[發(fā)明專利]差分式溶液濃度測量裝置及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010101914.9
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN101762567A
• 公開（公告）日: 2010-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫強(qiáng);王偉強(qiáng);邵永豐;楊依珍;姜富強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種溶液濃度測量方法及裝置，具體地說是一種基于線陣CCD和棱鏡組的差分式溶液濃度光學(xué)測量方法及測量裝置。

(二)背景技術(shù)

在石油、化工、冶金、食品、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域均需要對溶液濃度進(jìn)行測量。傳統(tǒng)的溶液濃度光學(xué)測量方法中，如阿貝折射儀測量范圍相對較小，且不能實(shí)現(xiàn)在線與自動測量；而用旋光儀測量濃度，只適用于旋光性的溶液，也無法實(shí)現(xiàn)在線與自動測量，由于要靠人眼來判斷三分視場的亮度是否相同，容易產(chǎn)生較大的誤差。

隨著現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)與光電子技術(shù)的進(jìn)步，電荷耦合器件的精密制造技術(shù)及性能得到了快速發(fā)展。這使得利用線陣CCD的高分辨力測量液體折射率變化成為可能，并為溶液濃度的測量提供了新的手段。

目前基于CCD的溶液濃度測量方法主要有：一、基于線陣CCD的光學(xué)折射法：該方法的實(shí)現(xiàn)原理是讓一束平行光斜入射到裝有待測溶液的矩形玻璃容器的一個側(cè)面，并從另一面?zhèn)让嫔涑觯蒀CD接收。出射光與入射光平行但不在同一直線上，即出射光相對于入射光有一側(cè)向位移。由于溶液折射率受濃度變化影響，導(dǎo)致這一側(cè)向位移隨溶液濃度的改變而變化。因此，可以根據(jù)位移量測出液位。這種方法采用LED作為光源，玻璃和液體不能過厚，否則減弱光信號，入射角的變化還可增加測量誤差。二、基于線陣CCD的棱鏡最小偏向角法：該方法的實(shí)現(xiàn)原理是將溶液盛入空心三棱鏡中，一束激光入射到三棱鏡上，從另一面出射的光相對于入射光有一偏向角，記錄出射光在滿足最小偏向角情況下在CCD上成像的位置。當(dāng)溶液濃度發(fā)生變化時，液體折射率改變，進(jìn)而導(dǎo)致最小偏向角改變，在CCD上的成像出現(xiàn)位移。通過測量最小偏向角與濃度之間的關(guān)系，用查表方式可以測出溶液濃度。該方法將最小偏向角與濃度之間的關(guān)系近似為線性進(jìn)行擬合，在測量偏向角時誤差較大。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種測量便捷、靈敏度高、易于補(bǔ)償、測量誤差小的差分式溶液濃度測量裝置。本發(fā)明的目的還在于提供一種差分式溶液濃度測量方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的差分式溶液濃度測量裝置包括：激光光源11、線陣CCD芯片7、電路單元3、第一密閉箱體4、第二密閉箱體5、棱鏡組6、半反半透鏡片8、反射鏡10、線陣CCD芯片7嵌于第一密閉箱體4側(cè)表面，激光光源11、半反半透鏡片8、反射鏡10密閉于第二密封箱體5中，第二密封箱體5為由透明或者是在箱體上開有透明窗口區(qū)，半反半透鏡片8、反射鏡10分別鍍半反半透膜和銀，第一和第二密閉箱體置于盛有待測溶液2的容器1中，線陣CCD芯片7、激光光源11、半反半透鏡片8、反射鏡10與棱鏡組6均浸沒在待測溶液2中。

本發(fā)明的差分式溶液濃度測量裝置還可以包括：

1、線陣CCD芯片放置于棱鏡組的一側(cè)，且線陣CCD芯片的靶面與棱鏡組的光束出射端面平行，所述激光光源為激光二極管且置于棱鏡組的另一側(cè)面。

2、棱鏡組帶有黑色隔離面9。

3、所述的線陣CCD芯片7嵌于密閉箱體4側(cè)表面，是將線陣CCD芯片7嵌于第一密閉箱體4側(cè)表面寬度略大于CCD芯片7寬度的開槽中，并在第一密閉箱體4內(nèi)外兩側(cè)對所述開槽與線陣CCD芯片7的縫隙實(shí)行密封。

4、所述的電路單元由線陣CCD芯片驅(qū)動電路、數(shù)據(jù)采集與處理電路、數(shù)據(jù)傳輸電路以及激光二極管光源驅(qū)動電路連接組成。

本發(fā)明的差分式溶液濃度測量方法包括：

采用由激光光源11、線陣CCD芯片7、電路單元3、第一密閉箱體4、第二密閉箱體5、棱鏡組6、半反半透鏡片8、反射鏡10、黑色隔離面9構(gòu)成的測量裝置，將測量裝置置于盛有待測溶液2的容器1中，激光光源發(fā)出的平行光束經(jīng)由半反半透鏡片和反射鏡將入射的激光束分成兩束平行的激光，并透過待測液體分別入射到棱鏡組中位置對稱的兩棱鏡的同一側(cè)，棱鏡組固定于線陣CCD芯片與激光光源的之間，且在棱鏡的中間布放一個能夠吸收大部分光輻射的黑色隔離面，同時在棱鏡組的非工作端面帖附一層能夠吸收大部分光輻射的介質(zhì)，以吸收由棱鏡表面反射的光線，兩束平行光束在液體和玻璃界面處發(fā)生折射及反射，反射光束透過液體，其中大部分光輻射被黑色隔離面吸收，折射光束經(jīng)過棱鏡的另一端面再次發(fā)生折射及反射，反射光束直接或間接地被非工作端面吸收，折射光束透過液體射到線陣CCD芯片上，液體折射率隨著濃度變化而變化，當(dāng)溶液濃度改變時，折射角發(fā)生變化，棱鏡組使得兩束光的偏向角方向相反，最終在線陣CCD上兩束光的像斑出現(xiàn)相反方向的位移，利用兩像斑的距離關(guān)系獲得溶液濃度的信息。

所述棱鏡組采用兩個參數(shù)相同的棱鏡。