本文的各不同實施例總體上涉及用于鑒定寶石和人造石的測試儀。本文的各不同實施例尤其涉及用于基于物理傳導性、光學特性和電學特性區分寶石(如鉆石、莫桑石、立方氧化鋯、藍寶石、紅寶石、祖母綠、翡翠和合成鉆石cvd/hpht)和金屬的寶石測試儀。

背景技術：

1、諸如立方氧化鋯(cz)、白色藍寶石、合成莫桑石和天然鉆石等寶石具有相似的物理性能，難以肉眼區分。這種相似性導致了將假寶石與真鉆石混合以達到利潤最大化的欺詐行為。為了打擊這種欺詐性銷售和誤售行為，需要能夠檢驗天然鉆石的先進寶石測試儀。

2、鉆石自古就因為其稀缺性、硬度和閃亮光芒而被視為珍貴寶石，這使其成為地位的象征。除了作為寶石的吸引力外，鉆石還具有讓材料科學家和工程師為之著迷的非凡特性。鉆石是已知最堅硬的材料，具有化學惰性并在室溫下表現出最高導熱性。在寶石材料中，鉆石也是可壓縮性最小且剛度最高的。除了獨特的力學性能外，鉆石的熱學特性也非比尋常。鉆石兼具獨特的力學性能和特點顯著的熱學特性。鉆石強大的原子間鍵合使其具有異常低的熱脹性和更高的聲學頻率(產生高達2220k的德拜溫度)。此外，鉆石在室溫下表現出顯著的低熱容。最值得注意的是，鉆石在室溫下具有異常高的導熱性，比銀或銅等金屬的導熱性高出五倍多。這種出色的導熱性賦予鉆石對熱沖擊和熱透鏡現象的更高抵抗力。

3、鉆石的鑒別和認證至關重要，因為與天然鉆石非常相似的合成和處理鉆石愈發普遍。高壓高溫(hpht)工藝被用于增強天然鉆石的顏色，而化學氣相沉積(cvd)合成鉆石通常被秘密出售。這些合成和處理鉆石可能與天然鉆石混淆，導致在不知情的情況下購買。傳統的驗證方法，例如將鉆石送往實驗室進行分析，可能相對于鉆石價值來說過于昂貴和繁瑣。

4、鉆石完全由碳組成，在寶石材料中獨樹一幟。合成鉆石最早在20世紀中期成功制造，使用的工藝允許生長出更大的寶石級鉆石。此外，cvd技術是在20世紀80年代發展起來的，允許生產出高質量多晶鉆石薄膜。

5、寶石測試實驗室需要能夠在這些新型鉆石出現時對其進行檢測。目視檢查和光譜技術被用來鑒定合成鉆石和經處理的鉆石。此外，彩色鉆石也越來越受歡迎，而hpht工藝能生產出各種顏色艷麗的合成鉆石。天然鉆石的顏色也可以通過hpht處理被改變，從而實現顏色增強。

6、合成莫桑石是一種碳化硅(sic)的加工形式，主要用于裝飾和寶石用途。最初，具有彩光效應的不透明晶體簇在寶石和礦物展上十分常見。但近年來的技術發展使合成各種透明品種成為可能。雖然合成莫桑石在許多特性上與鉆石很相似，但寶石學家可以使用基本設備輕易區分兩者。合成莫桑石表現出鉆石中缺少的雙折射，可以顯示出近乎平行的針狀結構、垂直于臺面的條帶、圓潤的刻面邊緣和單向拋光線，據此將合成莫桑石與鉆石區分開。合成莫桑石的寶石特性包括9.25的硬度、2.648至2.691的折射率(ri)、0.043的雙折射率、單軸正性和0.104的色散度(是鉆石的兩倍多)。合成莫桑石的比重(sg)為3.22，而鉆石的比重為3.52。檢測合成莫桑石可通過多種手段完成，包括反射率計和導熱性測試儀。與鉆石一樣，合成莫桑石是一種半導體材料，但在化學成分上有微小差異，含有少量的氮和硼取代。合成莫桑石在空氣中表現出高穩定性，即使在高溫下也是如此，并且對于除了氟、氯、熔融堿和某些熔融金屬以外的大多數化學物質都具有惰性。與鉆石首飾類似，安裝合成莫桑石在原位焊接時不會出現問題，但可能表現出略低的亮度、較高的色散、較低的比重、較高的折射率和較低的硬度。鉆石和合成莫桑石都表現出相似的熱慣性反應，允許其在熱學探針下呈現類“鉆石”反應。

7、立方氧化鋯是一種具有立方晶體結構的合成寶石材料。立方氧化鋯的折射率在2.15～2.18之間，略低于鉆石2.42的恒定折射率。立方氧化鋯的色散度約為0.060，大于鉆石的分散度0.044。立方氧化鋯的莫氏硬度為7.5至8.5，被廣泛用作合成寶石材料。

8、因此，鑒于上述情況，由于很難僅憑物理性質來區分如立方氧化鋯、白色藍寶石、合成莫桑石和天然鉆石等寶石，故需要一種先進的寶石測試儀來鑒定天然鉆石。

技術實現思路

1、在本文的一個實施例中，描述一種用于鑒定寶石和人造石的設備。該設備包括一個附接有探針的手持器械。探針包括銅管和尖端，銅管裝有至少一根光纖，尖端與被測寶石的表面接觸。光纖向寶石發射光線。手持器械與探針電子連接。探針可拆卸和更換。手持器械包括熱學測試組件和光學測試組件，熱學測試組件連接至銅管并被配置成向銅管供熱并感測銅管溫度，光學測試組件被配置為產生短波和長波紫外線并用短波紫外線和長波紫外線中的至少一種照射被測寶石。手持器械還包括微控制器，微控制器連接至熱敏電阻并執行計算以確定傳熱量和寶石特性，例如電學、熱學和光學特性。微控制器基于這些特性來鑒定寶石類型，并且可操作地連接到微控制器的目視指示器以指示被測寶石的類型。

2、附加地或可選地，手持殼體還包括標準化接口，探針還包括形狀互補的標準化接口，并且通過使用標準化接口和形狀互補的標準化接口，探針被可移除地連接到手持器械。

3、附加地或可選地，標準化接口是母接頭，而形狀互補的標準化接口則是公接頭。探針適于在不使用任何外部工具情況下從手持器械上移除。在一個實施例中，標準化接口包括通用串行總線(usb)接口。

4、附加地或可選地，該設備包括檢測開關，其配置成檢測探針和被測寶石之間的接觸。檢測開關包括以下兩者之一：電子微型開關和壓敏傳感器。

5、附加地或可選地，當檢測開關檢測到探針和被測寶石之間的接觸時產生短波紫外線和長波紫外線中的至少一種。

6、附加地或可選地，熱學測試組件包括連接到銅管并配置成向銅管供熱的加熱元件以及可操作地連接到銅管且配置成感測銅管溫度的熱敏電阻。

7、附加地或可選地，光學測試組件包括紫外線發光二極管(led)光源和至少一根光纖，所述紫外線發光二極管光源被配置成產生短波紫外線和長波紫外線中的至少一種，所述至少一根光纖與紫外線led光源光學耦合并且被配置成用短波紫外線和長波紫外線中的至少一種照射被測寶石。

8、附加地或可選地，該設備可以測試和鑒定各種類型的寶石，包括天然開采的鉆石、iia型hpht鉆石、iia型cvd鉆石、仿制寶石和莫桑石。

9、附加地或可選地，該設備還包括附接到手持器械的導電把手。微控制器利用把手和探針通過建立閉合電路來確定被測寶石或區域是否是金屬，由此表明寶石的導電性。

10、附加地或可選地，為了評估寶石電學特性，該設備還包括連接到微控制器的電壓倍增器和一組繼電器。這種設置允許寶石的高壓導電性測試。

11、附加地或可選地，該設備允許同時進行高壓導電性測試和將寶石暴露于短波紫外線或長波紫外線。因此允許確定寶石的電學特性。此外，在一些替代實施例中，這允許并行地確定寶石的電學和光學特性。

12、附加地或可選地，微控制器被配置成并行地確定寶石特性中的至少兩種，例如熱學特性、光學特性和電學特性。

13、附加地或可選地，目視指示器可以是多個光源。多個光源中的每個單獨光源都可以表示多于一種類型的寶石。

14、附加地或可選地，該設備還包括連接到微控制器以提供音頻信息的揚聲器。微控制器可以選擇用于通過揚聲器輸出音頻信息的語言。

15、附加地或可選地，紫外線led光源包括smd封裝，其發射在250nm至275nm之間的短波紫外線和在350nm至375nm之間的長波紫外線。

16、附加地或可選地，該設備還包括連接到微控制器的藍牙收發器，允許通過藍牙與智能手機或平板電腦通信。

17、附加地或可選地，可使用該設備鑒定的寶石類型包括玻璃或立方氧化鋯以及祖母綠、坦桑石、石榴石、碧璽、翡翠、尖晶石、紅寶石和藍寶石。

18、在本文的一個實施例中，提供一種使用手持式測試設備來鑒定寶石的方法。該方法包括：將可移除式探針連接至手持式測試設備；用加熱元件加熱該設備內的銅管；用熱敏電阻感測銅管溫度；將加熱的銅管與被測寶石接觸；確定從銅管到寶石的傳熱；產生短波紫外線或長波紫外線；用紫外線照射寶石；確定寶石的一個或多個特性(電學、熱學和光學)，其中包括基于傳熱來確定；鑒定寶石類型；并且通過目視指示器指示結果。

19、本文的不同實施例所提供的設備都有利地具有用于測試和鑒定寶石的多項優點。首先，該設備提供一種全面的便攜式解決方案，其具有手持殼體和探針，允許方便且隨時隨地進行寶石分析。加熱元件、熱敏電阻和光纖等裝備的集成允許精確測量傳熱以及精確檢測寶石導電性。紫外線led光源的使用有助于評估光學特性。微控制器的功能允許并行地確定多種特性，包括電學、熱學和光學特性，實現高效全面的寶石分析。可由多個光源組成的目視指示器提供清晰直觀的方式來指示所鑒定的寶石類型。此外，該設備支持多語言功能和音頻信息輸出，增強用戶便利性和易用性。藍牙收發器的集成允許與智能手機或平板電腦無縫通信，擴展設備能力和數據管理選項。總之，這些功能相結合，提供一種通用的、用戶友好的、技術領先的寶石測試和鑒定設備。