[發明專利]一種透光液體濃度檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 201410472852.0
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104198436B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 滕艷華;韋亞平;薛長國;程韋;夏玲燕;楊東昇
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種透光液體濃度檢測系統及檢測方法，屬于檢測領域。

背景技術

濃度是衡量工業產品質量的一項非常重要的指標，是液體物質的一個重要物理參數。因此，在化工、醫藥、食品等行業的生產以及在一些科學研究中，經常需要精確定量測量液體中特定物質的濃度。傳統測量液體濃度的方法主要有比重法、化學分析法、超聲波法、光學方法等。比重法雖然精度較高，但要采用分析天平稱多次，且只能檢測上層表面溶液的濃度；化學分析法具有較高的檢測精度，但它在使用過程中所耗費的許多化學試劑非常昂貴，成本高，并且需要很長的分析周期，不能滿足實時在線檢測的要求；超聲波法精度雖高，但所用設備重量大、不易移動，且被測量液體濃度要適量，既不能太高也不能太低；光學方法雖然方便，快捷，廉價且無污染，但易受旋光性、靈敏度、設備或環境等影響，導致精確度不高。這些技術需要復雜和昂貴的實驗裝置,且不能用于流動液體濃度實時檢測。同時取樣費時且繁瑣，滯后性大，分析的結果不精確，不能滿足現在工業生產的實際要求。

在公開號101216422的專利“液體濃度檢測裝置及檢測方法”中，公開了一種檢測液體濃度的裝置及檢測方法。其利用光在具有透光蓋板的緊密容器中反射與折射，測得未知液體的折射率與濃度，能夠達到快速檢測液體折射率的目的，但此裝置中光路折射次數少，光斑位移Δd小，靈敏度不高。

在公開號102590098A的專利“一種液體濃度檢測裝置”中，采用光電元件檢測出射面的折射光線強度，成本高，且該系統復雜不易搭建。

在論文(基于位置敏感器件的光學法鹽度檢測技術研究[J].光學學報,2003,23(11):1379-1383.)中，學者通過向低濃度鹽水中加入一定量的高濃度鹽水來改變被測鹽水鹽度的方法獲得鹽度與光敏探測器上光點位置關系，要使鹽水鹽度穩定，但其過程耗時長，不利于實時在線檢測。

在論文(溶液質量分數光電探測系統的性能分析[J].傳感器與微系統,2013,31(11):8-10.)中，學者提出對光路進行了優化，并通過多次反射增加光程能有效克服以上缺陷，但其單位濃度變化引起的光斑位移較小，靈敏度不能滿足要求。

發明內容

本發明為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種透光液體濃度檢測系統及檢測方法，以期能有效提高光電檢測透明溶液濃度的靈敏度，并實現設備小型化。在已知參照溶液折射率的情況下，利用本系統可以快速準確的測定出透明溶液的濃度，以及溶液的折射率。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明透光液體濃度檢測系統的結構特點是：設置一靜置的容器，被測透光液體密閉在所述靜置容器中；在所述容器中，位于容器一側的內壁上設置第二反光鏡，與所述第二反光鏡相對的容器另一側的內壁上分別設置有第一反光鏡和第三反光鏡，所述第一反光鏡和第三反光鏡的鏡面相互平行且與所述第二反光鏡成一傾角；在所述容器側壁上，處在所述第二反光鏡的上方設置有上透光視窗，處在所述第二反光鏡的下方設置下透光視窗；

由設置在容器外部的激光器發出的激光光束自所述上透光視窗投射至所述第一反光鏡，所述第一反光鏡的折射光依次經第二反光鏡和第三反光鏡的折射后，由下透光視窗射出并作為檢測光；

設置光電探測器用于接收所述檢測光的光斑位置信號，經信號處理獲得被測透光液體濃度。

本發明透光液體濃度檢測系統的結構特點也在于：

所述激光器是λ＝635nm的線性度較好的半導體激光器。

所述光電探測器為位置敏感傳感器PSD或一維線陣電荷藕合器件CCD。

利用本發明檢測系統進行透光液體濃度的方法的特點是按如下步驟進行：

步驟a、向容器中注入已知折射率為n1的基準透光液體，設置激光器發出的激光光束從上視窗進入容器中的角度，使得入射光線在依次經過第一反光鏡、第二反光鏡和第三反光鏡的折射之后，自下透光視窗中射出，并在光電探測器中獲得基準光斑位置信息；以所述激光器和光電探測器的這一檢測狀態為設定檢測狀態；

步驟b、將容器中的基準透光液體更換為標準鹽離子溶液，保持所述激光器和光電探測器為設定檢測狀態，在光電探測器中獲得標準鹽離子溶液的光斑位置信息；

步驟c、針對不同濃度的標準鹽離子溶液重復步驟b，對應獲得不同濃度的標準鹽離子溶液的光斑位置信息，并由此得到濃度和光電探測器中光斑位置信息的關系圖；

步驟d、針對被測透明液體，按步驟b獲得被測透明液體在光電探測器上光斑位置信息，通過與所述關系圖的比對，得到被測透明液體的濃度值。