用于接收由数控模块所发送的宝石的频率反应声谱；
识别模块，用于在识别宝石的过程中，将待识别宝石的频率反应声谱与存储模块中的宝石频率反应声谱相比较，以判定两块宝石是否相同。
本发明还包括一种识别宝石的方法，该方法以宝石的频率反应声谱为识别依据，包括频率反应声谱记录步骤和宝石识别步骤，所述频率反应声谱记录步骤进一步包括以下操作步骤：所述识别方法包括频率反应声谱记录步骤和宝石识别步骤，所述识别方法包括频率反应声谱记录步骤和宝石识别步骤，所述频率反应声谱记录步骤进一步包括以下操作步骤：
步骤A1：安放需数据录入的宝石于指定位置；
步骤A2：所述激振器发出声频信号，刺激需数据录入的宝石，所述宝石受刺激后发出特有频率信号；
步骤A3：所述声频接收器接收所述特有频率信号，并将其转化为声频信号后传递至数控模块；
步骤A4：所述数控模块接收并预处理所述声频信号为频率反应声谱，并将所述声频信号和频率反应声谱传递至存储模块，完成频率反应声谱记录步骤；
所述宝石识别步骤进一步包括以下操作步骤：
步骤B1：安放待识别宝石于指定位置；
步骤B2：所述激振器发出声频信号，刺激待识别宝石，所述待识别宝石受刺激后发出特有频率信号；
步骤B3：所述声频接收器接收所述特有频率信号，并将其转化为声频信号后传递至数控模块；
步骤B4：所述数控模块接收并预处理所述声频信号为频率反应声谱，并将所述声频信号和频率反应声谱传递至存储模块和识别模块；
步骤B5：所述识别模块将接收到的待识别宝石的声频信号或频率反应声谱，与频率反应声谱记录步骤中已完成数据录入的宝石的声频信号或频率反应声谱相比较后，判断该待识别宝石与已完成数据录入的宝石是否为同一宝石。
该方法可与目前常用检测方法结合使用，如一批宝石经过详细而精密检测后，再将其频率反应声谱对应的记录下来，当需要知道其中任意一颗宝石的详细信息时，只需通过频率检测便可将其详细信息从众多宝石信息中分辨出来。
所述方法的有益效果有：
(1)对宝石本身无任何损坏，仅通过其做受迫振动时的特有频率反应作为识别依据；
(2)方法简便快捷，成本低，无需通过复杂的仪器和非常专业的人员即可达到识别目的。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图；
图2为记录的一个宝石的时间反应曲线；
图3为记录的一个宝石的频率反应曲线；
图4为不同种类的宝石的频率反应曲线对比图；
图5为4颗不同钻石的频率反应曲线对比图；
图6为本发明实施例1的连接示意图。
图7为实施例1中钻石A的频率反应声谱图；
图8为实施例1中钻石B的频率反应声谱图。
【具体实施方式】
参见图1-图8所示，本发明的识别宝石的装置包括：
激振器1，与数控模块3电连接，用于刺激待测宝石；
声频接收器2，与数控模块3电连接，其置于待测宝石一侧，用于将接收到的宝石声频信号传递至数控模块3；
数控模块3，分别与激振器1、存储模块4和声频接收器2电连接，用于将所述宝石声频信号进行数据处理，转化为宝石的频率反应声谱，并将其传递至存储模块4；
存储模块4，分别与数控模块3和识别模块5电连接，用于接收由数控模块3所发送的宝石的频率反应声谱；
识别模块5，用于在识别宝石的过程中，将待识别宝石的频率反应声谱与存储模块4中的宝石频率反应声谱相比较，以判定两块宝石是否相同。
所述激振器1可采用通用的电磁激振器或机械激振器，比如利用电子冲击或电磁力产生电磁振动的激振器，或者利用机械结构或机电系统通过撞击或敲打产生机械振动的激振器。激振器1可与数控模块3电连接，这样其刺激频率可由数控模块3控制，可根据不同情况可输出不同频率的刺激频率。
激振器1刺激待测宝石的方法可以采用非接触式的电磁力或电子冲击刺激待测宝石，使宝石产生特有频率信号，也可以用激振器1直接带动待测宝石振动，使待测宝石产生特有频率信号，但这种方式较为复杂，激振器1振动的声频信号可能与宝石受刺激产生的特有频率信号相互干扰，优选实施方式为采用非接触式的电磁力或电子冲击刺激待测宝石，可增强检测精度。
待测宝石产生的特有频率信号被所述的声频接收器2接收，所述声频接收器2采用高精度声波传感器，如高精度麦克风，将其放置于方便接收宝石信号的地方，用以采集宝石后刺激后产生的特有频率信号；所述的数控模块3用以处理采集的特有频率信号，如可利用高速数码转换器将特有频率信号转化为数字信号，或利用滤波器进一步去除背景噪声，或者采用傅立叶变换或快速傅立叶变换，将所述特有频率信号变为频域信息。
本发明的一种识别宝石的方法，通过预先将宝石的频率反应声谱记录于存储模块4中，需要识别宝石时，再次检测其频率反应声谱，并与之前记录的频率反应声谱相比较，根据比较结果判断需要识别的宝石是否为之前记录的那个宝石。其比较的依据是宝石特有的频率反应声谱，其识别步骤包括频率反应声谱记录和宝石识别两个步骤。
所述频率反应声谱记录步骤进一步包括以下操作步骤：
步骤A1：安放需数据录入的宝石于指定位置；
步骤A2：所述激振器1发出声频信号，刺激需数据录入的宝石，所述宝石受刺激后发出特有频率信号；
步骤A3：所述声频接收器2接收所述特有频率信号，并将其转化为声频信号后传递至数控模块3；
步骤A4：所述数控模块3接收并预处理所述声频信号为频率反应声谱，并将所述声频信号和频率反应声谱传递至存储模块4，完成频率反应声谱记录步骤；
所述宝石识别步骤进一步包括以下操作步骤：
步骤B1：安放待识别宝石于指定位置；
步骤B2：所述激振器1发出声频信号，刺激待识别宝石，所述待识别宝石受刺激后发出特有频率信号；
步骤B3：所述声频接收器2接收所述特有频率信号，并将其转化为声频信号后传递至数控模块3；
步骤B4：所述数控模块3接收并预处理所述声频信号为频率反应声谱，并将所述声频信号和频率反应声谱传递至存储模块4和识别模块5；
步骤B5：所述识别模块5将接收到的待识别宝石的声频信号或频率反应声谱，与频率反应声谱记录步骤中已完成数据录入的宝石的声频信号或频率反应声谱相比较后，判断该待识别宝石与已完成数据录入的宝石是否为同一宝石。
所述的宝石的特有频率信号为声频接收器2所接收，并最终转化为宝石特有的频率反应声谱，其声谱具体体现形式可以为图2-图6中所示的曲线，图示中宝石的特有频率信号被声频接收器2接收，并转化为相应的电压值。如图2所示为一个记录的宝石的时间反应曲线，以其振幅为特有频率信号，该时间反应曲线表达了该宝石在受到一次刺激后，其特有频率信号随时间的变化关系；图3为一个记录的宝石的频率反应曲线，以其振幅为特有频率信号，该频率反应曲线表达了该宝石在不同的频率刺激下所产生的特有频率信号；这些特性曲线与宝石的固定频率有关，受宝石本身的大小、质量、纯度、结晶的完美性等因素影响，宝石的内在裂缝、杂质和其它缺陷也会影响其反应曲线，所以每一颗宝石的反应曲线是独一无二的。
为了使这些曲线的特征更加明显，便于比较，可将这些曲线处理为图4和图5的频率反应曲线对比图，表达了宝石在不同频率的刺激下，其特有频率信号的不同。其中图4中所标识的曲线a和曲线b的波峰、波谷明显不同，可初步判断为这两个曲线分别代表不同的宝石，而且曲线本身的形状也不近似，可判断为是不同种类宝石所产生的频率反应曲线；图5中所标识的曲线c、d、e、f是4颗钻石所产生的频率反应曲线，其曲线的形状大致相似，但曲线的转折点、波峰值等特征不同，也可以看出是4颗不同的钻石。由于在存储步骤中存储了未经数控模块3处理的宝石声频信号，所以可以根据需要采取多种处理方式，使对比效果更为明显。
该识别方法简单便捷，对宝石的性质没有损伤，可与目前常用检测方法结合使用，如一批宝石经过详细而精密检测后，再将其频率反应声谱对应的记录下来，当需要知道其中任意一颗宝石的详细信息时，只需通过频率检测便可与其详细信息对应起来。
实施例1
参见图1和图6，在本实施例中，激振器1与计算机7电连接且带有一个发射端11，刺激宝石的频率由发射端11发出，其刺激的频率可由计算机7控制，宝石6将放置于激振器1的发射端11前的平台8上，声频接收器2为一个精密麦克风，与宝石6相对放置。数控模块3，存储模块4和识别模块5位于计算机7内。
下面以识别一颗钻石A为例，描述其识别方法和步骤，在识别之前，先要记录钻石A的频率反应声谱，其记录步骤为：
步骤A1：安放钻石A于图6中宝石6所示位置；
步骤A2：激振器1接通电源，由计算机7控制，通过其发射端11向钻石A发出0-100MHZ的声频信号，刺激钻石A，钻石A在该声频信号的刺激下，发出特有频率信号；
步骤A3：声频接收器2接收所述特有频率信号，将其转化为相应的声频信号后，将该声频信号输入计算机7内的数控模块3；
步骤A4：数控模块3将该声频信号转化为数字信号，并对该数字信号进行滤波处理和快速傅立叶变化，转化为频率反应声谱图，并将处理前的声频信息和处理后的频率反应声谱存储于计算机7的存储模块4内，完成钻石A的频率反应声谱记录步骤。如图7所示的频率反应声谱图中，曲线G为钻石A的频率反应曲线。
当需要鉴定一颗钻石B是否与之前所记录的钻石A是同一颗钻石时，可以检测钻石B的频率反应声谱，与记录的钻石A的频率反应声谱相比较，在不考虑检测误差的情况下，若两颗宝石的频率反应声谱相同，则表示钻石A和钻石B是同一颗宝石，反之，则不是同一颗宝石。
其详细识别步骤如下：
步骤A1：安放钻石B于图6中宝石6所示位置；
步骤A2：激振器1接通电源，由计算机7控制，通过其发射端11向钻石B发出0-100MHZ频率声频信号，刺激钻石B，钻石B在该声频信号的刺激下，发出特有频率信号；
步骤A3：声频接收器2接收所述特有频率信号，将其转化为相应的声频信号后，将该声频信号输入计算机7内的数控模块3；
步骤A4：数控模块3将该声频信号转化为数字信号，并对该数字信号进行滤波处理和快速傅立叶变化，转化为频率反应声谱图，并将处理前的声频信息和处理后的频率反应声谱发送至计算机7的存储模块4和识别模块5；如图8所示的频率反应声谱图中，曲线H为钻石B的频率反应曲线。
步骤B5：识别模块5接收到的钻石B的频率反应声谱后，调用存储模块4中记录的钻石A的频率反应声谱，将两个频率反应声谱进行比较，在不考虑检测误差的情况下，由于图7中的频率反应曲线G和图8中的频率反应曲线H形状相同，且对应位置的坐标值一致，所以说明钻石A和钻石B是同一颗钻石。
Claims (10)
1.一种识别宝石的装置，其特征在于：所述装置包括
激振器，与数控模块电连接，用于刺激待测宝石；
声频接收器，与数控模块电连接，其置于待测宝石一侧，用于将接收到的宝石声频信号传递至数控模块；
数控模块，分别与激振器、存储模块和声频接收器电连接，用于将所述宝石声频信号进行数据处理，转化为宝石的频率反应声谱，并将其传递至存储模块；
存储模块，分别与数控模块和识别模块电连接，用于接收由数控模块所发送的宝石的频率反应声谱；
识别模块，用于在识别宝石的过程中，将待识别宝石的频率反应声谱与存储模块中的宝石频率反应声谱相比较，以判定两块宝石是否相同。
2.如权利要求1所述的识别宝石的装置，其特征在于：所述声频接收器为高精麦克风。
3.如权利要求1所述识别宝石的装置，其特征在于：所述激振器为电磁激振器或机械激振器。
4.如权利要求3所述识别宝石的装置，其特征在于：所述电磁激振器采用电子冲击或电磁力产生电磁振动。
5.如权利要求3所述识别宝石的装置，其特征在于：所述机械激振器采用机械结构或机电系统撞击产生机械振动。
6.一种识别宝石的方法，其特征在于：所述识别方法以宝石的频率反应声谱为识别依据。
7.如权利要求6所述的识别宝石的方法，其特征在于：所述识别方法包括频率反应声谱记录步骤和宝石识别步骤，所述频率反应声谱记录步骤进一步包括以下操作步骤：
步骤A1：安放需数据录入的宝石于指定位置；
步骤A2：所述激振器发出声频信号，刺激需数据录入的宝石，所述宝石受刺激后发出特有频率信号；
步骤A3：所述声频接收器接收所述特有频率信号，并将其转化为声频信号后传递至数控模块；
步骤A4：所述数控模块接收并预处理所述声频信号为频率反应声谱，并将所述声频信号和频率反应声谱传递至存储模块，完成频率反应声谱记录步骤；
所述宝石识别步骤进一步包括以下操作步骤：
步骤B1：安放待识别宝石于指定位置；
步骤B2：所述激振器发出声频信号，刺激待识别宝石，所述待识别宝石受刺激后发出特有频率信号；
步骤B3：所述声频接收器接收所述特有频率信号，并将其转化为声频信号后传递至数控模块；
步骤B4：所述数控模块接收并预处理所述声频信号为频率反应声谱，并将所述声频信号和频率反应声谱传递至存储模块和识别模块；
步骤B5：所述识别模块将接收到的待识别宝石的声频信号或频率反应声谱，与频率反应声谱记录步骤中已完成数据录入的宝石的声频信号或频率反应声谱相比较后，判断该待识别宝石与已完成数据录入的宝石是否为同一宝石。
8.如权利要求7所述识别宝石的方法，其特征在于：所述预处理采用数码转换器将振动信息转化为数字信号，或采用快速傅立叶变换将声频信号变为频域信息，或采用滤波器去除背景噪声。
9.如权利要求7所述识别宝石的方法，其特征在于：所述声频信号为宝石的时间反应曲线或频率反应曲线。
10.如权利要求7所述识别宝石的方法，其特征在于：所述频率反应声谱记录步骤和宝石识别步骤中，激振器发出的声频信号相同。
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