[發明專利]基于玻璃合成體和線陣CCD的液體濃度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201010297840.0
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN101995393A
• 公開（公告）日: 2011-03-30
• 發明（設計）人: 溫強;高偉強;王云峰;張曉敏;朱正;孫洪穎;孫秋華
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及的是一種液體濃度測量方法。本發明也涉及一種液體濃度測量裝置。具體地說是一種基于玻璃合成體和線陣CCD的液體濃度光學測量方法及測量裝置。

背景技術

在石油、化工、冶金、食品、醫藥等工業領域均需要對溶液濃度進行測量。傳統的液體濃度光學測量方法中，如阿貝折射儀測量范圍相對較小，且不能實現在線與自動測量；而用旋光儀測濃度，只適用于旋光性的溶液，也無法實現在線與自動測量，由于要靠人眼來判斷三分視場的亮度是否相同，容易產生較大的誤差。

隨著現代光學技術與光電子技術的進步，電荷耦器件的精密制造技術及性能得到了快速發展。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，并為液體濃度的測量提供了新的手段。

目前基于CCD的液體濃度測量方法主要有：一、基于線陣CCD的光學折射法：該方法的實現原理是讓一束平行光斜入射到裝有待測溶液的矩形玻璃的一個側面，并從另一面射出，由CCD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向位移。由于溶液折射率受濃度變化影響，導致這一側向位移隨液體濃度的改變而變化。因此，可以根據位移量測出液位。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，且靈敏度不高，入射角的變化增加測量誤差。二、基于線陣CCD的棱鏡最小偏向角法：該方法的實現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。當溶液濃度發生變化時，液體折射率改變，進而導致最小偏向角改變，在CCD上的成像出現位移。通過測量最小偏向角與濃度之間的關系，用查表方式可以測出液體濃度。該方法將最小偏向角與濃度之間的關系近似為線性進行擬合，且在測量偏向角時誤差較大，易受外界環境影響，靈敏度不高。三、基于線陣CCD的等腰梯形測量方法：該方法的實現原理是以激光作為光源，入射光透過液體射入梯形玻璃合成體的一端，在玻璃內部經過多次的反射之后從另一端射出，再透過液體由CCD接收。由于液體濃度與折射率相關，當濃度變化時，入射光的折射角發生變化，導致光束在玻璃內部的反射角隨之變化，進而使得從玻璃另一端出射的光束在CCD上光斑發生位移。因此，CCD上光斑便可與液體濃度建立對應關系，從光斑就可以測出液體的濃度。該方法對入射光線的入射角要求嚴格，容易在出射面上發生全反射，光束出射角度易受外界環境變化影響，穩定性比本專利提出的方法低很多。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可在線測量、穩定度高、分辨率高、測量誤差小的基于玻璃合成體和線陣CCD的液體濃度測量裝置。本發明的目的還在于提供一種基于玻璃合成體和線陣CCD的液體濃度測量方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明的基于玻璃合成體和線陣CCD的液體濃度測量裝置的組成包括激光光源、用于密封的玻璃片、玻璃合成體、線陣CCD、電路單元和箱體；所述玻璃合成體的上下底面為相互平行的平面、一個側面為斜面、與斜面相對的側面為圓柱面，玻璃合成體的上下底面鍍內反射膜；玻璃合成體、激光光源、線陣CCD及電路單元置于箱體中，線陣CCD置于玻璃合成體的圓柱面的前方，激光光源發出的光束垂直于玻璃合成體兩底面并照射到玻璃合成體的斜面上；箱體開有使玻璃合成體的斜面部分暴露的開口，開口處由用于密封的玻璃片實現箱體的整體密封；玻璃合成體、激光光源、線陣CCD和電路單元連接；箱體置于裝有待測液體的容器中。

所述的激光光源由激光二極管構成。

在線陣CCD前設置有一放大鏡。