一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置

摘要

本发明公开一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，该装置包括恒温热激励模块、数据时间同步功能模块、红外热成像模块、数据分析终端模块、电源模块和支撑收纳结构。本发明基于红外热成像技术，通过恒温沸水水浴作为激励热源，采用数据时间同步成像技术，利用数据库终端比对分析功能，实现对贵金属层间掺假无损检测的快速判据。本发明装置可以快速准确地对贵金属层间是否掺假做出判断，且不损坏贵金属材料外观，便于携带，简单易用。本发明装置适用于广大贵金属交易市场，有利于销售者及时有效地对贵金属器件进行无损检测，有利于消费者有效地减少自身损失，有利于贵金属行业提高在全社会的诚信度。

说明书

技术领域

本发明涉及贵金属行业的无损检测领域，具体涉及一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置。

背景技术

当前，我国贵金属交易市场日益蓬勃，尤其在黄金贸易行业：2018年，我国黄金首饰消费量为736.29吨，同比增长5.71％；金条285.2吨，增长3.19％。然而目前，市场上国标黄金夹层掺假的问题日益严重，尤其是钨或铱元素的掺杂，由此导致的黄金骗贷和欺诈消费现象屡见不鲜。钨、铱两种金属与黄金的物理特性较为接近，且都具备较强的化学稳定性，但是价格相差甚大，黄金平均价格为360元/g，钨平均价格为0.28元/g，铱平均价格为393元/g，造假者只需在金条中掺入大量的钨，再以少量的铱平衡密度，即可制造成本极低的掺假金条，巨大的利润差成为造假者的驱动力。

由于贵金属层间掺假后，整个样品的质量、外形等特征与纯金的基本一致，普通人无法从肉眼或物理方法辨别真假，这样给消费者造成了巨大的经济损失，影响了黄金市场，诚信危机涌现。目前，大多数贵金属的检测方法，如测密度、火烧法、物理弯曲等简单手段，既缺乏准确有效的理论判据，又容易被不法分子误导欺骗。而现有的科学贵金属检测多要对贵金属进行重新熔铸取样，破环原先的结构，并且仪器本身笨重大型，价格昂贵，操作冗长复杂。因此，寻找更为有效便捷的辨别贵金属掺假的装置，是当前急需解决的技术问题之一。

发明内容

本发明旨在解决以上技术问题，提出一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置。

本发明基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，包括手提箱、以及手提箱内安装的、红外热成像模块、电源模块、样品载物台、数据分析终端模块、测温模块与数据时间同步功能模块。

所述恒温热激励模块用于为样品载物台施加冷激励或热激励，实现对检测样品的温度控制；

红外热成像模块用于获取样品载物台上放置的检测样品的红外热成像图。

测温模块用来测量检测样品温度数据。

数据时间同步功能模块用来实时获取图像数据及温度数据，并同步发送至数据分析终端模块。

数据分析终端模块用来接收图像数据及温度数据并进行显示。

电源模块用来进行供电。

同时本发明中还设计有暗室。暗室为顶面具有开口的盖体，与恒温水浴箱顶面间扣合；暗室上设计有与暗室内部相通的插口，用于插接红外热成像模块，由外热成像模块将插口封闭，无光照入暗室。

本发明的优点在于：

1、本发明基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，在使用过程中，对贵金属样品是否掺假结果实时同步成像，精准快速对比，同时操作简便，无需繁琐流程，且不会损坏样品结构；

2、本发明基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，冷源激励、高效稳定：样机可以使用冷源激励，高效放大样品间热导率的差异特征，降低水蒸气对检测的影响。

3、本发明基于红外热成像技术的新型便携式贵金属层间掺假无损检测装置，运用算法、充分学习：通过大量数据、特定算法训练，实现热成像图的智能化识别。

4、本发明基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，根据仿真数据，构建标准数据库红外热成像仪能够对样品实时成像，数据分析系统实时接收，分析比对，可利用有限元仿真的结果构建的对比数据库，能够快速准确辨别掺假黄金。

5、本发明基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，构建暗室、排除干扰：构建暗室及相关工具，排除外界光线对红外镜头的干扰，保证检测结果的准确。

6、本发明基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，在携带过程中，轻巧方便，运输便利，可折叠小型化箱体和易拆卸杆件设计保证工作人员实时有效地展开工作。

附图说明

图1为本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置整体结构示意图；

图2为本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置中恒温热激励模块结构示意图。

图3为本发明恒温热激励模块中排气孔设计方式示意图。

图4为本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置中红外热成像模块结构示意图。

图5为本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置结构框图。

图6为本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置中暗室结构示意图。

图7为本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置中镜头与暗室连接方式示意图。

图中：

1-手提箱 2-恒温热激励模块 3-红外热成像模块

4-电源模块 5-样品载物台 6-数据分析终端模块

7-测温模块 8-数据时间同步功能模块 9-暗室

101-上盖 102-下箱体 201-紫铜棒

202-恒温水浴箱 203-温度控制部件 204-隔热板

205-排气口 206-纳米薄膜 207-风扇

301-镜头 302-镜头支撑盒 303-转动单元

304-调节杆A 305-调节杆B 306-底座

307-铰链A 308-铰链B 309-铰链C

601-可折叠支架 601a-连接板 601b-固定板

801-射频芯片 802-移动电源 901-镜头插口

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明一种基于红外热成像技术的便携式贵金属层间掺假无损检测装置，包括手提箱1、恒温热激励模块2、红外热成像模块3、电源模块4、样品载物台5、数据分析终端模块6、测温模块7与数据时间同步功能模块8，如图1所示。

所述手提箱1作为整个装置的载体，具有上盖101与下箱体102，上盖101与下箱体102后侧面间通过铰接件铰接，形成可翻盖结构。其中，下箱体102内安装恒温热激励模块2、红外热成像模块3、电源模块4和样品载物台5。上盖101为内凹结构，内壁上安装数据分析终端模块6。

如图2所示，所述恒温热激励模块2置于下盒体2中部，包括紫铜棒201、恒温水浴箱202与温度控制部件203。其中，恒温水浴箱202为顶面开口的箱体结构，横截面为矩形，内部用于盛装冷激励源或热激励源。恒温水浴箱202设置于下盒体中部，底面相对两侧设计有耳环状沉头孔结构，用于配合螺钉实现恒温水浴箱202与下盒体2底面间的固定。

其中，恒温水浴箱202内壁靠近顶面位置周向上设计有台肩，用于搭载隔热板204，由隔热板204隔绝恒温水浴箱内激励源加热或制冷时水蒸气对红外热成像模块3的干扰，以及方便更换水浴箱内的激励源。上述隔热板204顶面对角位置设计有突起，用于手握，以便隔热板204灵活取出；同时在隔热板204顶面上开有通孔，用于向恒温水浴箱202内注入激励源，以及安装温度控制部件203。在恒温水浴箱202底面中部开有四个内螺纹盲孔，且四个盲孔中心分别位于一直角梯形四角处；同时在隔热板204中部开有四个与各盲孔位置对应的通孔，用于插接紫铜棒201。

紫铜棒201为四根，分别穿过各通孔后，底端与对应的盲孔间螺纹固定连接，实现四根紫铜棒201的固定，通过上述盲孔与通孔开设放置，使四根紫铜棒201间形成直角梯形顶点热源空间布局。四根紫铜棒201顶端用于支撑由导热材料(导热硅胶)制成的样品载物台5，样品载物台5底面设计有四个盲孔，四根紫铜棒201顶端分别插入四个盲孔内，实现与样品载物台间5的固定，使紫铜棒201与样品载物台5间充分接触，由上用于设置检测样品，由样品载物台5扩大检测样品的承载空间，同时作为热源向样品载物台5上所放置的检测样品导热的中间件。上述紫铜棒201的布局，可更稳定的支撑样品载物台5，以及同样也可使样品载物台5以及样品均匀受热。

温度控制部件203可采用加热棒或制冷棒，其末端安装有堵块。将加热棒或制冷棒由隔热板204上的通孔插入恒温水浴箱202内，并由堵块插入隔热板204的通孔中，将通孔封堵，使恒温水浴箱202内呈封闭环境。通过温度控制部件203实现恒温水浴箱202内激励源的温度控制。

如图3所示，上述恒温水浴箱202一侧面为夹层结构，该侧面内层与外层相对位置开有四个排气口205，同时在内层外壁上附着纳米薄膜206，并在夹层内安装散热风扇207，使得在使用热激励模式时水蒸气可从篇排气口205排出，一方面防止水蒸气上浮干扰红外热成像模块3检测，同时防止恒温水浴箱202因温度过高膨胀破裂。

在恒温热激励模块2开始工作前，首先将隔热板204扣合在恒温水浴箱202上部，并将紫铜棒201经隔热板204上的通孔插入恒温水浴箱202内并固定，此时可从隔热板204上的开孔向恒温水浴箱202内注入适当的激励源。随后，根据需求选择热激励或是冷激励模式，将所需的加热棒或这冷棒经隔热板204上的开孔插入恒温水浴箱内，并由堵头将隔热板204上的开孔封堵。最后将样品载物台5安装于紫铜棒201顶端，并将待检测样品放置到样品载物台5上，此时打开电源，加热棒或制冷棒开始工作，对激励源加热或制冷。当使用热激励模式时，还须打开散热风扇；当恒温热激励模块2停止工作时，先关闭加热/制冷电源，再将待测样品、样品载物台5、紫铜棒201、隔热板204依次取下，收纳即可。

如图4所示，所述红外热成像模块3安装于下盒体2左部，包括镜头301、镜头支撑盒302、转动单元303、调节杆A304、调节杆B305与底座306。其中，镜头301为圆形9.5mm镜头，用于拍摄样品载物台5上样品的红外热成像图。镜头301外围通过具有调焦作用的转动单元303安装于镜头支撑盒302前端面上，通过转动单元303可实现镜头301的伸出或缩回镜头支撑盒以及镜头301的自旋转，使镜头301对位焦距可调，成像分辨率不高于0.5摄氏度，温度测试范围为-20～100摄氏度。镜头支撑盒302内部还安装有图像采集模块，用来采集由镜头拍摄的红外热成像图。镜头支撑盒302末端具有安装接头，安装接头通过松紧可调节的铰链A307安装于两根调节杆A304顶端，两根调节杆A304底端与分别由两根调节杆B305顶端内侧通过松紧可调节的铰链B308与两根调节杆B305顶端连接。两根调节杆B305底端通过松紧可调节且具有水平自由度的铰链C309安装于底座306顶部接头两侧。底座306固定安装于下盒体左侧前方底面上。由此通过调节杆A304、调节杆B305以及各铰链共同构成姿态可调杆状支撑结构，实现镜头301的姿态调节。通过上述结构设计，两根调节杆A304可旋转收入两根调节杆B307之间，使红外热成像模块3形成可折叠红外热成像模块3后，折叠后的红外热成像模块3整体位于下盒体2内部左侧进行收纳。上述镜头支撑盒302内还安装有数据采集模块，用来采集镜头301所拍摄的红外热成像图。

所述数据分析终端模块6采用的是具备显示功能的小型笔记本电脑或者嵌入式微型电脑，具有一个用于显示检测结果的显示屏、一个用于实现数据分析终端模块功能的含集成运算枢纽的内部电路板，以及一个外部输出接口端以及内置电源；同时数据分析终端模块6内嵌图像处理算法和标准样品温度特征数据库，且底部具有导出数据所需的外接I/O端口，I/O端口包括但不限于USB2.0、USB3.0和Type C。如图1所示，上述结构的数据分析终端模块通过可折叠支架601安装于上盖101上，可折叠支架601包括连接板601a与固定板601b。其中，固定板601b通过螺钉固定安装于上盖101内壁，连接板601a底端与固定板601b侧边通过铰链销连接，连接板601a顶端通过铰链销与数据分析终端模块6后侧设计的铰接面间铰接，且铰链销轴均沿上盖101左右方向，由此使数据分析终端模块6可实现自由平滑地旋转与折叠。上述连接板601a与固定板601b铰接一段设计有限位斜面，由此在连接板601a展开后，通过限位斜面与上盖101接触，实现连接板601a转动的限位，使连接板601a与固定板601b成145度展开。

所述测温模块7为带有温度传感器的夹持器，用于夹住样品载物台5，实时记录样品载物台5上的样品表面温度。

所述数据时间同步功能模块8包括内嵌在恒温水浴箱202后侧夹层内的LoRa射频芯片801与3.8V移动电源802(如：充电宝)，且夹层侧面设计有可开合盖体，用于移动电源802的取出充电。如图5所示，LoRa射频芯片801的电源接口与3.8V移动电源802的输出接口相连，由3.8V移动电源802为LoRa供电。前述测温模块7通过导线接入LoRa射频芯片801的数据输入管脚(RXD)、高电平管脚(VCC)和接地管脚(GND)；红外热成像模块3中的数据采集模块通过传输导线连接LoRa射频芯片801的数据输入管脚(RXD)。LoRa射频芯片801还通过无线通讯协议与数据分析终端模块6实现实时数据传输。

上述LoRa射频芯片用于接收由测温模块7测得的温度数据以及数据采集模块采集的图像数据同步发送至数据分析终端模块6；进一步经数据分析终端模块6进行处理后，实时成像于显示屏上；同时由数据分析终端模块6利用内置标准数据库比对温度分布特征，在显示屏上给出真伪判据结果。由此通过数据时间同步功能模块8，在检测样品被加热或制冷的过程中，可实现样品温度和红外热成像图随时间变化数据的实时监控。

所述电源模块4安装于下盒体101内部，位于恒温水浴箱右侧。电源模块4与红外热成像模块3、数据分析终端模块6以及温度控制部件203通过导线连接，实现供电。电源模块4采用锂电池供电，具有AC工频供电和便携式DC电源两种工作模式。

本发明中为了排除外界光线对镜头301的干扰，保证检测结果的准确，设计了暗室9。如图6所示，暗室9为顶面具有开口的盖体，其横截面尺寸与恒温水浴箱202顶面开口尺寸相同；同时暗室相对两侧面靠近底边位置设计有L形挡板901，该L形挡板901与其所在暗室9侧面间共同构成U形槽结构，用来配合恒温水浴箱202顶面完成暗室9的安装，该U形槽901宽度等于恒温水浴箱202相对两侧面与恒温水浴箱202开口间的水平距离。在暗室9进行安装时，将暗室9底部插入恒温水浴箱202顶面开口内，同时由暗室9两侧的U形槽901插接于恒温水浴箱202侧壁与顶面开口间部分上，实现暗室9与恒温水浴箱202间的定位。上述暗室9上还安装有与暗室9内部相通的筒状结构镜头套筒902，两者间通过螺纹旋紧固定。镜头套筒902内径与镜头301外径匹配，用于插入镜头301，使镜头301位于暗室9内部，并由镜头301将镜头套筒901开口封闭，无光照入暗室9，如图7所示。

本发明中还在上盖101与下箱体102内设计了收纳结构，包括在上盖101上设计的隔热板收纳槽位、载物样品台收纳槽位、紫铜棒收纳槽位、温度控制部件收纳槽位、测温模块收纳弹性带，分别用于收纳隔热板204、载物样品台5、紫铜棒201、温度控制部件203以及测温模块7。对于暗室2的收纳，首先，旋下镜头套筒，竖直插入手提箱底面任意空位处设计的圆环形槽内，随后可直接将暗室2倒置后，由恒温水浴箱2顶面开口插入恒温水浴箱内，完成暗室2的收纳。由此可实现将本发明使用过程中各部件全部收纳于箱体内，便于整个装置的运输。