专利名称：具有校准系统的贵金属检测设备的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于检测包括金、银和钼在内的贵金属的纯度的设备，更具体地说涉及用来改进检测设备的操作和精度的再校准系统。
背景技术：
在1999年3月30日授予Lloyd V. Fegan, Jr.的美国专利号5，888，362中描述了一种贵金属检测设备。该检测设备提供了一种便携式设备，它能够通过利用手持式探头来对待检测的贵金属品质进行精确分析，所述探头具有埋入电解液中的电极，所述电解液装在形成在探头中的容器内。检测设备产生出从电池流经待检测金属的直流电流，该电流的强度与待检测的贵金属的品质成比例。在Fegan专利中，测量电路测量不同金属在电解液中的电蚀作用程度，其中一种金属为要进行品质检测的试样。因此，本发明用于检测硬币、艺术品、珠宝等的金属含量，因为探头可以仅接触待检测的物体，就可以提供代表物体 中贵金属品质的读数。在上述贵金属检测设备中的手持式探头通常是具有纤维尖端的笔形式，从纤维尖端将少量电解液沉积到待检测的物体上。装在探头上的仪表连续测量出直流电流的强度并且将结果与针对待检测的贵金属类型的已知参考值进行比较，由此得出在待检测的物体内的贵金属百分比。通过仪表和笔进行的这种检测过程在百分之几秒的时间内完成，因此提供了能够确定贵金属品质的有效方式。但是，尽管该检测过程速度快，但是与金、银或钼反应时的电化学反应强度非常弱。因此，在系统参数方面的轻微变化就足以降低该仪表的整体精度，并且会让检测设备基本上无用。除了影响检测设备的电子和机械变化之外，操作环境例如温度和湿度方面的变化也会影响仪表的精度。本领域技术人员将认识到，通过从不同金属和电解液中出现的任何电化学反应，一种金属穿过电解液牺牲给另一种金属。随着电解液和牺牲金属的消耗，电流强度发生变化。另外，检测设备的精度会随着时间变差，因为电化学反应的强度随着每一次和每个被检测的样品而降低。通过用新的笔式探头来更换不好的笔式探头可以缓和在笔内导致产生电流强度而出现的材料消耗。但是在更换笔时，更换的笔与被换掉的笔在组分方面存在细微的差别，这又会带来影响检测设备精度的变化。通过除去外壳并且利用螺丝刀或类似的工具来校准Fegan电路中的其中一个可变电阻，可以校准Fegan贵金属检测设备。对已知纯度的金进行检测，会提供校准过的读数，该读数通常都需要进一步的校准，还需要除去仪表外壳并进一步调节其中一个可变电阻。这个过程重复进行，直到Fegan贵金属检测表从为了校准检测表而检测的已知纯度的样品能够获得正确的结果。因此Fegan仪表的校准复杂且耗时。因此，利用Fegan仪表检测贵金属的精度是不恒定的，因为电解液以及其他环境因素的变化会损害精确的检测结果。需要一种用于解决前述检测设备的精度问题的方案。一个可能的解决方案是再校准检测设备以提高检测设备在各种制造差异、操作环境、笔更换以及要被检测的物体的数量下的精度和使用寿命。
发明概述
本发明的目的在于提供一种克服了已知的现有技术中的缺点的贵金属检测设备。本发明的另一个目的在于提供一种数字式贵金属检测设备。本发明的特征在于，贵金属检测设备包括具有检测垫的仪表盒和可拆卸笔式探头，该笔式探头具有与电解液连接的纤维尖端以与设置成在纤维尖端和检测垫之间接触的含有贵金属的物体形成电路。本发明的优点在于，笔式探头装有电化学反应设备，它按照与在待检测物体内的贵金属含量百分比成正比的方式产生直流电压。本发明的另一个特征在于，所述检测垫由在顶面上涂覆有金涂层的灌铜形成。
本发明的另一个优点在于，所述检测垫通过在所述检测垫上直接接触探头的纤维尖端来建立基线电化学反应。本发明的再一个优点在于，所述检测垫通过消除噪音和电流峰值来使得在所述笔式探头内的电化学反应稳定。本发明的再一个优点在于，在铜检测垫上的金涂层通过使所述检测垫与在探头的纤维尖端内的电解液隔离来防止铜检测垫由于工作环境而腐蚀。本发明的再一个特征在于，仪表盒装有微处理器和将微处理器与检测设备的各种功能的数字指示器相互连接的电子电路。本发明的再一个目的在于，提供用于检测设备的校准系统，它操作简便、使用高效，能够建立对含有贵金属的物体的测量读数的精度的高置信度。本发明的特征在于，校准系统包括校准开关，以选择性地启动校准程序。本发明的再一个特征在于，校准程序开始于检测已知品质的检测样品，以生成与存储在微处理器中的查阅表中的理论读数相比较的测试读数。本发明的再一个特征在于，校准程序针对不同百分比含量的贵金属，利用与查阅表中的理论读数相对应的算法生成再校准曲线，所有的后继检测读数都要与之进行比较。本发明的再一个优点在于，通过对检测操作再校准而提高检测设备的精度。 本发明的再一个特征在于，在检测设备每次启动时执行校准程序。本发明的再一个优点在于，从已知品质的检测样品的单一检测读数，生成所有的后继检测读数都要与之进行比较的再校准曲线。本发明的再一个优点在于，对来自制造公差、操作环境的变化的差异，电化学反应的金属和电解液以及笔式探头的使用寿命中的差异，检测读数的校准提供了校正。本发明的再一个特征在于，通过已知品质的检测样品的检测读数和对应的理论读数之间的差异，可以检测到笔式探头的退化。本发明的再一个优点在于，如果已知品质的检测样品的检测读数和对应的理论读数之间的差异大于预定的百分比，微处理器可以发出更换笔式探头的信号。本发明的再一个优点在于，通过更换一个新的笔式探头，可以缓和导致笔式探头中产生直流电压的材料耗尽的问题，新的笔式探头需要校准，因为笔式探头中的制造公差会影响检测设备的精度。本发明的再一个目的是提供一种用于确定待检测物体中的贵金属含量的检测设备，其结构耐用，制造成本低廉，易于维护，便于组装，使用简单高效。
本发明的再一个目的是提供一种用于贵金属检测设备的校准系统，该系统的使用和操作简单高效，能够提高检测设备的精度。本发明的这些和其他的目的、特征以及优点是通过提供数字式贵金属检测设备实现的，该设备利用了探头，当与在探头和由具有金涂层的灌铜形成仪表检测垫之间的待检测物体形成一个电路时，该探头产生电压。微处理器通过发光二极管的指示条发出贵金属百分比的信号。提供校准系统，通过将来自已知的检测样品的检测读数与该样品的对应理论读数进行比较，提高检测设备的精度。校准程序从检测读数建立一个再校准曲线，所有的后继读数都要与之比较，确定贵金属的含量。检测设备的校准是通过按下校准开关来启动的，并在仪表的每次供电、每次更换探头以及环境条件发生任何实质性变化的时候执行。


通过以下本发明的详细说明，尤其是结合附图，可以了解本发明的优点，其中
图I为体现本发明原理的检测设备的示意图，该检测设备包括与仪表电连接的笔式探头，以测量由检测设备产生出的直流电流，并提供表示待检测的贵金属纯度的输出；
图2为形成体现了本发明原理的检测设备的一部分的笔式探头的垂直剖视 图3为形成用来测量通过检测程序产生出的直流电流的设备的电子电路的示意 图4为体现了本发明原理的校准过程的图示；
图5为遵循校准程序的校正曲线的图示；
图6至9为校准程序的图示；
图10为用于仪表的初始启动顺序的逻辑流程图；和 图11为用于再校准程序的逻辑流程图。
具体实施例方式参照图I至3，这些图示出了用于分析在待检测物体内的贵金属品质的检测设备。体现本发明原理的该检测设备10通过利用再校准系统来提高检测设备10的持续使用的精度。在上述美国专利号5，888，362中更详细地描述了检测设备10的原理，其内容通过引用纳入本文。通常，检测设备10用来分析金或其它贵金属的含量，并且以形成和测量由于两种不同的金属或者金属合金，也就是一个电极和被分析的物品之间的电导产生的电动势(EMF)为基础。因为不同的金属或者合金中电子可得性的差异而产生直流电压，当金属或者合金通过电解液耦合的时候，该直流电压提供净电流。不同的金属或者合金所产生的直流电压是利用本发明的接触探头11产生的，并通过从处于恒定的反极性电压的电池或者类似的参考电压水平的电压中减去直流EMF来测量的。所产生的直流电压直接与待检测的物体内的金或者其他贵金属的含量百分比有关，因此提供了一种可以确定试样纯度的方法。图2显示了形成检测设备10的部分的笔式探头11的示例性实施方案，该图是示例性手持笔式探头的剖面图。笔式探头11优选通常形成圆柱体12，它是由塑料或者其他基本不导电材料形成的。顶帽13连接有一个电线14，该电线带有插孔15，以便于笔式探头11与仪表20内的电路22可拆卸地电连接。与待测量的物体接触的笔式探头11的端部，被形成为纤维尖端16，它与含大量的电解液的容器17相通，电解液可以例如是氯化铵的饱和溶液，或者常规的直流测量技术领域已知的其他溶液。纤维尖端16设有细钼线18，该钼线优选嵌入到纤维尖端16内，并延伸到容器17内。第二细钼连接线19将钼线18与电线14在笔式探头11的顶帽13处连接起来。检测设备10还包括仪表20，该仪表包括外壳21，其中安装一个印刷线路板22，该线路板包括一个插孔15可以与之可拆卸连接的端口 23。而且检测垫25与电路22电连接，该检测垫优选形成为具有金表面涂层的灌铜。这种检测垫25的结构允许检测设备10建立用于检测设备10的零点的基线电化学反应，这可以通过由操作者将笔11的纤维尖端16直接接触到检测垫25来实现。检测垫结构通过消除噪音和电流峰值也稳定了在校准程序以及在检测测量中的电化学反应。金涂层也会限制铜因为工作环境造成的腐蚀，并将铜与纤维尖端16内的电解溶液隔离开。仪表20还形成有发光二极管(LED)指示条24，该指示条反映了直流电流的测量结 果，将在下文详细讨论。另外，外壳21支撑了可操作用于启动校准程序的校准开关26，将在下文详细描述。外壳21也支撑4个LED，它们反映了检查设备10的操作状态，包括第一LED27指示电源打开，检测设备10已经准备好，第二 LED28用于指示校准程序已经结束，第三LED29指示该电池电能不足需要更换，第四LED29a用于指示需要更换笔式探头29a。仪表20具有三档位置的打开/关闭开关30，其可以移动到关闭位置、外部电源位置、电池电源位置。外壳21也支撑用于通过利用适配器(未示出)和外部电源例如110VAC电流连接的端Π 31。电路22如图3的示意图所示。不论是电池32,还是通过端口 31连接的外部电源，均给电路22提供电流，通过电压调节器33将电路22调节至基础参考电压(Vref)。微处理器35监测分压电路34，以确保有足够的操作电压(Vbatt)来运转检测设备10。当操作电压下降至最低要求之下时，微处理器35点亮第三LED29，显示需要更换电池。一旦微处理器35证实有足够的操作电压，并且电压(Vref)被适当调节，第一 LED27被点亮以显示检测设备10已准备好开始操作。一旦校准之后，如在下文更详细的描述那样，检测设备10能够确定物体的品质(也就是贵金属含量)。待检测的物体被放置在检测垫25上，笔式探头11通过在物品上接触暴露的纤维尖端16，从而移动成与物体相啮合，完成仪表20内的电路。在笔式探头11内发生电化学反应，产生一个约60毫伏范围内的微弱电压，该微弱电压被监测电阻37的相对侧上的测量电路36的电压(Vneg和Vpos)的微处理器35检测到。在仪表20内通过待检测的物体完成了电路而在笔式探头11内产生的直流电压与物体内的贵金属含量成正比，并使得测量电路36中受到正向偏压的二极管38、39反向。对该正向偏压的反向降低了电阻37上的电势。因此直流电压(Vdiff)就是在电阻37的相对侧上的电压(Vneg和Vpos)之差。微处理器测定该直流电压(Vdiff )，并将该直流电压与存储在微处理器35内的查阅表中的已知电流响应相比较。因为电化学反应(Vdiff)与待检测的物体内的贵金属的百分比成正比，因此微处理器可以从查阅表上的数值确定该百分比，并在与测量中所检测到的贵金属含量相对应的指示条中点亮LED。因此指示条将提供对物体中的金的开重量的指示，在不是由金制成的物体中也可以确定物体中的银和钼的含量。微处理器35采用了自动校准检测设备10中的微小差异的系统，包括经常发生的笔式探头11中的制造不规则问题，以及与操作环境有关的差异，例如温度和湿度的变化，和与笔式探头11使用寿命有关的差异。校准系统具有两个主要组成部分，存储在电子微处理器35内的查阅表和由电子微处理器35操作的再校准程序。查阅表存储了金、银和钼的直流强度，它们已经针对25°C和40%湿度的操作条件下具有的全牺牲的金属线18和装满电解质的容器17的新笔式探头11而被标准化过。校准程序根据已知参数的电流测量值将检测设备10重新调整至已知的操作参数。如图10所示，检测设备10必须在起初的供电阶段校准从而为再校准系统40建立基础操作参照点。校准系统40开始于在检测垫25上放置已知的检测样品(未显示)，并将样品与笔式探头11相接触，其中该检测样品具有已知的特定百分比的贵金属。首先的测试是在步骤41确定对应于已知样品的电化学反应的初始读数是否在正常的可接受的限度内。如果不是，在步骤42的微处理器点亮第4个LED29a，以指示该笔式探头11需要更换。假设该初始读数是可以接受的，然后操作者在步骤43按下瞬时开关26来激活校准系统40以开始校准程序。如图11所示，微处理器35在步骤44比较已知样品的电化学反应初始读数和该微 处理器35中的查阅表上的该已知检测样品的理论值。假设在初始读数和来自查阅表的对应理论值之间存在差异，在步骤45计算Λ值并存储在微处理器35中，如图7数据点55所示。然后微处理器35在步骤46采用与来自查阅表的理论值的曲线51相对应的算法形成响应曲线52，如图6和8所示。然后通过理论值曲线51和响应曲线52之间的差异，再校准该响应曲线52，如图9所示，形成再校准曲线53，用于校正待检测物体的后继所有读数，直到执行下一个校准程序。再校准程序的最终结果如图4和5所示。查阅表中的理论直流电压可以画成类似抛物线57的图。初始读数55可以沿着Y轴在对应的理论读数之上或者之下。当画图的时候，响应曲线52产生一个校准了的抛物线58，然后该抛物线用于表示随后被检测的物体的开重量，参考开段60，IOK金在段61内，14Κ金在段62内，18Κ金在段63内，22Κ金在段64内，24Κ金在段65内，钼在段段66内。开段60对应于在仪表20上指示条24上显示的LED支架。因为利用检测设备10检测贵金属中涉及的各种变量的变化，校准程序应当在每次给仪表20供电的时候都运行。另外，电解液中的离子交换会损害检测设备10的灵敏度，因此即使检测表没有关闭电源，也应当在已经检测了一定量的物体之后就运行校准程序。类似的，将仪表20从一个环境条件移动到另一个明显不同的检测环境时，优选调用校准程序。仪表20的校准只需要几秒，当对操作者来说精度很重要的时候，应当不会影响操作。完成物体的贵金属含量的测量的过程，从开始到结束，只需要百分之几秒。因此，提供了一种非常有效率的方法来表征样品所含的贵金属。应当理解，本领域技术人员根据本发明的原理和范围内的公开内容，可以想到或做出描述和阐明用于解释本发明的原理的细节、材料、步骤和零件排布的改变。前面的描述阐明了本发明的优选实施方式，但是根据这些描述，其概念可以用于其他的实施方式而不脱离本发明的范围。
权利要求
1.一种用于确定待检测物体中的贵金属含量的检测设备，包括 仪表，其包括 微处理器，其中存储有查阅表； 指示条，与所述微处理器可操作地连接； 电源，连接至所述微处理器； 检测垫，形成为灌铜，其上有金涂层；以及 电路，将所述微处理器、所述指示条、所述电源和所述检测垫相互连连在一起； 连接至所述仪表的探头，其包括夕卜壳; 容器，安装在所述外壳内，并含有电解液； 纤维尖端，被支撑在所述外壳中，并具有连接至所述容器的第一端，用于接收来自该容器的电解液，还具有相对所述外壳暴露的第二端； 电连接器，将所述笔式探头和所述测量装置连接在一起；以及电化学反应设备，安装在所述容器内，并具有与所述纤维尖端连接的第一部件和与所述电连接器连接的第二部件，所述电化学反应设备在所述纤维尖端与所述检测垫形成电路的时候产生直流电压。
2.如权利要求I所述的检测设备，还包括 校准系统，与所述微处理器可操作地连接以操作校准程序，该操作校准程序利用了来自已知检测样品的检测读数并将所述检测读数与存储在所述查阅表中的理论检测读数相比较。
3.如权利要求2所述的检测设备，其中所述校准系统包括安装在所述仪表上的开关，以启动所述校准程序。
4.如权利要求3所述的检测设备，其中所述校准程序将来自所述查阅表中的不同的金的开重量的理论检测读数的算法，应用于所述检测读数，形成响应曲线。
5.如权利要求4所述的检测设备，其中所述校准程序利用所述响应曲线来再校准所有的后继读数，直到所述校准系统重新启动。
6.如权利要求5所述的检测设备，其中，所述电子电路包括测量电路，该电路识别出在检测操作期间由于在探头中产生出的直流电压而导致的在两个受到正向偏压的二极管之间的电阻器的相对侧面上的电压差异。
7.如权利要求6所述的检测设备，其中，所述已知的检测样品为14K金。
8.如权利要求7所述的检测设备，其中，所述电源为电池或通过外部端口与所述电子电路连接的外部电源中的一种。
9.如权利要求8所述的检测设备，其中，所述指示条包括发光二极管阵列，所述微处理器根据来自将所述检测垫和所述探头的所述纤维尖端相互连接的物体的检测读数点亮。
10.一种用于贵金属检测设备的校准系统，该检测设备具有将微处理器、检测垫、外部探头和电源相互连接的电子电路，用于检测物体的贵金属含量，所述校准系统包括 安装在所述检测设备上用于启动校准程序的校准开关； 测量电路，其将所述检测垫和所述探头相互连接以检测在将已知品质的检测样品电连接在所述检测垫和所述探头之间时检测直流电压的产生，从而产生出表示所述直流电压的检测读数； 所述微处理器将所述检测读数与用于所述检测样品的理论读数进行比较，所述理论读数存储在所述微处理器中的查询表内；并且 所述微处理器计算在所述检测读数和所述理论读数之间的差异，并且从将来自所述查询表中的算法向应用于所述检测读数应用算法以针对与所述检测读数对应的不同贵金属百分比产生出重新再校准曲线，将所待检测物体的所有后继读数与所述重新再校准曲线进行比较以确定其贵金属含量。
11.如权利要求10所述的校准系统，其中，所述贵金属检测设备具有打开/关闭开关，每次需要进行所述校准程序时，所述打开/关闭开关从关闭位置移动到打开位置以给所述贵金属检测设备供电时需要进行所述校准程序。
12.如权利要求10所述的校准系统，其中，所述校准程序可以在通过将所述已知的检测样品电连接在所述检测垫和所述探头之间并且按压所述校准开关而给所述贵金属检测设备供电的任意时刻启动。
13.如权利要求10所述的校准系统，其中，在所述检测读数与在查询表中的相应理论读数偏差了预定百分比的情况下，所述微处理器舍弃所述检测读数，并且提供应该更换所述探头的指示。
14.如权利要求10所述的校准系统，其中所述已知品质的检测样品为14K金样品。
15.一种校准贵金属检测设备的校准方法，所述检测设备具有将微处理器、检测垫、夕卜部探头和电源相互连接的电子电路，用于检测物体的贵金属含量，所述校准方法包括以下步骤 将已知的贵金属检测样品电连接在检测垫和探头之间以在所述探头内产生出直流电压； 通过在所述电子电路内的测量电路检测所述直流电压并且产生出由所述微处理器接收的检测读数； 将所述检测读数与存储在所述微处理器内的查询表中用于已知品质的检测样品的理论读数进行比较； 计算在所述检测读数和所述相应的理论读数之间的Λ差值； 将所述Λ差值存储在所述微处理器中；并且 利用所述△差值来将从待检测贵金属含量的物体中获取的任意后继读数进行再校准。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述利用步骤还包括以下步骤 应用与来自存储在所述查询表中的理论读数的贵金属含量的不同百分比的曲线图相对应的算法；并且 从所述应用步骤中产生出再校准的检测读数以将从待检测贵金属含量的物体中获取的所有后继读数进行比较。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述利用步骤还包括以下步骤 将再校准曲线与所述经再校准的检测读数拟合以将待检测贵金属含量的物体中获取的所有后继读数进行比较。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述校准方法在每次给所述贵金属检测设备供电时进行。
19.如权利要求16所述的方法，还包括以下步骤 在所述计算步骤之后，如果所述△差值大于预定量则舍弃所述检测读数；并且 从所述微处理器发出信号，在继续所述校准方法之前需要更换所述探头。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述已知品质的检测样品由14K金形成。
全文摘要
一种数字式贵金属检测设备利用了探头，当通过放置在探头和由具有金涂层的灌铜形成的仪表检测垫之间的待检测的物体形成一个电路时，该探头产生电压。微处理器通过发光二极管的指示条发出贵金属百分比的信号。提供校准系统，通过将来自已知的检测样品的检测读数与该样品的对应理论读数进行比较，提高检测设备的准确性精度。校准程序从检测读数建立一个再校准曲线，所有的后继读数都要与之比较，确定贵金属的含量。检测设备的校准是通过按下校准开关来启动的，并在仪表的每次供电、每次更换探头以及环境条件发生任何实质性变化的时候执行。
文档编号G01N27/416GK102901762SQ201210265838
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月30日 优先权日2011年7月29日
发明者贾勒特·谢弗, 亚伦·马勒, 布伦特·米勒 申请人:Fms技术有限公司