CN1815192A - 珠宝内部结构检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种珠宝内部结构检测方法，包括将时间相干性低的光源发出的光通过分光器件分为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束分别照射至一个固定有待测珠宝的样器臂和一个产生光程变化且可反射光的参考臂；调整光程，使得经参考臂的反射光及样器臂待测珠宝的反射光发生干涉，产生干涉信号；将干涉信号转化为与其相对应的电信号；并将电信号传输至信号处理分析器；改变参考臂光程，得到珠宝层纵深方向的一维反射光强信号；以及对待测珠宝进行扫描，得到待测珠宝二维内部结构光学切片图像的步骤，本发明利用光学干涉原理，将很弱的珠宝内部的背向散射光与较强的参考光产生干涉，通过探测干涉光信号来探测珠宝内部的结构，大大提高了检测信噪比和灵敏度。

Description

珠宝内部结构检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种检测珠宝内部结构方法及装置，特别涉及一种非接触型珠宝内部结构的测量方法以及相对应的装置。
背景技术
对珠宝内部结构，特别是对不透明或半透明的珠宝的内部结构的检测方法一直是珠宝检测领域内一个亟待解决的问题。现有技术中的珠宝内部结构检测方法一般有如比较法，X射线照射法为代表的间接检测法，和以仲裁法为代表的直接测量法。例如，在对珍珠的珠层厚度检测中，根据养殖珍珠分级国家标准GB/T18781-2002，养殖珍珠按珠层厚度分为特厚、厚、中、薄、极薄五个等级，珠层厚度的测量方法主要有下面三种：一、比较法，其原理为：利用一套已知珠层厚度的标准样品，采用强光照明灯或光纤灯照明，在10倍放大镜或宝石显微镜下，将被检样品与标准样品比较，确定被检样品的珠层厚度级别。二、X射线照相法。利用一套已知珠层厚度的标准样品，将被测样品与标准样品同时放人X光机照相台上，拍摄X射线透视比对照片，在照片上比较和确定被测样品的珠层厚度。三、直接测量法(仲裁法)，将被检样品从中间剖开、磨平，用测量显微镜测量珠层厚度，至少测量珍珠层的三个最大厚度和三个最小厚度，并取其平均值，确定珠层厚度级别。
上述技术中，方法一和方法二属于间接测量，无法得到珠层厚度的准确值。而方法三则属于破坏性测量，必需把检测样品破坏。
可以看出，现有技术中还没有一种，直接的，不对珠宝进行破坏的非接触型测量方法。
发明内容
为解决现有技术存在的上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种基于光学干涉原理，光电变换、信号采集及扫描技术的珠宝内部结构的检测方法。
为实现上述目的，本发明的珠宝内部结构检测方法包括以下步骤：
a.将时间相干性低的光源发出的光通过分光器件分为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束分别照射至一个固定有待测珠宝的样器臂和一个产生光程变化且可反射光的的参考臂；
b.调整光程，使得经参考臂的反射光及样器臂待测珠宝的反射光发生干涉，产生干涉信号；
c.将干涉信号转化为与其相对应的电信号；并将电信号传输至信号处理分析器；改变参考臂光程，得到珠宝层纵深方向的一维反射光强信号；
d.对待测珠宝进行扫描，得到待测珠宝二维内部结构光学切片图像。
本发明利用光学干涉的原理，使珠宝内部的背向散射光与参考光发生干涉，探测干涉信号来检测珠宝内部结构；同时，通过扫描可以得到直观的内部结构图像。
本发明的另一个目的，在于提供一种珠宝内部结构检测装置包括：光源组件、分光器、参考臂反射镜、光电探测器、信号处理分析器、参考臂反射镜扫描装置以及样器臂光束扫描装置，其中，光源组件与分光器输入端之间、分光器两个输出端与参考臂反射镜和待测珍珠之间、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，光电探测器输出端连接电信号处理分析器。
光源组件为时间相干性低的光源，其相干长度为0.5微米到1厘米之间。如超辐射发光二极管光源、或发光二极管光源、或紫外光源、或可见光源、或红外光源等。参考臂反射镜扫描产生的光程变化和调制可通过电动平移台驱动，也可以利用振镜扫描实现。
本发明利用光学干涉原理，将很弱的珠宝内部的背向散射光与较强的参考光产生干涉，通过探测干涉光信号来探测珠宝内部的结构，大大提高了检测信噪比和灵敏度。
本发明利用光学方法对珠宝内部成像，是一种非接触、无损伤、高分辨率的方法，检测无需破坏珠宝。
由于本检测装置可使用光纤干涉技术，干涉光信号传送在光纤中进行，抗环境光、电磁等外界干扰能力强，可实现现场检测。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明珠宝内部结构检测装置实施例示意图；
图3为图2实施例中信号处理分析器原理框图；
图4为图2实施例中得到珍珠珠层图像。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本发明中的珠宝内部结构的检测方法中各步骤可以通过以下方式实现，
构建一个光学Michelson干涉仪：光源发出的光通过分光器分为参考臂光束和样品臂光束两束，其中，参考臂光束射向反射镜，样品臂光束射向待测珠宝；当参考臂反射镜扫描时，产生光程变化并调制，从珠宝内部不同深度处的背向散射光和来自参考臂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；所述的干涉光信号从分光器射出后由光电探测器接收，并转换成干涉光电信号；信号处理分析器接收所述的干涉光电信号，经放大、处理，可以得到珠宝内部纵深方向的一维反射光强信号，进而得到珠宝内部结构。样器臂光束扫描待测珠宝后可以得到直观的二维珠宝内部光学切片图像。
本发明中的珠宝内部结构的检测装置可以通过以下具体实时方式实现，
如图1所示，珠宝内部结构检测装置主要包括：光源组件1、分光器2、参考臂反射镜3、光电探测器5、信号处理分析器6、参考臂反射镜扫描装置7以及样器臂光束扫描装置8，其中，光源组件1与分光器2输入端之间、分光器2两个输出端与参考臂反射镜3和待测珠宝4之间、分光器2的干涉光输出端与光电探测器5之间均采用光学连接，光电探测器5输出端连接电信号处理分析器6。
其中，光源组件1是时间相干性低的光源，其相干长度为0.5微米到1厘米之间，含发光件及其驱动电路，可以是超辐射发光二极管、或发光二极管、或红外发光管等。
分光器2可采用分光棱镜、或镀膜分光片、或光纤耦合器等。
在图2实施例中，光源组件1含发光件及其驱动电路，发光件选用波长为1310纳米、功率为5毫瓦的光纤耦合超辐射发光二极管，光源驱动电路采用由自动电流控制(Auto current control，ACC)电路形成的通用恒流源驱动器。分光器2采用分光比为50％比50％的两输入两输出光纤耦合器，该光纤耦合器接光纤12、13的准直器采用梯度折射率透镜。所述两输入两输出光纤耦合器的输入端通过光纤11与半导体激光器连接，两输入两输出光纤耦合器两个输出端经准直的两束光分别通过光纤12、13射向参考臂反射镜3和待测珠宝4，来自参考臂反射镜3的反射光和待测珠宝的背向散射光分别通过光纤12、13返回到两输入两输出光纤耦合器；两输入两输出光纤耦合器的干涉光输出端通过光纤14与光电探测器5连接，光电探测器5输出端连接电信号处理分析器6。
光电探测器5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。
参考臂反射镜3包括镀金的反射镜，该反射镜固定在可往复移动的参考臂反射镜扫描装置7上。参考臂反射镜的可往复移动频率可为几赫兹到几百赫兹，参考臂反射镜扫描装置7可通过压电陶瓷器件、电动平移台、振动电机、直线电机、音圈电机驱动。本例中电动平移台，带动参考臂反射镜移动，改变参考光路的光程。
样器臂光束扫描装置8可以是光学扫描振镜，也可以通过伺服电机实现扫描，本例中为扫描振镜。
光源组件1产生稳定强度的光，将这一强度稳定的光耦合进光纤耦合器(即如两输入两输出光纤耦合器)的一个输入端，被光纤耦合器按一定的分光比(如50％：50％)分光，在光纤耦合器的两个输出端出射，经准直后一束射向振动式参考镜，另一束射向待测珠宝；从待测珠宝背向散射回去的背向散射光将与从振动式参考镜反射回去的反射光在光纤耦合器相遇发生干涉。
参照图3，信号处理分析器6包括放大电路、滤波电路、模数转换器以及计算机，滤波器连接于放大电路输出端，滤波电路的输出接模数转换器的输入端，模数转换器的数字输出端连接计算机的输入端。放大电路可选用Burr-Brown公司的OP27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型带通滤波器等，模数转换器可选用NI公司的PCI-6111型模数采集卡等，用于处理分析信号的计算机选用TCL公司的A100型计算机等。信号处理分析器6也可以由单片机、放大电路、滤波电路以及模数转换电路等组成。
结合图2中的检测装置，以对珍珠珠层厚度的检测作为实例，对本发明珠宝内部结构检测方法进一步说明：
由光源1的超辐射发光二极管产生稳定强度的光，通过光纤11耦合到两输入两输出光纤耦合器2；
两输入两输出光纤耦合器2将该稳定强度的光分为两束，一束通过光纤12射向参考臂反射镜3，另一束通过光纤13射向待测珍珠4；从待测珍珠的背向散射光与从参考臂反射镜3反射回去的反射光在光纤耦合器2相遇发生干涉，产生的干涉光信号通过光纤14耦合到光电探测器5；
光电探测器5将接收到的干涉光信号转换成干涉光电信号，送至信号处理分析器6；
在信号处理分析器6中，将该干涉光电信号进行放大、滤波、模数转换后，通过计算机并对此干涉信号分析，得到一维纵深光强信号，进一步给出珠层厚度值。通过样器臂光束扫描装置8扫描后可以得到如图4所示的珠层二维图像，可以直观测量珠层厚度。

Claims (9)

1.一种珠宝内部结构检测方法包括以下步骤：
a.将时间相干性低的光源发出的光通过分光器件分为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束分别照射至一个固定有待测珠宝的样器臂和一个产生光程变化且可反射光的的参考臂；
b.调整光程，使得经参考臂的反射光及样器臂待测珠宝的反射光发生干涉；
c.将光干涉信号转化为与其相对应的电信号；并将电信号传输至信号处理分析器；改变参考臂光程，得到珠宝层纵深方向的一维反射光强信号；
d.对待测珍珠进行扫描，得到待测珍珠二维珠层光学切片图像。
2.根据权利要求1所述的珠宝内部结构检测方法，其特征在于：光源为时间相干性低的光源，其相干长度为0.5微米到1厘米之间。
3.根据权利要求1所述的珠宝内部结构检测方法，其特征在于：利用参考臂的反射光与待测珠宝样品内部的反射光发生干涉来检测待测珠宝样品内部的反射光的强度信号。
4.根据权利要求1所述的珠宝内部结构检测方法，其特征在于：由光电探测器将光干涉信号转化为与其相对应的电信号。
5.一种珠宝内部结构检测装置，其特征在于：包括光源组件、分光器、参考臂反射镜、光电探测器、信号处理分析器、参考臂反射镜扫描装置以及样器臂光束扫描装置，其中，光源组件与分光器输入端之间、分光器两个输出端与参考臂反射镜和待测珍珠之间、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，光电探测器输出端连接电信号处理分析器。
6.根据权利要求5所述的珠宝内部结构检测装置，其特征在于：光源组件包括发光件及其驱动电路，该发光件是超辐射发光二极管、或发光二极管、或红外发光管。
7.根据权利要求5所述的珠宝内部结构检测装置，其特征在于：分光器可采用分光棱镜、或镀膜分光片、或光纤耦合器。
8.根据权利要求5所述的珠宝内部结构检测装置，其特征在于：光电探测器是光电二极管，也可以是雪崩二极管或CCD器件。
9.根据权利要求5所述的珠宝内部结构检测装置，其特征在于：通过光纤连接各组件，用以传导检测光。
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