[發明專利]反射干涉光譜檢測乙醇濃度的檢測系統及方法

無效

• 申請號: 200910099159.2
• 申請日: 2009-06-01
• 公開（公告）號: CN101566564A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 鄔建敏;商云嶺
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01J3/26
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 周 烽

技術領域

本發明涉及乙醇濃度的在線檢測領域，尤其涉及一種反射干涉光譜檢測乙醇濃度的檢測系統及方法。

背景技術

目前，乙醇相關工業已經得到了迅猛的發展，對液態乙醇濃度進行準確檢測可以指導技術人員優化工藝參數、控制工業生產成本，改進工藝，減少污染等。同時在啤酒、果汁、糖類等各種飲料的工業生產流程中，往往需要檢測酒精含量，控制飲品的酒精濃度，以便對生產線進行控制，及時發現問題。

國內外針對液態乙醇濃度的檢測大體可以分為離線測量和在線測量兩類，其相關技術的研究應用現狀如下：

一是廣泛應用的離線測量如滴定法、蒸餾法、色譜法等，這些方法的特點是技術發展成熟，但存在需要定時取樣，操作復雜，耗時長且不能實時反映生產過程中的真實情況等不足。

二是已存在的在線檢測方法，包括以下幾種情況：

(1)基于敏感電極方式：主要是通過探測乙醇催化氧化反應電流得到乙醇濃度值，它包括電化學電極和生物電極，其中電化學電極會因測量時乙醇氧化電勢較高引起水分解而影響測量，而生物電極不存在此問題，但其壽命和工作溫度不夠理想。

(2)基于超聲檢測方式：該方式根據超聲波在乙醇中的傳輸速率變化規律來表征乙醇濃度，它存在表征難，中間變量多，受溫度影響大等不足。

(3)基于氣液相平衡方式：該方式根據氣液相平衡機理，由氣敏探頭探測乙醇氣象濃度，推算液態乙醇濃度。但是由于傳感器選擇性困難，以及敏感機理固有的一些滯后、易受干擾等特性。

(4)基于光學原理方式：其方式有通過敏感膜的熒光強度表征乙醇濃度的方法，但由于熒光信號極其微弱，因此用該方法探測比較困難。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種反射干涉光譜檢測乙醇濃度的檢測系統及方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種反射干涉光譜檢測乙醇濃度的檢測系統，其特征在于，它主要由光源、光譜儀、反射光纖探頭、底座、多孔硅片、有機玻璃片計算機和蠕動泵組成；其中，有機玻璃片具有液體試樣入口和液體試樣出口，多孔硅片置于有機玻璃片和底座之間，有機玻璃片和底座相連，光源、光譜儀和反射光纖探頭彼此之間通過光導纖維相連，計算機與光譜儀相連，反射光纖探頭置于多孔硅片上方，蠕動泵與有機玻璃片的液體試樣入口相連。

進一步地，所述多孔硅片可以是多孔鋁、多孔二氧化硅、多孔氧化鋁、多孔氧化鈦、多孔氧化錫等多孔材料；所述光譜儀2可以為CCD光譜儀或光電二極管陣列光譜儀。

一種上述檢測系統的檢測方法，該方法為：蠕動泵將液態乙醇泵入多孔硅片表面，光源發出300nm-1100nm紅外光并照射到高反射性多孔硅片表面，光在液態乙醇/多孔硅片界面及多孔硅片/本體硅界面均產生反射信號，因反射信號具有光程差而發生光的干涉，干涉信號的強度及干涉峰位置與多孔硅片厚度和多孔硅片平均折光指數有關。光譜儀定時采集反射干涉信號并傳輸至計算機。計算機將采集的反射干涉信號進行傅立葉變換后獲得傅立葉變換光譜。光譜峰值位置對應多孔硅片有效光學厚度。由于光譜信號定時采集，因此可以實時記錄乙醇濃度變化時多孔硅層有效光學厚度變化。通過校準曲線計算獲得液體試樣中乙醇的實際濃度。

本發明的有益效果是：本發明結構簡單、靈敏度高、成本低、實時性好、濃度范圍廣，可以快速準確的獲得液態乙醇的濃度，具有廣闊的市場前景。

附圖說明

圖1為本發明檢測系統的結構示意圖；

圖2為反射干涉光譜傅立葉變換圖，其中，1為多孔硅層的反射干涉光譜傅立葉變換圖，2為多孔硅層滲入乙醇后的反射干涉光譜傅立葉變換圖；

圖中，1、光源，2、光譜儀，3、反射光纖探頭，4、液體試樣入口，5、液體試樣出口，6、底座，7、多孔硅片，8、螺絲，9、有機玻璃片，10、計算機，11、蠕動泵。

具體實施方式

下面根據附圖和實施例詳細說明本發明，本發明的目的和效果將變得更加明顯。

如圖1所示，本發明反射干涉光譜檢測乙醇濃度的檢測系統主要由光源1、光譜儀2、反射光纖探頭3、底座6、多孔硅片7、有機玻璃片9計算機10和蠕動泵11組成；其中，有機玻璃片9具有液體試樣入口4和液體試樣出口5，多孔硅片7置于有機玻璃片9和底座6之間，有機玻璃片9和底座6通過螺絲8相連，光源1、光譜儀2和反射光纖探頭3彼此之間通過光導纖維相連，計算機10與光譜儀2相連，反射光纖探頭3置于多孔硅片7上方，蠕動泵11與有機玻璃片9的液體試樣入口4相連。