RU2765213C1 - Device for diagnostic stones in jewelry - Google Patents

Device for diagnostic stones in jewelry Download PDF

Info

Publication number
RU2765213C1
RU2765213C1 RU2021113813A RU2021113813A RU2765213C1 RU 2765213 C1 RU2765213 C1 RU 2765213C1 RU 2021113813 A RU2021113813 A RU 2021113813A RU 2021113813 A RU2021113813 A RU 2021113813A RU 2765213 C1 RU2765213 C1 RU 2765213C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
monochromator
radiation
acousto
Prior art date
Application number
RU2021113813A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Боритко
Александр Степанович Бугаев
Владимир Яковлевич Молчанов
Original Assignee
Сергей Викторович Боритко
Александр Степанович Бугаев
Владимир Яковлевич Молчанов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Викторович Боритко, Александр Степанович Бугаев, Владимир Яковлевич Молчанов filed Critical Сергей Викторович Боритко
Priority to RU2021113813A priority Critical patent/RU2765213C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2765213C1 publication Critical patent/RU2765213C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/87Investigating jewels

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: measuring technology.
SUBSTANCE: invention relates to measuring technology, in particular to optical means for diagnosing the quality of precious stones for jewelry. The device for diagnostics by laser spectroscopy includes a laser radiation source for illuminating a stone, a spectrometer for recording radiation scattered by a stone, containing a monochromator, a photomultiplier tube installed at the output of the monochromator operating in the photon counting mode, a spectrometer control and signal processing unit, a computer and a display. The monochromator includes two sequentially installed acousto-optic cells connected to a frequency synthesizer, the control input of which is connected to the control output of the control and signal processing unit. The monochromator in the optical path includes three polarizers, the first of which is installed at the input of the first acousto-optic cell, the second at the output of the second acousto-optic cell, and the third central polarizer, made from the condition of ensuring the incidence of the radiation beam close to the Brewster angles, is located between the output of the first and the input of the second acousto-optic cells.
EFFECT: increasing the resolution while reducing the requirements for tuning and aligning the optical path of the device.
6 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к оптическим средствам диагностики качества драгоценных камней для ювелирных изделий.The invention relates to measuring technology, in particular to optical means for diagnosing the quality of precious stones for jewelry.

Искусство выращивания кристаллов достигло высот, позволяющих получать в лабораториях большинство ювелирных камней. Соответственно, существует необходимость в аппаратуре для диагностики подлинности и качества природных драгоценных камней, к которой относятся методы оптической спектроскопии, в том числе основанные на использования комбинационного рассеяния [K. Nassau. Raman spectroscopy as gemstone test. - J.Gemmol. 1982. vol. XYII, N5, p. 306-320].The art of growing crystals has reached heights that make it possible to produce most of the gemstones in laboratories. Accordingly, there is a need for equipment for diagnosing the authenticity and quality of natural gems, which includes optical spectroscopy methods, including those based on the use of Raman scattering [K. Nassau. Raman spectroscopy as gemstone test. - J. Gemmol. 1982.vol. XYII, N5, p. 306-320].

Известен способ определения генетического типа алмазных зерен (SU 1762628 (А1), ВНИГИ им. А.П.Карпинского, 20.05.1999), включающий освещение каждого зерна пучком оптического монохроматического излучения, в котором регистрируют линию комбинационного рассеяния алмазного зерна в области 1332±50 см-1, измеряют ширину контура указанной линии на половине высоты его максимума, определяют спектральное положение максимума линии комбинационного рассеяния и по полученным данным, с использованием заранее построенной диаграммы, устанавливают генетический тип алмазного зерна. Недостаток данного способа состоит в том, что он может быть использовано только для диагностики алмазов.A known method for determining the genetic type of diamond grains (SU 1762628 (A1), VNIGI named after A.P. Karpinsky, 05/20/1999), including illumination of each grain with a beam of optical monochromatic radiation, in which the Raman scattering line of the diamond grain is recorded in the region of 1332 ± 50 cm -1 , measure the width of the contour of the indicated line at half the height of its maximum, determine the spectral position of the maximum of the Raman scattering line, and according to the data obtained, using a pre-built diagram, the genetic type of the diamond grain is established. The disadvantage of this method is that it can only be used to diagnose diamonds.

Известные в настоящее время установки для изучения комбинационного рассеяния света, как правило, направлены на решение уникальных научных задач, поэтому довольно громоздки, требуют юстировки, тестирования и настройки перед началом измерений, что существенно ограничивает возможность их массового использования в диагностических целях.The currently known setups for studying Raman scattering of light, as a rule, are aimed at solving unique scientific problems; therefore, they are rather cumbersome, require adjustment, testing, and adjustment before starting measurements, which significantly limits the possibility of their mass use for diagnostic purposes.

Так, описано устройство для определения алмазов методом когерентной лазерной спектроскопии (RU 2180108 (С2), BIRZ KONSOLIDEJTED MAJNS LTD D, 27.02.2002), в котором анализируемые алмазы облучают излучением, сформированным путем фокусировки множества лазерных лучей. Как минимум два луча имеют частоты, отличающиеся друг от друга в соответствии с характеристикой алмаза, и должны быть согласованы по фазе когерентно. Устройство для реализации процесса включает в себя вспомогательное средство, определяющее, является ли сигнал рассеяния, испускаемый каждой частицей, характерным сигналом когерентной комбинационного рассеяния для алмаза. Недостатком устройства является необходимость использования двух лазеров, частоты которых различаются на характерную для алмаза величину (1332 1/см), причем необходимо, чтобы они были когерентно согласованными по фазе. Это, с одной стороны, определяет сложность оптической схемы, а с другой, позволяет обнаруживать исключительно алмазы со строго фиксированным изотопным составом. Последнее обстоятельство связано с тем, что характерный для алмаза сдвиг частоты комбинационного рассеяния может изменяться на 50 1/см в зависимости от изотопного состава алмаза, т.е. от эпохи и места образования.Thus, a device for determining diamonds by the method of coherent laser spectroscopy (RU 2180108 (C2), BIRZ KONSOLIDEJTED MAJNS LTD D, February 27, 2002) is described, in which the analyzed diamonds are irradiated with radiation formed by focusing a plurality of laser beams. At least two beams have frequencies that differ from each other in accordance with the characteristics of the diamond, and must be coherently phase-matched. The device for implementing the process includes an auxiliary means for determining whether the scattering signal emitted by each particle is a characteristic coherent Raman signal for diamond. The disadvantage of the device is the need to use two lasers, the frequencies of which differ by a value characteristic of diamond (1332 1/cm), and it is necessary that they be coherently matched in phase. On the one hand, this determines the complexity of the optical scheme, and on the other hand, it makes it possible to detect only diamonds with a strictly fixed isotopic composition. The latter circumstance is related to the fact that the Raman frequency shift characteristic of diamond can vary by 50 1/cm depending on the isotopic composition of diamond, i.e. from the era and place of formation.

Описано устройство для идентификации алмазов (ЕА 035897 В1, АО АЛРОСА, ФГБНУ ТИСНУМ, 28.08.2020). Устройство для идентификации ограненного алмаза содержит место измерения с измерительной апертурой, в которой фиксируется ограненный алмаз, подлежащий исследованию; подвижная оптическая система, включающая спектрометр, два источника излучения на длинах волн 250-280 нм и 350-380 нм, соответственно, причем указанные два источника излучения и спектрометр соединены с местом измерения оптическими волокнами для ввода излучения в алмаз и оптическое волокно для вывода излучения из ограненного алмаза; а также источник лазерного излучения на длине волны 532 нм и микроконтроллер, который сконфигурирован для управления попеременной работой источников излучения в заданной временной последовательности, перемещения оптической системы для ввода излучения в ограненный алмаз и обработки данных спектрометра. Недостаток состоит в необходимости использования фиксированного места с измерительным отверстием, на котором размещают исследуемый алмаз, а также перемещающуюся оптическую систему, содержащую коллимирующие элементы и два отрезка оптического волокна, которые обеспечивают ввод и вывод излучения, что приводит к сложности и многоэлементности исполнения устройства. Кроме того, применяются источники излучения в УФ-области спектра (250-280 и 350-380 нм), что предполагает использование для расположения исследуемого алмаза закрытой камеры, а сама процедура исследования включает три последовательных этапа и требует перестройки на разные источники излучения.A device for the identification of diamonds is described (EA 035897 V1, JSC ALROSA, FSBI TISNUM, 08/28/2020). A device for identifying a cut diamond contains a measuring point with a measuring aperture in which a cut diamond to be examined is fixed; mobile optical system, including a spectrometer, two radiation sources at wavelengths of 250-280 nm and 350-380 nm, respectively, and these two radiation sources and the spectrometer are connected to the measurement site by optical fibers to input radiation into a diamond and an optical fiber to output radiation from faceted diamond; as well as a source of laser radiation at a wavelength of 532 nm and a microcontroller that is configured to control the alternating operation of radiation sources in a given time sequence, move the optical system to inject radiation into a cut diamond, and process spectrometer data. The disadvantage is the need to use a fixed place with a measuring hole on which the test diamond is placed, as well as a moving optical system containing collimating elements and two pieces of optical fiber that provide input and output of radiation, which leads to the complexity and multi-element design of the device. In addition, radiation sources in the UV region of the spectrum (250-280 and 350-380 nm) are used, which implies the use of a closed chamber to locate the diamond under study, and the research procedure itself includes three successive stages and requires adjustment to different radiation sources.

Известно устройство для идентификации алмаза (RU 2679928 (С1), ФГБНУ ТИСНУМ, 14.02.2019), для отделения природных алмазов от синтетических и для выявления спорных алмазов типа На, которые, возможно, были подвергнуты термобарической обработке с целью улучшения цвета. Заявленное устройство для идентификации алмаза содержит два источника излучения: дейтериевую лампу и лазер с длиной волны 405 нм. Излучение этих источников, прошедшее через алмаз, регистрируют спектрометром. Устройство также снабжено механизмом ввода-вывода нотч-фильтра между коллимирующими линзами приемного оптоволокна, направляющего излучение, прошедшие через образец алмаза и вышедшие из него, в спектрометр, который соединен с микропроцессорным контроллером, проводящим анализ и интерпретацию полученных данных. Недостаток устройства состоит в том, что оно не предполагает диагностику других типов драгоценных камней, требует закрытой камеры для расположения исследуемых образцов и усложняет ориентирование лазерного излучения второго источника на конкретный образец, причем устройство предполагает работать с единичными драгоценными камнями не в ювелирном изделии, так как используется ограниченный изолированный объем для расположения исследуемого образца.A device is known for identifying a diamond (RU 2679928 (C1), FGBNU TISNUM, February 14, 2019), for separating natural diamonds from synthetic ones and for identifying disputed type Na diamonds, which may have been subjected to thermobaric treatment in order to improve color. The claimed device for diamond identification contains two sources of radiation: a deuterium lamp and a laser with a wavelength of 405 nm. The radiation from these sources, which has passed through the diamond, is recorded by a spectrometer. The device is also equipped with a notch filter input-output mechanism between the collimating lenses of the receiving fiber, which guides the radiation that has passed through the diamond sample and exited it into the spectrometer, which is connected to a microprocessor controller that analyzes and interprets the obtained data. The disadvantage of the device is that it does not involve the diagnosis of other types of gems, requires a closed chamber for the location of the samples under study and complicates the orientation of the laser radiation of the second source to a specific sample, and the device is supposed to work with single gems not in a jewelry item, since it is used a limited isolated volume for the location of the test sample.

Описано устройство для измерения параметров ограненного драгоценного камня (RU 2664910 (С2), ДЕ БИРС ЮК ЛТД, 23.08.2018). Устройство состоит из комплекта источников излучения, приемного устройства из двух спектрометров, первый из которых предназначен для измерения поглощения, а второй - для измерения спектра комбинационного рассеяния, при этом ограненный драгоценный камень располагается в одной и той же измерительной позиции. Недостаток устройства состоит в том, что оно нацелено на "увеличение надежности и скорости сортировки ограненных драгоценных камней" и не предназначено для их диагностики в сложных ювелирных изделиях. Кроме того, устройство содержит либо широкополосный ультрафиолетовый источник излучения и второй узкополосный источник видимого диапазона частот (лазер) и два соответствующих спектрометра, либо несколько лазерных источников и соответствующее число приемных спектрометров, что существенно усложняет устройство. В частности, узел подачи-приема излучения на образец по многожильному волокну требует точного позиционирования конкретной пары излучатель-приемник. Использование ультрафиолетового источника предполагает наличие закрытого пространства для расположения исследуемого образца и требует его "жесткой" фиксации чтобы не нарушить юстировку при закрытии рабочего пространства.A device for measuring the parameters of a faceted gemstone is described (RU 2664910 (C2), DE BEERS UK LTD, 23.08.2018). The device consists of a set of radiation sources, a receiver of two spectrometers, the first of which is designed to measure absorption, and the second to measure the Raman spectrum, while the cut gemstone is located in the same measuring position. The disadvantage of the device is that it is aimed at "increasing the reliability and speed of sorting cut gems" and is not intended for diagnosing them in complex jewelry. In addition, the device contains either a broadband ultraviolet radiation source and a second narrow-band visible frequency source (laser) and two corresponding spectrometers, or several laser sources and a corresponding number of receiving spectrometers, which significantly complicates the device. In particular, the unit for supplying and receiving radiation to a sample via a stranded fiber requires precise positioning of a particular emitter-receiver pair. The use of an ultraviolet source implies the presence of a closed space for the location of the test sample and requires its "hard" fixation so as not to disturb the alignment when the working space is closed.

Описан интегрированный оптический тестер для идентификации алмаза (CN 110455804 (A), NANJING JIANZHI INSTR AND EQUIPMENT СО LTD, 15.11.2019). Состоит из источника рамановского возбуждающего света, источника УФ-излучения, широкополосного источника света, световода, камеры CCD, пластины УФ-фильтра, спектрометра и встроенного оптического зонда. Однако устройство не может эффективно исключить влияние фоновой флуоресценции и фосфоресценции, кроме того интегрированный оптический тестер, по заложенным в его работу принципам, может идентифицировать только алмазы, причем в режиме именно "тестера", т.е. по принципу "да"-"нет". Использование для регистрации сигнала CCD-камеры предполагает фиксацию не полного спектра отраженного (прошедшего) излучения, а отдельных узких участков. Это упрощает и удешевляет реализацию устройства, но резко снижает его универсальность.An integrated optical tester for diamond identification is described (CN 110455804 (A), NANJING JIANZHI INSTR AND EQUIPMENT CO LTD, 11/15/2019). Consists of Raman excitation light source, UV light source, broadband light source, light guide, CCD camera, UV filter plate, spectrometer and built-in optical probe. However, the device cannot effectively exclude the influence of background fluorescence and phosphorescence, moreover, the integrated optical tester, according to the principles laid down in its operation, can only identify diamonds, and in the "tester" mode, i.e. on a "yes" or "no" basis. The use of a CCD camera for recording a signal involves fixing not the full spectrum of reflected (passed) radiation, but individual narrow sections. This simplifies and reduces the cost of the implementation of the device, but sharply reduces its versatility.

Наиболее близким к патентуемому устройству является инструмент для идентификации драгоценных камней на основе спектроскопии комбинационного рассеяния света (CN 106053425 (А) - Raman spectrum gem and jade appraising device and method, UNIV NANJING SCIENCE & TECH, 26.10.2016 - прототип). Он включает в себя источник питания, оптическую часть, модуль анализа и управления данными. Оптическая часть включает источник питания для возбуждения лазера, внешний оптический тракт, источник питания высокого напряжения, фотоумножитель, монохроматор, счетчик фотонов и модуль анализа и управления данных, включающий в себя главный управляющий драйвер, компьютер и дисплей. Блок управления включает: модуль базы данных спектров комбинационного рассеяния драгоценных камней; модуль анализа спектра для сравнения со спектром базы данных для определения классификации подлинности; модуль расчета состава искусственных драгоценных камней и нефрита, а также помогает в оценке их качества.Closest to the patented device is a tool for identifying gems based on Raman spectroscopy (CN 106053425 (A) - Raman spectrum gem and jade appraising device and method, UNIV NANJING SCIENCE & TECH, 10/26/2016 - prototype). It includes a power supply, an optical part, an analysis and data management module. The optical part includes a power supply for excitation of the laser, an external optical path, a high voltage power supply, a photomultiplier, a monochromator, a photon counter, and a data analysis and control module that includes a main control driver, a computer, and a display. The control unit includes: Raman spectra database module for precious stones; a spectrum analysis module for comparing with a database spectrum to determine the authenticity classification; a module for calculating the composition of artificial gems and jade, and also helps in assessing their quality.

Недостатком устройства-прототипа является необходимость применения камеры с держателем для размещения исследуемого камня, жестко связанного с монохроматором внешнего оптического тракта, а также сложность и многоэлементность самого монохроматора, которая обуславливает необходимость юстировки оптического тракта.The disadvantage of the prototype device is the need to use a camera with a holder to accommodate the stone under study, rigidly connected to the monochromator of the external optical path, as well as the complexity and multi-element of the monochromator itself, which necessitates the alignment of the optical path.

Настоящее изобретение направлено на упрощение конструкции устройства при повышении спектрального разрешения, что расширяет функциональные возможности диагностики ювелирных камней.The present invention is aimed at simplifying the design of the device while increasing the spectral resolution, which expands the functionality of diagnosing jewelry stones.

Патентуемое устройство для диагностики драгоценных камней методом лазерной спектроскопии включает лазерный источник излучения для освещения камня, спектрометр для регистрации рассеянного камнем излучения, содержащий монохроматор, установленный на выходе монохроматора фотоэлектронный умножитель, работающий в режиме счета фотонов, блок управления и обработки сигналов спектрометра, компьютер и дисплей.The patented device for diagnosing gemstones by laser spectroscopy includes a laser source of radiation for illuminating the stone, a spectrometer for detecting radiation scattered by the stone, containing a monochromator, a photomultiplier installed at the output of the monochromator operating in the photon counting mode, a control unit and signal processing of the spectrometer, a computer and a display .

Отличие состоит в следующем. Монохроматор включает две последовательно установленные акустооптические ячейки, подключенные к синтезатору частот, управляющий вход которого связан с управляющим выходом блока управления и обработки сигналов.The difference is as follows. The monochromator includes two acousto-optic cells installed in series connected to a frequency synthesizer, the control input of which is connected to the control output of the control and signal processing unit.

Монохроматор включает три поляризатора, первый из которых установлен на входе первой акустооптической ячейки, второй - на выходе второй акустооптической ячейки, а третий центральный поляризатор, выполненный из условия обеспечения падения пучка излучения близким к углам Брюстера, размещен между выходом первой и входом второй акустооптических ячеек.The monochromator includes three polarizers, the first of which is installed at the input of the first acousto-optic cell, the second - at the output of the second acousto-optic cell, and the third central polarizer, made to ensure the incidence of the radiation beam close to the Brewster angles, is placed between the output of the first and the input of the second acousto-optic cells.

Монохроматор также содержит датчик температуры, связанный с первым информационным входом блока управления и обработки сигналов, второй вход которого связан с выходом фотоэлектронного умножителя, а вход-выход блока управления и обработки сигналов соединен с компьютером, связанным с базой данных спектров комбинационного рассеяния эталонов.The monochromator also contains a temperature sensor connected to the first information input of the control and signal processing unit, the second input of which is connected to the output of the photomultiplier, and the input-output of the control and signal processing unit is connected to a computer connected to the database of Raman spectra of standards.

Устройство может характеризоваться тем, что оптический выход лазерного источника излучения и оптический вход спектрометра для регистрации рассеянного излучения присоединены к объединенным гибкой оболочкой раздельным волоконным световодам, оконечности которых образуют контактную зону измерительного зонда, причем осветительные световоды размещены в центре указанной контактной зоны, а световоды для регистрации рассеянного излучения - по периферии указанной контактной зоны.The device may be characterized in that the optical output of the laser radiation source and the optical input of the spectrometer for recording scattered radiation are connected to separate optical fibers combined by a flexible shell, the ends of which form the contact zone of the measuring probe, and the lighting fibers are placed in the center of the specified contact zone, and the optical fibers for registration scattered radiation - along the periphery of the specified contact zone.

Устройство может характеризоваться и тем, что акустооптическая ячейка содержит звукопровод из монокристалла молибдата кальция и пьезоэлектрический преобразователь из ниобата лития, присоединенный к звукопроводу с возможностью возбуждения в нем ультразвуковых колебаний в диапазоне частот 40-120 МГц.The device can also be characterized by the fact that the acousto-optic cell contains a calcium molybdate monocrystal sound guide and a lithium niobate piezoelectric transducer connected to the sound guide with the possibility of excitation of ultrasonic vibrations in it in the frequency range of 40-120 MHz.

Устройство может характеризоваться также тем, что третий центральный поляризатор выполнен из двух равнобедренных призм из кальцита с углом при вершине 71°, а также тем, что лазерный источник излучения для освещения камня имеет длину волны 532 нм, кроме того, тем, что на входе спектрометра установлен нотч-фильтр.The device can also be characterized by the fact that the third central polarizer is made of two isosceles calcite prisms with an apex angle of 71°, and also by the fact that the laser source of radiation for illuminating the stone has a wavelength of 532 nm, in addition, by the fact that at the input of the spectrometer notch filter installed.

Технический результат изобретения - повышение спектрального разрешения при уменьшении количества оптических элементов как в монохроматоре, так и во внешнем оптическом тракте, что существенно упрощает тракт;The technical result of the invention is to increase the spectral resolution while reducing the number of optical elements both in the monochromator and in the external optical path, which greatly simplifies the path;

- используемые оптические элементы представляют собой монолитные кристаллические акустооптические ячейки, поэтому устройство устойчиво к вибрациям, является переносным и не требует юстировки перед проведением измерений;- the used optical elements are monolithic crystalline acousto-optic cells, so the device is resistant to vibrations, is portable and does not require adjustment before measurements;

- использование гибкого волоконного зонда позволяет обойтись без специальной камеры с держателем образца, которая ограничивает размер ювелирного изделия (колье, браслет...) и позволяет быстро перестраиваться (за счет контакта «в ручную») от одного диагностируемого камню к другому;- the use of a flexible fiber probe eliminates the need for a special chamber with a sample holder, which limits the size of the jewelry (necklace, bracelet ...) and allows you to quickly rebuild (due to "manual" contact) from one diagnosed stone to another;

- наличие возможности пополнения БД в блоке управления и обработки сигналов позволяет непосредственно вносить спектральную информацию о новых эталонных образцах.- the availability of the possibility of replenishing the database in the control and signal processing unit allows you to directly enter spectral information about new reference samples.

Устройство выполняется в одноблочной реализации и включает в себя одночастотный узкополосный лазерный источник излучения видимого диапазона и акустооптический спектрометр, а также гибкий волоконный зонд, позволяющий исследовать ювелирные изделия любого размера. Используется низкая интенсивность излучения, что является безопасным для зрения человека. Для исследования конкретного драгоценного камня в сложном ювелирном изделии осуществляется непосредственное контактирование измерительного конца гибкого волоконного зонда, что дает возможность быстро перестраиваться с одного камня на другой. Результатом измерений является спектр комбинационного рассеяния образца, что позволяет, при наличии эталонной базы данных по спектрам различных драгоценных камней, определить является ли данный камень драгоценным или это имитатор, например цветное стекло, пластик и т.п.. Под термином «сложное ювелирное изделие» в данном изобретении понимается изделие, содержащее множество, возможно различных, драгоценных камней, распределенных по большой площади (браслеты, колье, броши и т.д.).The device is made in a single-block implementation and includes a single-frequency narrow-band laser radiation source in the visible range and an acousto-optic spectrometer, as well as a flexible fiber probe that allows you to examine jewelry of any size. Low intensity radiation is used, which is safe for human vision. To study a specific gem in a complex piece of jewelry, the measuring end of a flexible fiber probe is directly contacted, which makes it possible to quickly change from one stone to another. The measurement result is the Raman spectrum of the sample, which allows, in the presence of a reference database on the spectra of various gems, to determine whether this stone is precious or if it is an imitator, for example, colored glass, plastic, etc. Under the term "complex jewelry" the present invention refers to an article containing a plurality, possibly different, of precious stones distributed over a large area (bracelets, necklaces, brooches, etc.).

Существо изобретения поясняется на чертежах, где:The essence of the invention is illustrated in the drawings, where:

фиг. 1 - блок-схема устройства;fig. 1 - block diagram of the device;

фиг. 2 - оптическая схема монохроматора;fig. 2 - optical scheme of the monochromator;

фиг. 3 - конструкция волоконного зонда;fig. 3 - design of the fiber probe;

фиг. 4 - схема размещения волокон в зонде;fig. 4 - layout of fibers in the probe;

фиг. 5 - устройство в сборе;fig. 5 - device assembled;

фиг. 6 - спектр комбинационного рассеяния натурального алмаза ювелирного качества (виден характерный пик на частоте 1332 см-1);fig. 6 - Raman scattering spectrum of natural gem-quality diamond (a characteristic peak is visible at a frequency of 1332 cm -1 );

фиг. 7. - нормированный спектр комбинационного рассеяния кристалла фианита;fig. 7. - normalized spectrum of Raman scattering of fianite crystal;

фиг. 8 - спектр комбинационного рассеяния кристалла горного хрусталя;fig. 8 - spectrum of Raman scattering of a rock crystal;

фиг. 9 - спектр комбинационного рассеяния двух разных кристаллов шеелита;fig. 9 - Raman spectrum of two different scheelite crystals;

фиг. 10 - спектры комбинационного рассеяния для образца алмаза, который является двойником.fig. 10 - Raman spectra for a diamond sample, which is a twin.

Блок-схема устройства показана фиг. 1. Устройство содержит лазер 1, волоконно-оптический зонд 2, спектрометр 3, персональный компьютер 4. Спектрометр 3 содержит монохроматор 30, содержащий две последовательно установленные акустооптические (АО) ячейки 31 и 32, датчик 33 температуры монохроматора 30, фотоэлектронный умножитель ФЭУ 34, установленный на выходе монохроматора 30. Спектрометр 3 включает синтезатор 35 частоты для обеспечения функционирования АО ячеек 31 и 32, а также блок 36 управления и обработки сигналов. Входы пьезоэлектрических преобразователей 311, 321 АО ячеек 311 и 312 подключены к выходам синтезатора 33, который обеспечивает генерацию электрических колебаний в диапазоне частот 40-120 МГц, необходимых для возбуждение ультразвуковых колебаний в АО ячейках.The block diagram of the device is shown in Fig. 1. The device contains a laser 1, a fiber optic probe 2, a spectrometer 3, a personal computer 4. The spectrometer 3 contains a monochromator 30 containing two acousto-optic (AO) cells 31 and 32 installed in series, a temperature sensor 33 of the monochromator 30, a PMT photomultiplier 34, installed at the output of the monochromator 30. The spectrometer 3 includes a frequency synthesizer 35 to ensure the operation of the AO cells 31 and 32, as well as a control and signal processing unit 36. The inputs of the piezoelectric transducers 311, 321 of the AO cells 311 and 312 are connected to the outputs of the synthesizer 33, which generates electrical oscillations in the frequency range of 40-120 MHz, necessary to excite ultrasonic oscillations in the AO cells.

Функционирование спектрометра 3 обеспечивается блоком 36 управления и обработки сигналов, входы которого связаны с датчиком 33 температуры и выходом умножителя ФЭУ 34.The operation of the spectrometer 3 is provided by the control and signal processing unit 36, the inputs of which are connected to the temperature sensor 33 and the output of the PMT multiplier 34.

Блок 36 управления и обработки сигналов связан шиной 341 обмена информацией и управления с персональным компьютером 4, связанным с базой 41 данных эталонов посредством шины 411. На входе спектрометра 3 установлен нотч-фильтр 37, препятствующий прямому попаданию излучения от лазера 1.The control and signal processing unit 36 is connected by a bus 341 for information exchange and control with a personal computer 4 connected to the database 41 of the standards database via bus 411. A notch filter 37 is installed at the input of the spectrometer 3, which prevents direct radiation from the laser 1.

На фиг. 2 показана оптическая схема монохроматора. Монохроматор 30 вдоль направления распространения анализируемого рассеянного излучения содержит входной поляризатор 301, корректирующую призму 302, установленную на входе АО ячейки 31. На выходе первой АО ячейки 31 расположен центральный поляризатор 303, связанный со второй АО-ячейкой 32, на выходе которой размещена корректирующая призма 304. Далее размещены выходной поляризатор 305, светофильтр 306, фокусирующая линза 307 и диафрагма 308, через которую излучение попадает на фотоэлектронный умножитель 32. Направление распространения анализируемого рассеянного излучения обозначено поз. 309.In FIG. 2 shows the optical layout of the monochromator. The monochromator 30 along the direction of propagation of the analyzed scattered radiation contains an input polarizer 301, a corrective prism 302, installed at the input of the AO cell 31. At the output of the first AO cell 31, there is a central polarizer 303, connected to the second AO cell 32, at the output of which a corrective prism 304 is placed Next, there is an output polarizer 305, a light filter 306, a focusing lens 307 and a diaphragm 308, through which the radiation enters the photomultiplier 32. The direction of propagation of the analyzed scattered radiation is indicated by pos. 309.

Звукопроводы 3111, 3211 ячеек 31, 32 изготовлены из оптически прозрачных монокристаллов молибдата кальция CaMoO4, имеют сечение 14×12 мм и длину около 7 мм. Пьезоэлектрические преобразователи 311 и 321 выполнены из ниобата лития LiNbO3 и обеспечивают в звукопроводах 3111, 3121 возбуждение ультразвуковых колебаний в диапазоне частот 40-120 МГц.Sound guides 3111, 3211 of cells 31, 32 are made of optically transparent single crystals of calcium molybdate CaMoO 4 , have a cross section of 14×12 mm and a length of about 7 mm. Piezoelectric transducers 311 and 321 are made of lithium niobate LiNbO 3 and provide excitation of ultrasonic vibrations in the sound ducts 3111, 3121 in the frequency range of 40-120 MHz.

Для сокращения габаритов монохроматора 30 на входе первой 31 и выходе второй 32 АО ячеек установлены корректирующие призмы 302 и 304, выполненные из стекла и установленные таким образом, чтобы световой луч в монохроматоре 30 не изменял своего направления. Одна из граней этих призм 302 и 304 просветлена, световые потери на второй грани призм незначительны, т.к. угол падения света на эту грань близок к углу Брюстера. Входной 301 и выходной 304 поляризаторы изготовлены по схеме Глана, причем входная призма изготовлена из кальцита СаСО3, а выходная призма - из стекла. Угол при вершине у призм обоих типов составляет 40°. Входная и выходная грани поляризаторов 301, 305 просветлены.To reduce the dimensions of the monochromator 30 at the input of the first 31 and the output of the second 32 AO cells, corrective prisms 302 and 304 are installed, made of glass and installed in such a way that the light beam in the monochromator 30 does not change its direction. One of the faces of these prisms 302 and 304 is coated, the light loss on the second face of the prisms is negligible, because the angle of incidence of light on this face is close to the Brewster angle. Input 301 and output 304 polarizers are made according to the Glan scheme, and the input prism is made of CaCO 3 calcite, and the output prism is made of glass. The vertex angle for both types of prisms is 40°. The input and output faces of the polarizers 301, 305 are coated.

Центральный поляризатор 303 состоит из двух равнобедренных призм 3031, 3032 из кальцита с углом при вершине 71°. Такой поляризатор обладает большой угловой апертурой, при этом углы падения «осевого» пучка близки к углам Брюстера, так что эти пучки проходят через поляризатор 303 без потерь. На выходе монохроматора 30 установлен светофильтр 306, предназначенный для дополнительного подавления излучения лазера 1. За светофильтром 306 расположен сепаратор 307 прошедшего излучения, который с помощью диафрагмы 308, расположенной в фокальной плоскости линзы 307, отсекает излучение, выходящее из монохроматора под углом более 1,5° к оси 309 распространения.The central polarizer 303 consists of two isosceles calcite prisms 3031, 3032 with an apex angle of 71°. Such a polarizer has a large angular aperture, with the angles of incidence of the "axial" beam close to the Brewster angles, so that these beams pass through the polarizer 303 without loss. A light filter 306 is installed at the output of the monochromator 30, designed to additionally suppress the radiation of laser 1. Behind the light filter 306 there is a separator 307 of the transmitted radiation, which, using a diaphragm 308 located in the focal plane of the lens 307, cuts off the radiation emerging from the monochromator at an angle of more than 1.5 ° to the propagation axis 309.

Измерения показали, что аппаратная функция монохроматора 30 в устройстве на длине волны используемого лазера 532 нм имеет спектральную ширину 2 ангстрема при подавлении вне полосы пропускания около 50 дБ. Такие результаты позволяют с высоким спектральным разрешением регистрировать особенности в спектрах исследуемых драгоценных камней и, тем самым, обеспечить высокую достоверность диагностики.Measurements have shown that the instrumental function of the monochromator 30 in the device at the wavelength of the 532 nm laser used has a spectral width of 2 angstroms with an out-of-band rejection of about 50 dB. Such results make it possible to record features in the spectra of the studied gemstones with a high spectral resolution and, thereby, provide a high reliability of diagnostics.

Волоконный зонд 2 (фиг. 3), предназначен для передачи излучения видимого диапазона от лазера 1 к исследуемому камню К и рассеянного от него излучения к спектрометру 3. Конструкция таких гибких зондов, которые используются для подсветки объекта и последующего анализа принятого излучения для различных применений, известна из уровня техники (см., например, US 5202558 (А), BARKER LYNN М., 13.04.1993; RU 138056 U1, ООО "ИНЛАЙФ", 27.02.2014), и используется по известному назначению.Fiber probe 2 (Fig. 3) is designed to transmit radiation in the visible range from laser 1 to the studied stone K and radiation scattered from it to spectrometer 3. The design of such flexible probes, which are used to illuminate an object and then analyze the received radiation for various applications, known from the prior art (see, for example, US 5202558 (A), BARKER LYNN M., 04/13/1993; RU 138056 U1, INLIFE LLC, 02/27/2014), and is used for a known purpose.

В конкретной реализации зонд 2 представляет собой плотно упакованный жгут 21 оптических волокон с упорядоченной укладкой, включающий осветительные 22, приемные 23 и нерабочие 24 жгуты, образующий гибкий Y-образный волоконный зонд. Диаметр волокон порядка 200 мкм, их общее количество 37 штук, из них осветительных 7 штук, а приемных 30 штук. Каждое волокно покрыто полиамидной защитной оболочкой. Жгуты 21 волокон снаружи защищены металлорукавом. Размещение волокон в жгутах показана на фиг. 4. Осветительные волокна размещены по центру зонда, приемные - по периферии. Жгут 21 заключен в цилиндрический иглообразный держатель 26 с пластиковой ручкой. Полная длина зонда 2 составляет 1,55 м, в том числе осветительного конца - 0,5 м, приемного конца, - 0,5 м, при длине рабочего конца - 1 м. Осветительный и приемный концы зонда заканчиваются стандартными оптическими разъемами 27, 28. Рабочий диапазон температур от -150°С до +60°С, спектральный диапазон - 0,5-0,9 мкм.In a specific implementation, the probe 2 is a densely packed bundle 21 of optical fibers with an ordered stacking, including lighting 22, receiving 23 and non-working bundles 24, forming a flexible Y-shaped fiber probe. The diameter of the fibers is about 200 microns, their total number is 37 pieces, of which 7 are lighting pieces, and 30 are receiving ones. Each fiber is covered with a polyamide protective sheath. The bundles of 21 fibers are protected from the outside by a metal hose. The arrangement of fibers in tows is shown in Fig. 4. Illumination fibers are located in the center of the probe, receiving fibers are located along the periphery. The harness 21 is enclosed in a cylindrical needle-shaped holder 26 with a plastic handle. The total length of the probe 2 is 1.55 m, including the lighting end - 0.5 m, the receiving end - 0.5 m, with the length of the working end - 1 m. The lighting and receiving ends of the probe end with standard optical connectors 27, 28 .Working temperature range from -150°С to +60°С, spectral range - 0.5-0.9 microns.

Электропитание для функционирования устройства осуществляется с помощью известных технических средств и в данном описании не приводится.The power supply for the functioning of the device is carried out using known technical means and is not given in this description.

На фиг. 5 показана реализация устройства в одноблочном исполнении. В корпусе общим размером 35×25×17 см3 снизу размещен короб 50 с блоками питания и лазером, на коробе укреплен монохроматор 30 с присоединенным к нему ФЭУ 34. На коробе и монохроматоре расположены выходное (к 27) и входное (к 28) гнезда для присоединения гибкого Y-образного волоконного зонда.In FIG. 5 shows the implementation of the device in a single-block design. In the case with a total size of 35 × 25 × 17 cm 3, a box 50 with power supplies and a laser is placed on the bottom, a monochromator 30 with a photomultiplier 34 attached to it is mounted on the box. Output (to 27) and input (to 28) sockets are located on the box and monochromator for connecting a flexible Y-shaped fiber probe.

Устройство для диагностики драгоценных камней работает следующим образом. Ювелирное изделие располагают на любой поверхности так, чтобы грани драгоценных камней оказались сверху. Включаются блоки питания лазера 1, ФЭУ 34, блока 36 управления и обработки сигналов, синтезатора 35 частоты и персонального компьютера ПК4, приводя тем самым лазер, спектрометр и PC в рабочее состояние. Измерительный конец 25 Y-образного волоконного зонда 1 "вручную" приводится в непосредственный контакт с драгоценным камнем К. При этом излучение от твердотельного одночастотного узкополосного лазера 1 по осветительному жгуту 22 волоконного зонда 2 подается на анализируемый драгоценный камень К, а рассеянное излучение по приемному жгуту 23 того же зонда, поступает на вход спектрометра 3.The device for diagnosing gemstones works as follows. The piece of jewelry is placed on any surface so that the facets of the gemstones are on top. The power supplies of the laser 1, the PMT 34, the control and signal processing unit 36, the frequency synthesizer 35 and the PC4 personal computer are switched on, thereby bringing the laser, spectrometer and PC into working condition. The measuring end 25 of the Y-shaped fiber probe 1 is “manually” brought into direct contact with the gemstone K. In this case, the radiation from the solid-state single-frequency narrow-band laser 1 is fed through the illumination bundle 22 of the fiber probe 2 to the analyzed gemstone K, and the scattered radiation is fed through the receiving bundle 23 of the same probe enters the input of spectrometer 3.

Проходя через нотч-фильтр 301, который подавляет спектральную составляющую, соответствующую частоте лазера 1, рассеянное излучение попадает на вход монохроматора 30, последовательно проходит через акустооптические ячейки 31 и 32 и попадает на ФЭУ 34, работающему в режиме счета фотонов.Passing through the notch filter 301, which suppresses the spectral component corresponding to the frequency of the laser 1, the scattered radiation enters the input of the monochromator 30, sequentially passes through the acousto-optic cells 31 and 32, and enters the photomultiplier 34 operating in the photon counting mode.

Электрический сигнал с выхода ФЭУ 34 подается в блок 36 управления и обработки сигналов, где стандартным АЦП (на схеме не показан) преобразуется в цифровой вид и передается в ПК4, где автоматически создается текущий файл данных для дальнейшего представления в графической форме на мониторе ПК4..The electrical signal from the PMT 34 output is fed to the control and signal processing unit 36, where a standard ADC (not shown in the diagram) is converted to digital form and transmitted to PC4, where the current data file is automatically created for further presentation in graphical form on the PC4 monitor ..

Сканирование по спектру поданного на монохроматор 30 рассеянного излучения осуществляется по командам программы, записанной в память блока 36 управления и обработки сигналов в виде соответствующих кодов, позволяющих задавать частоту переменного управляющего сигнала, подаваемого синтезатором 35 частоты на ультразвуковые преобразователи 311, 321 акустооптических ячеек 31 и 32, а также величину и временные моменты включения/выключения этого управляющего сигнала. Таким образом, при поточечном изменении частоты управляющего сигнала, за счет последовательной дифракции проходящего излучения в акустооптических ячейках, происходит регистрация его спектральных составляющих.Scanning over the spectrum of the scattered radiation supplied to the monochromator 30 is carried out by the commands of the program recorded in the memory of the control and signal processing unit 36 in the form of appropriate codes that allow you to set the frequency of the variable control signal supplied by the frequency synthesizer 35 to the ultrasonic transducers 311, 321 of the acousto-optic cells 31 and 32 , as well as the magnitude and time moments of switching on/off this control signal. Thus, with a point-by-point change in the frequency of the control signal, due to the successive diffraction of the transmitted radiation in acousto-optic cells, its spectral components are recorded.

Наличие в схеме монохроматора датчика 33 температуры позволяет в ходе измерений проводить самокалибровку и вносить необходимую коррекцию частоты синтезатора 35 для учета температурного изменения параметров ячеек.The presence of a temperature sensor 33 in the monochromator circuit makes it possible during measurements to carry out self-calibration and introduce the necessary frequency correction of the synthesizer 35 to take into account the temperature change in the parameters of the cells.

В результате описанной процедуры в ПК создается файл, позволяющий отобразить на мониторе спектр рассеянного от драгоценного камня излучения и по имеющейся базе данных 41 эталонов либо визуально, либо программно установить, является ли данный камень драгоценным или имитатором.As a result of the described procedure, a file is created in a PC that allows you to display the spectrum of radiation scattered from a precious stone on the monitor and, using the available database of 41 standards, either visually or programmatically determine whether this stone is precious or an imitator.

Устройство позволяет определять качество достаточно мелких бриллиантов, поскольку благодаря конструкции волоконного зонда 2 рассеянное излучение выходит из камня в широкой апертуре углов и, следовательно, всегда попадает в несколько волокон приемного жгута 23.The device makes it possible to determine the quality of fairly small diamonds, since due to the design of the fiber probe 2, the scattered radiation leaves the stone in a wide aperture of the corners and, therefore, always enters several fibers of the receiving bundle 23.

Для подтверждения достижения технического результата проведена идентификация в ювелирных изделиях ограненных алмазов (бриллиантов) и основных имитаторов, а также природных не ограненных алмазов и шеелитов. Устройство позволило различить образцы алмазов и имитаторы, и подтвердило возможность дифференцировать природные алмазы от синтетических камней.To confirm the achievement of the technical result, the identification of cut diamonds (diamonds) and basic imitators in jewelry, as well as natural uncut diamonds and scheelites, was carried out. The device made it possible to distinguish between diamond samples and imitators, and confirmed the ability to differentiate natural diamonds from synthetic stones.

Известно, что кристаллы алмаза имеют кубическую решетку, в которой атомы углерода связаны между собой сильными ковалентными связями. Для таких кристаллов характерно одно групповое колебание. Следовательно, в спектре комбинационного рассеяния должен присутствовать только один ярко выраженный пик, уширенный в меру теплового колебания решетки, что и демонстрирует фиг. 6.It is known that diamond crystals have a cubic lattice in which carbon atoms are linked by strong covalent bonds. Such crystals are characterized by one group vibration. Consequently, the Raman spectrum should contain only one pronounced peak, broadened to the extent of the thermal vibration of the lattice, which is demonstrated in Fig. 6.

Наиболее близким имитатором алмаза является фианит. По химическому составу фианит представляет собой окись циркония и гафния в сочетании с добавками редкоземельных элементов. В кристаллической решетке фианита присутствуют упорядоченно расположенные атомы разных элементов, что приводит к образованию нескольких частот групповых колебаний и спектр комбинационного рассеяния значительно богаче, чем для алмаза (см. фиг. 7).The closest imitator of diamond is cubic zirconia. According to the chemical composition, cubic zirconia is an oxide of zirconium and hafnium in combination with rare earth elements. The crystal lattice of fianite contains ordered atoms of different elements, which leads to the formation of several frequencies of group vibrations and the Raman scattering spectrum is much richer than for diamond (see Fig. 7).

Другим, используемым с давних пор, имитатором бриллианта является горный хрусталь. Он представляет собой кристаллы двуокиси кремния (SiO2). На фиг. 8 показан спектр комбинационного рассеяния кристалла кварца. Виден четко выраженный одиночный характеристический пик (что также характерно для алмаза), но его частота составляет 466 см-1 и, следовательно, диагностика камня в ювелирном изделии и в этом случае однозначна - это имитатор.Another long-used imitation diamond is rock crystal. It is silicon dioxide (SiO 2 ) crystals. In FIG. 8 shows the Raman spectrum of a quartz crystal. A clearly defined single characteristic peak is visible (which is also typical for diamond), but its frequency is 466 cm -1 and, therefore, the diagnosis of a stone in a piece of jewelry is unambiguous in this case - it is an imitator.

Приведенные на фиг. 9 спектры комбинационного рассеяния для двух разных кристаллов шеелита, добытых в разное время и в разных местах, демонстрируют другую возможность. Из графика видно, что независимо от камня (обработан он или нет, добыт из разных месторождений или из одного и того же, но в разное время) основные характеристические пики в спектрах совпадают. Это позволяет однозначно определить межвидовой тип исследуемого минерала.Shown in FIG. 9 Raman spectra for two different scheelite crystals, mined at different times and in different places, demonstrate another possibility. It can be seen from the graph that regardless of the stone (whether it is processed or not, mined from different deposits or from the same one, but at different times), the main characteristic peaks in the spectra coincide. This makes it possible to unambiguously determine the interspecies type of the studied mineral.

На фиг. 10 представлены спектры комбинационного рассеяния в трех разных областях алмаза, который является двойником. Сдвиг пика комбинационного рассеяния обусловлен различным соотношением в изотопном составе разных участков данного кристалла, выросших в разные геологические эпохи. Данное обстоятельство позволяет различать натуральные алмазы, образовавшиеся в ранние геологические эпохи, от искусственно выращенных.In FIG. 10 shows the Raman spectra in three different regions of diamond, which is a twin. The shift of the Raman peak is due to the different ratios in the isotopic composition of different parts of a given crystal that grew in different geological epochs. This circumstance makes it possible to distinguish natural diamonds formed in early geological epochs from those artificially grown.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о достижении технического результата - повышении разрешающей способности при снижении требований к настройке и юстировке оптического тракта устройства.Thus, the presented data indicate the achievement of a technical result - an increase in resolution while reducing the requirements for tuning and aligning the optical path of the device.

Claims (9)

1. Устройство для диагностики драгоценных камней методом лазерной спектроскопии, включающее лазерный источник излучения для освещения камня, спектрометр для регистрации рассеянного камнем излучения, содержащий монохроматор, установленный на выходе монохроматора фотоэлектронный умножитель, работающий в режиме счета фотонов, блок управления и обработки сигналов спектрометра, компьютер и дисплей,1. A device for diagnosing precious stones by laser spectroscopy, including a laser source of radiation for illuminating a stone, a spectrometer for recording radiation scattered by a stone, containing a monochromator, a photomultiplier tube installed at the output of the monochromator operating in the photon counting mode, a control unit and signal processing of the spectrometer, a computer and display отличающееся тем, что монохроматор включает две последовательно установленные акустооптические ячейки, подключенные к синтезатору частот, управляющий вход которого связан с управляющим выходом блока управления и обработки сигналов, при этомcharacterized in that the monochromator includes two acousto-optic cells installed in series connected to a frequency synthesizer, the control input of which is connected to the control output of the control and signal processing unit, while монохроматор включает три поляризатора, первый из которых установлен на входе первой акустооптической ячейки, второй - на выходе второй акустооптической ячейки, а третий центральный поляризатор, выполненный из условия обеспечения падения пучка излучения близким к углам Брюстера, размещен между выходом первой и входом второй акустооптических ячеек;the monochromator includes three polarizers, the first of which is installed at the input of the first acousto-optic cell, the second - at the output of the second acousto-optic cell, and the third central polarizer, made to ensure the incidence of the radiation beam close to the Brewster angles, is placed between the output of the first and the input of the second acousto-optic cells; монохроматор содержит датчик температуры, связанный с первым информационным входом блока управления и обработки сигналов, второй вход которого связан с выходом фотоэлектронного умножителя, а вход-выход блока управления и обработки сигналов соединен с компьютером, связанным с базой данных спектров комбинационного рассеяния эталонов.the monochromator contains a temperature sensor connected to the first information input of the control and signal processing unit, the second input of which is connected to the output of the photomultiplier, and the input-output of the control and signal processing unit is connected to a computer connected to the database of Raman spectra of standards. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптический выход лазерного источника излучения и оптический вход спектрометра для регистрации рассеянного излучения присоединены к объединенным гибкой оболочкой раздельным волоконным световодам, оконечности которых образуют контактную зону измерительного зонда, причем осветительные световоды размещены в центре указанной контактной зоны, а световоды для регистрации рассеянного излучения - по периферии указанной контактной зоны.2. The device according to claim 1, characterized in that the optical output of the laser radiation source and the optical input of the spectrometer for recording scattered radiation are connected to separate optical fibers combined by a flexible shell, the ends of which form the contact zone of the measuring probe, and the lighting fibers are placed in the center of the specified contact zones, and light guides for registration of scattered radiation - along the periphery of the specified contact zone. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что акустооптическая ячейка содержит звукопровод из монокристалла молибдата кальция и пьезоэлектрический преобразователь из ниобата лития, присоединенный к звукопроводу с возможностью возбуждения в нем ультразвуковых колебаний в диапазоне частот 40-120 МГц.3. The device according to claim 1, characterized in that the acousto-optic cell contains a sound guide made of a single crystal of calcium molybdate and a piezoelectric transducer made of lithium niobate, connected to the sound guide with the possibility of excitation of ultrasonic vibrations in it in the frequency range of 40-120 MHz. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что третий центральный поляризатор выполнен из двух равнобедренных призм из кальцита с углом при вершине 71°.4. The device according to claim 1, characterized in that the third central polarizer is made of two isosceles calcite prisms with an apex angle of 71°. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лазерный источник излучения для освещения камня имеет длину волны 532 нм.5. The device according to claim 1, characterized in that the laser source of radiation for illuminating the stone has a wavelength of 532 nm. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на входе спектрометра установлен нотч-фильтр.6. Device according to claim 1, characterized in that a notch filter is installed at the spectrometer input.
RU2021113813A 2021-05-17 2021-05-17 Device for diagnostic stones in jewelry RU2765213C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113813A RU2765213C1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 Device for diagnostic stones in jewelry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113813A RU2765213C1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 Device for diagnostic stones in jewelry

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2765213C1 true RU2765213C1 (en) 2022-01-26

Family

ID=80445437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021113813A RU2765213C1 (en) 2021-05-17 2021-05-17 Device for diagnostic stones in jewelry

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765213C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002006797A1 (en) * 2000-07-18 2002-01-24 Gersan Establishment Instrument for examining a gemstone
CN106053425A (en) * 2016-05-10 2016-10-26 南京理工大学 Raman spectrum gem and jade appraising device and method
RU2664910C2 (en) * 2013-07-18 2018-08-23 Де Бирс Юк Лтд Faceted gemstone parameters measurement device and method
RU2679928C1 (en) * 2018-01-17 2019-02-14 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Device for identification of diamond
CN110455804A (en) * 2018-05-08 2019-11-15 南京简智仪器设备有限公司 Optical Synthetic test device for appreciation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002006797A1 (en) * 2000-07-18 2002-01-24 Gersan Establishment Instrument for examining a gemstone
RU2664910C2 (en) * 2013-07-18 2018-08-23 Де Бирс Юк Лтд Faceted gemstone parameters measurement device and method
CN106053425A (en) * 2016-05-10 2016-10-26 南京理工大学 Raman spectrum gem and jade appraising device and method
RU2679928C1 (en) * 2018-01-17 2019-02-14 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Device for identification of diamond
CN110455804A (en) * 2018-05-08 2019-11-15 南京简智仪器设备有限公司 Optical Synthetic test device for appreciation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3505916B1 (en) Device for identifying a diamond
US6907149B2 (en) Compact optical measurement probe
KR100352689B1 (en) Advanced synchronous luminescence system
US7184142B2 (en) Raman probe and Raman spectrum measuring apparatus utilizing the same
US7944555B2 (en) High-speed, rugged, time-resolved, Raman spectrometer for sensing multiple components of a sample and for diagnostics of pathological skin conditions such as cancer
CN106053425A (en) Raman spectrum gem and jade appraising device and method
CA2937696C (en) Method of spectroscopic analysis of a diamond and apparatus thereof
CN110402385A (en) Device and method for screening jewel
WO2012057875A1 (en) Dual and multi-wavelength sampling probe for raman spectroscopy
RU2679928C1 (en) Device for identification of diamond
RU2765213C1 (en) Device for diagnostic stones in jewelry
RU2739143C1 (en) Method for identification of diamonds and device for its implementation
EP1330634A1 (en) Apparatus and method for substantially simultaneous measurement of emissions
Tsai et al. Rapid gemstone mineral identification using portable Raman spectroscopy
Minnes et al. Fiber-optic evanescent wave spectroscopy (FEWS) of crystals from a urine sample as a tool for evaluating the chemical composition of kidney stones
CN1140792C (en) Raman identifying method for jewel mineral
JPH04270943A (en) Spectrum analyzer
US11860105B2 (en) Raman spectrometer
CN112129739A (en) Sensing device based on optical fiber surface enhanced Raman probe and working method
CN118090663A (en) Near infrared spectrum and Raman spectrum synchronous measuring device
O’Donoghue Recent developments in gem testing
Kanzaki Micro-Raman Manual
WO2010076806A1 (en) High resolution optical spectrograph