钻石的红外分析制造技术

本发明专利技术提供了一种使钻石宝石的分类自动化的方法，提供了宝石的红外吸收光谱。从吸收光谱中减去与水的吸收和钻石晶格的本征吸收对应的特性。分析光谱以识别与钻石中的晶格缺陷对应的预定的吸收特性。根据预定的吸收特性的强度对宝石分类。将所述分类的结果保存在数据库中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钻石的红外分析
本专利技术涉及使用红外吸收光谱法的钻石的分析的自动化方法。
技术介绍
作为宝石出售的人造钻石应该被正确地披露以避免混淆并且保持消费者的信心， 这被认为是极其重要的。由于人造方法的改进，并且因为人造钻石具有与天然钻石相同的 本征晶体结构，所以仅通过肉眼检查来确定石头是人造的往往是极其困难的或不可能的。 此外，在最近这些年变得明显的是，一些天然钻石可以作例如辐射和/或退火的处理，以改 进其光学特性。披露何时施加了这些处理也是重要的，但是它们也难以目测地检测。 -些仪器可以用来辅助识别天然的未处理的钻石、人造钻石和处理过的钻石。 例如j)iamondSur。?、IHamondVic:wK:和 |)ianionclHLis* 巾钴石贸易公司（Diamond TradingCompany)制造并且被分级实验室使用。DiamondSure?通过测量钻石对可见光 的吸收来运行。具有指示潜在的人造的或处理过的钻石的吸收光谱的那些石头被照此分 类。在丨)iamondVigw?中，根据进一步研究的需要，使用紫外福射对被I)iamondSu 别的石头进行照射，并且用户可以研究使用照相机捕捉的、导致的表面荧光的图像。考虑到 人造钻石的荧光颜色和图案与天然钻石的大大地不同，所以对于宝石实验室和珠宝专家来 说，DiamondView?使确定钻石是天然的还是人造的变得可能。使用DiamondView?捕捉 的磷光图像可以提供附加的证据。 1-2%的具有天然起源的钻石在名义上是没有氮掺杂的。这些钻石被称为类型II 钻石，并且它们形成了DiamondSure参照的重要的分类。在使用DiamondView确认天然起 源之后，有必要检查这些石头是否进行了人工处理以改进其颜色。可以使用DiamondPLus 作快速的光致发光的测量，这样的测量显著地减少了需要进一步的更详细的测试的类型II 钻石的数量。 尽管使用所述仪器的方法在防止将人造的和被处理过的钻石识别为未处理过的 天然钻石时是有效的，但是在特殊情况下还需要进一步的分析，例如没有经过DiamondPLus 的类型II钻石和具有高的DiamondSure参照等级的彩色钻石，例如黄色或黄褐色的石头。 在许多情况下，这样的进一步的分析将包括测量和解释红外（IR)吸收光谱，以根据钻石包 含的主要的红外活性缺陷来分类钻石。目前，上述目的通常通过使用基于实验室的分光仪 手动地测量石头、手动地分析数据并且相应地分配石头来实现。这是费力且费时的，并且需 要有技能的科学家和技术人员深度的知识（其不是快捷地可传递信息）。 因此，需要提供一种用于使红外吸收光谱分析自动化的系统。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，其提供了一种使从宝石的红外吸收抽样光谱中自动化地 分类钻石宝石的方法。从吸收光谱中减去与水蒸汽的吸收和钻石晶格的本征吸收对应的特 性。分析抽样光谱以识别与钻石中的晶格缺陷对应的预定的吸收特性。根据预定的吸收特 性的强度对宝石分类。将所述分类的结果保存在数据库中。宝石还可以相应地被分配。 因此，光谱被处理以去除不需要的特性（测量假象或本征吸收），从而能够自动地 识别和比较感兴趣的特性。 为了可靠地自动分析光谱，早期的检查可以检测光谱的饱和度，以确定信号与噪 声的比率是否可能是足够的以获取有意义的结果。通过测量没有吸收特性出现的预定的光 谱区间内的噪声（例如通过对光谱的傅里叶变换积分），以及通过在噪声超过预定的阈值 时给出高度饱和的结果，上述目标可以实现。 减去与水的吸收对应的特性的算法的步骤可以包括：对包括特有的水的吸收特性 的参考的水的光谱在预定的光谱范围内（例如3500-4000(31^ 1)拟合抽样光谱，并且从所述 抽样光谱中减去拟合的水的光谱。类似地，减去与钻石晶格的本征吸收对应的特性可以包 括：对包括特有的类型IIa钻石的吸收特性的参考的类型IIa的光谱在预定的光谱范围内 拟合光谱，并且从所述抽样光谱中减去拟合的类型IIa的光谱。可以使用非负的最小二乘 线性拟合实施对水和/或类型IIa的光谱的拟合。 自动地对水吸收的标准光谱拟合吸收光谱还可以包括：递增地移动所述参考的水 的光谱至预定范围内的多个不同的波数位置，并且在每一个位置对所述吸收光谱拟合水的 光谱；并且比较在每一个波数位置处的拟合；然后可以从吸收光谱中减去具有最好拟合的 移动的光谱。 通过识别抽样光谱的指定区间中的多个局部最小值并且对该局部最小值进行二 阶多项式拟合，可以自动地对格式化的光谱计算基线；然后可以从抽样光谱中减去所述基 线。指定的区间可以包括：从记录在所述光谱中的最小波数点至高至50CHT1以上的点的区 间、1400-1650(^-^4500-4700011- 1以及比记录的最大波数点小200-lOOcnT1范围内的区间。 该分析可以包括在与一阶吸收对应的区间内自动地拟合所述格式化的光谱，具有 特有的A、B、D、NS°和Ns+集中的红外吸收特性的参考光谱的组合，并且根据对参考光谱的拟 合，确定这些集中的一些或全部的强度。然后可以根据确定的强度对石头分类。 该分析可以包括对使用参考A、B和D光谱的格式化光谱的一阶区间自动地执行三 元拟合，并且对使用参考A、B、D、NS°和Ns+光谱自动地执行五元拟合。然后可以比较三元拟 合和五元拟合的质量，例如使用X2测试，并且根据所述质量的比较可以对所述石头分类。 例如，如果通过不止一个的预定的阈值确定所述五元拟合比所述三元拟合好，那么可以推 断出石头中存在显著比例的单取代氮，在此情况下，它不可能是天然钻石。可以使用非负的 最小二乘线性拟合实施所述拟合。 可以自动计算吸收特性的局部基线，通过对在每一个特性的峰值位置的任何一边 以预定的波数增量的多个数据点进行二阶多项式拟合，计算该每一个特性的局部基线。从 围绕特性的区间中减去局部基线，然后可以对每一个吸收特性拟合合适的函数，以识别所 述特性的强度。拟合合适的函数可以包括最小二乘非线性拟合。可以使用这个方法分析的 吸收特性包括具有1450011-^3123011-^1344011- 1和/或2802CHT1处的吸收线的特性、和/或 与片晶对应的吸收特性，例如在1350CHT1与1380CHT1之间的特性，并且特别是1358CHT1与 1378CHT1之间的特性。 本专利技术还提供了配置为实施上述方法的装置。 本专利技术还提供了按顺序将上述步骤排列好的算法，如果跟随该算法，那么其会导 致对宝石作出分类。 本专利技术还提供了包括计算机可读取代码的计算机程序，当该程序被处理器运行 时，其使得处理器实施上述方法的任一个。该计算机程序可以存储在计算机可读取介质中。 【附图说明】 现在将仅通过示例并且参照附图的方式描述本专利技术的一些优选实施例，其中： 图1是钻石的本征红外吸收光谱以及具有氮缺陷的钻石的吸收光谱的示意图； 图2是由片晶（platelets)的存在导致的吸收特性的示意图； 图3是图示了涉及分析钻石的红外吸收光谱的步骤的流程图； 图4是基于红外分析对钻石的类型进行分类的实施方式的流程图； 图5是展示一阶区间中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使钻石宝石的分类自动化的方法，其包括：从所述宝石的红外吸收抽样光谱中减去与水蒸汽的吸收相对应的特性以及与钻石晶格的本征吸收相对应的特性；分析所述抽样光谱，以识别与所述钻石中的晶格缺陷相对应的预定的吸收特性；根据所述预定的吸收特性的出现和/或强度对所述宝石分类；以及将所述分类的结果保存在数据库中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.06.15 GB 1210690.21. 一种使钻石宝石的分类自动化的方法，其包括： 从所述宝石的红外吸收抽样光谱中减去与水蒸汽的吸收相对应的特性以及与钻石晶 格的本征吸收相对应的特性； 分析所述抽样光谱，以识别与所述钻石中的晶格缺陷相对应的预定的吸收特性； 根据所述预定的吸收特性的出现和/或强度对所述宝石分类；以及 将所述分类的结果保存在数据库中。2. 根据权利要求1所述的方法，其还包括： 通过识别光谱的指定区间中的多个局部最小值并且对该局部最小值进行二阶多项式 拟合，来计算所述抽样光谱的基线；以及 从格式化的光谱中减去所述基线。3. 根据权利要求2所述的方法，其中所述指定的区间包括以下的一个或多个： 从记录在所述格式化的光谱中的最小波数点至高至50CHT1以上的点的区间； 1400-1650cm_1 ； 4500-4700cm_1 ； 以及比记录在所述光谱中的最大波数点小200-lOOcnT1范围内的区间。4. 根据权利要求1、2或3所述的方法，其还包括： 在与一阶吸收对应的区间内拟合所述抽样光谱与下面的参考光谱的一些或全部的组 合： 包括特有的A集中的红外吸收特性的参考A光谱； 包括特有的B集中的红外吸收特性的参考B光谱； 包括特有的X集中的红外吸收特性的参考D光谱； 包括特有的Ns°集中的红外吸收特性的参考Ns°光谱； 包括特有的Ns+集中的红外吸收特性的参考Ns+光谱； 根据与参考光谱的拟合，确定A、B、D、Ns°和Ns+集中的一些或全部的强度； 以及根据确定的强度对石头分类。5. 根据权利要求4所述的方法，其还包括： 在与使用参照A、B和D光谱的一阶吸收对应的区间内，对所述抽样光谱进行三元拟 合； 在与使用参照A、B、D、NS°和Ns+光谱的一阶吸收对应的区间内，对所述抽样光谱进行五 元拟合； 选择地使用x2测试，比较所述三元拟合和五元拟合的质量； 以及根据所述质量的比较对所述钻石分类。6. 根据权利要求5所述的方法，其还包括：通过不止一个的预定的阈值确定所述五元 拟合是否比所述三元拟合好，并且确定石头中是否存在显著比例的单取代氮。7. 根据权利要求4、5或6所述的方法，其中使用非负的最小二乘线性拟合来实施所述 拟合。8. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其还包括： 计算吸收特性的局部基线，通过对在每一个特性的峰值位置的任何一边以预定的波 数增量在所述抽样光谱中的多个数据点进行二阶多项式拟合，计算该每一个特性的局部基 线. 以及从围绕对应的吸收特性的区间中减去每一个局部基线； 以及对每一个吸收特性拟合合适的函数，以识别所述特性的强度。9. 根据权利要求8所述的方法，其中对给定的吸收特性拟合合适的函数包括最小二乘 非线性拟合。10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述最小二乘非线性拟合被应用到1450CHT1、 和/或2802CHT1处的吸收线、和/或与片晶对应的吸收特性。11. 根据权利要求9或10所述的方法，其中对给定的吸收特性的最小二乘非线性拟合 包括选择在开始波数与结束波数之间的所述抽样光谱的区间，在该区间中，所述被拟合的 吸收特性有望存在。12. 根据权利要求11所述的方法，其还包括：在所述选定的区间上执行二阶多项式拟 合，从所述抽样光谱中减去所述多项式拟合，并且在所述减去之后，将抽样光谱的所述选定 的区间中低于零的全部区间设置为零。13. 根据权利要求11或12所述的方法，其还包括： 使用非负的最小二乘拟合对所述选定的区间拟合一组理论高斯函数； 选择具有最小x2的_斯函数； 识别选定的高斯函数的宽度、位置和高度； 对不包括所述选定的高斯函数的选定的区间中的区域拟合二阶多项式； 以及从所述选定的区间中的抽...

【专利技术属性】
技术研发人员：费尔达巴德·卡恩，尼古拉斯·马修·戴维斯，戴维·费希尔，詹姆士·戈登·查特斯·史密斯，
申请(专利权)人：德比尔斯百年公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH