CN101806731B - 基于ccd和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置 - Google Patents
基于ccd和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101806731B CN101806731B CN2010101253860A CN201010125386A CN101806731B CN 101806731 B CN101806731 B CN 101806731B CN 2010101253860 A CN2010101253860 A CN 2010101253860A CN 201010125386 A CN201010125386 A CN 201010125386A CN 101806731 B CN101806731 B CN 101806731B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- trapezoidal
- ccd
- vitrea
- vitreum
- line array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明提供的是一种基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置。该方法利用了激光的特性和液体浓度与折射率的关系及光学的折射、反射原理。入射光透过液体，然后穿过梯形玻璃体中间的楔形槽豁口射入梯形玻璃体内部，入射光被分为两束在玻璃内部经过多次的反射之后从其两端的梯形斜面射出，再透过液体由CCD接收。由于液体浓度与折射率相关，当浓度变化时，入射光的折射角发生变化，导致光束在玻璃内部的反射角随之变化，进而使得从玻璃两端出射的光束在CCD上的两像斑间距发生改变。因此，CCD上的像斑间距便可与液体浓度建立对应关系，从像斑间距就可以测出液体的浓度。本发明结构简单、易于布放，可以实时测量液体浓度的变化，并可在腐蚀性等恶劣工业环境中工作。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种液体浓度测量方法。本发明也涉及一种液体浓度测量装置。
背景技术
在石油、化工、冶金、食品、医药等工业领域均需要对溶液浓度进行测量。传统的液体浓度光学测量方法中，如阿贝折射仪测量范围相对较小，且不能实现在线与自动测量；而用旋光仪测浓度，只适用于旋光性的溶液，也无法实现在线与自动测量，由于要靠人眼来判断三分视场的亮度是否相同，容易产生较大的误差。
随着现代光学技术与光电子技术的进步，电荷耦器件的精密制造技术及性能得到了快速发展。这使得利用线阵CCD的高分辨力测量液体折射率变化成为可能，并为液体浓度的测量提供了新的手段。
目前基于CCD的液体浓度测量方法主要有：一、基于线阵CCD的光学折射法：该方法的实现原理是让一束平行光斜入射到装有待测溶液的矩形玻璃的一个侧面，并从另一面射出，由CCD接收。出射光与入射光平行但不在同一直线上，即出射光相对于入射光有一侧向位移。由于溶液折射率受浓度变化影响，导致这一侧向位移随液体浓度的改变而变化。因此，可以根据位移量测出液位。这种方法采用LED作为光源，玻璃和液体不能过厚，否则减弱光信号，且灵敏度不高，入射角的变化增加测量误差。二、基于线阵CCD的棱镜最小偏向角法：该方法的实现原理是将溶液盛入空心三棱镜中，一束激光入射到三棱镜上，从另一面出射的光相对于入射光有一偏向角，记录出射光在满足最小偏向角情况下在CCD上成像的位置。当溶液浓度发生变化时，液体折射率改变，进而导致最小偏向角改变，在CCD上的成像出现位移。通过测量最小偏向角与浓度之间的关系，用查表方式可以测出液体浓度。该方法将最小偏向角与浓度之间的关系近似为线性进行拟合，且在测量偏向角时误差较大，易受外界环境影响，灵敏度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量便捷、稳定度高、易于补偿、测量误差小的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法。本发明的目的还在于提供一种本发明的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法的专用装置。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法为：
采用由一块底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体与密闭于箱体中的激光束光源、线阵CCD及其处理电路构成的测量装置，将该测量装置浸于待测液体中，其中梯形玻璃体完全浸在液体中，线阵CCD嵌于密闭箱体一侧面上的开槽中，并对开槽与线阵CCD的缝隙实行密封，光源发射出的光束正对于梯形玻璃体的楔形槽豁口中央，豁口宽度为平行光束宽度的2倍，梯形玻璃体上下表面镀膜并产生平面镜效果，固定于箱体下方，并使上下表面平行于线阵CCD表面，线阵CCD的长度不小于梯形玻璃体的长度；光源发出的平行光速透过液体入射到玻璃体的楔形槽正中位置处，均匀分布于楔形槽豁口的左右两平面上，两楔形面上的光束发生折射而被分成左右两束并射入梯形玻璃体内部，两束光在梯形玻璃体内部经过多次反射之后在玻璃体的两梯形斜面处再次发生折射，两束折射光透过液体射到线性CCD上；当液体浓度改变时，折射角发生变化，使得光束在玻璃内部的反射角也相应发生变化，在线性CCD上两束光的像斑间距随之发生变化，利用两像斑间距的变化情况获得液体浓度信息。
本发明的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置的组成包括一块底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体与密闭于箱体中的激光束光源、线阵CCD及其处理电路，测量装置浸于待测液体中，其中梯形玻璃体完全浸在液体中，线阵CCD嵌于密闭箱体一侧面上的开槽中，并对开槽与线阵CCD的缝隙实行密封，光源发射出的光束正对于梯形玻璃体的楔形槽豁口中央，豁口宽度为平行光束宽度的2倍，梯形玻璃体上下表面镀膜并产生平面镜效果，固定于箱体下方，并使上下表面平行于线阵CCD表面，线阵CCD的长度不小于梯形玻璃体的长度。
所述的处理电路包括线阵CCD驱动电路、数据采集与处理电路、数据传输电路以及激光束光源驱动电路。
所述的光源为激光二极管。
梯形玻璃体与激光二极管光源固定于密闭箱体下方并与箱体合为一体。
梯形玻璃体与激光二极管光源单独放置固定于密闭箱体下方。
所述的底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体是一等腰梯形或由等腰梯形构成的光学玻璃体，其上的楔形槽的两个斜面分别与梯形玻璃体上与之相隔的斜面平行。
当梯形玻璃与线阵CCD的相对位置有上下、远近等位置改变时，线阵CCD上两像斑间距变化不大，对浓度的测量结果影响很小，因而此装置具有很高的可靠性以及稳定性。
该测量方法相对简便，易于使用，具有精度高、受液体流动变化影响极小、可在腐蚀性等恶劣工业环境下工作等优点。
光源由激光二极管构成，处理电路的逻辑功能可由FPGA或单片机实现，光源与线阵CCD集成于密闭箱体中；线阵CCD嵌于密闭箱体表面上宽度与CCD芯片宽度一样的开槽中，并在密闭箱体内外两侧对开槽与CCD芯片的缝隙实行密封；激光二极管位于CCD与梯形玻璃体的正下方；梯形玻璃体固定在箱体下方，并平行于CCD表面，楔形槽豁口处两楔形面与玻璃体两梯形面分别平行。
本发明是一种基于线阵CCD的光学液体浓度测量方法及装置，适用于透明及半透明液体的浓度测量。
附图说明
图1是本发明实现1原理示意图；
图2是本发明实现2原理示意图；
图3是本发明中入射光在梯形玻璃体的楔形槽豁口处形成的光斑示意图；
图4是本发明中线阵CCD像斑示意图。
具体实施方式
结合图1，基于线阵CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置包括激光光源5、线阵CCD芯片7、电路单元3(包括：CCD驱动、数据采集与处理和数据传输功能)、密闭箱体4、开有楔形槽豁口9的梯形玻璃体6。线阵CCD芯片7嵌于密闭箱体4的开槽中，并在密闭箱体4内外两侧对开槽与CCD芯片7的缝隙实行密封。激光光源5位于箱体4以及梯形玻璃体6的正下方，并与楔形玻璃体固定在一起。梯形玻璃体6上、下表面镀铜，固定于密闭箱体4下方，使梯形玻璃体6的上、下表面与箱体4下表面平行，且两梯形表面正对于CCD芯片7。将密闭箱体4置于盛有待测液体2的容器1中，使线阵CCD芯片7、激光光源5与梯形玻璃体6均浸没在待测溶液2中，从激光光源5发出的激光透过待测溶液2射到梯形玻璃体的楔形槽豁口中央，于是可得入射界面光斑示意图3，光束8被楔形槽豁口9分成两束，图2中矩形正中的虚线为两楔形面的相交位置。被楔形槽豁口面分开的两条光束在梯形玻璃体6中多次反射，分别从玻璃体的两梯形面射出，两束出射光在CCD芯片7上像斑如图4。待测液体浓度改变时折射率也随之变化，导致出射光在CCD芯片7上实现1光斑间距发生变化，通过光斑间的距变化信息可实现液体浓度测量，为提高测量精度，可增加梯形玻璃体6厚度或者长度。
Claims (7)
1.一种基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法，其特征是：采用由一块底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体与密闭于箱体中的激光束光源、线阵CCD和处理电路构成的测量装置，将该测量装置浸于待测液体中，其中梯形玻璃体完全浸在液体中，线阵CCD嵌于密闭箱体一侧面上的开槽中，并对开槽与线阵CCD的缝隙实行密封，光源发射出的光束正对于梯形玻璃体的楔形槽豁口中央，豁口宽度为平行光束宽度的2倍，梯形玻璃体上下表面镀膜并产生平面镜效果，固定于密闭箱体下方，并使上下表面平行于线阵CCD表面，线阵CCD的长度不小于梯形玻璃体的长度；光源发出的平行光束透过液体入射到玻璃体的楔形槽正中位置处，均匀分布于楔形槽豁口的左右两平面上，两楔形面上的光束发生折射而被分成左右两束并射入梯形玻璃体内部，两束光在梯形玻璃体内部经过多次反射之后在玻璃体的两梯形斜面处再次发生折射，两束折射光透过液体射到线性CCD上；当液体浓度改变时，折射角发生变化，使得光束在玻璃内部的反射角也相应发生变化，在线性CCD上两束光的像斑间距随之发生变化，利用两像斑间距的变化情况获得液体浓度信息。
2.一种基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置，组成包括一块底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体与密闭于箱体中的激光束光源、线阵CCD和处理电路，其特征是：测量装置浸于待测液体中，其中梯形玻璃体完全浸在液体中，线阵CCD嵌于密闭箱体一侧面上的开槽中，并对开槽与线阵CCD的缝隙实行密封，光源发射出的光束正对于梯形玻璃体的楔形槽豁口中央，豁口宽度为平行光束宽度的2倍，梯形玻璃体上下表面镀膜并产生平面镜效果，固定于密闭箱体下方，并使上下表面平行于线阵CCD表面，线阵CCD的长度不小于梯形玻璃体的长度。
3.根据权利要求2所述的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置，其特征是：所述的处理电路包括线阵CCD驱动电路、数据采集与处理电路、数据传输电路以及激光束光源驱动电路。
4.根据权利要求2或3所述的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置，其特征是：所述的光源为激光二极管。
5.根据权利要求4所述的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置，其特征是：所述的底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体是一等腰梯形光学玻璃体，其上的楔形槽的两个斜面分别与梯形玻璃体上与之相隔的斜面平行。
6.根据权利要求5所述的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置，其特征是：梯形玻璃体与激光二极管固定于密闭箱体下方并与箱体合为一体。
7.根据权利要求5所述的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置，其特征是：梯形玻璃体与激光二极管单独放置固定于密闭箱体下方。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101253860A CN101806731B (zh) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | 基于ccd和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010101253860A CN101806731B (zh) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | 基于ccd和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101806731A CN101806731A (zh) | 2010-08-18 |
| CN101806731B true CN101806731B (zh) | 2011-11-16 |
Family
ID=42608622
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010101253860A Expired - Fee Related CN101806731B (zh) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | 基于ccd和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101806731B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102507506B (zh) * | 2011-11-18 | 2014-04-09 | 江苏大学 | 激光混药浓度在线检测的方法及其装置 |
| CN112129775B (zh) * | 2020-09-23 | 2023-03-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种匀光棒条形光源及基于该光源的光学元件损伤检测装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5035504A (en) * | 1990-04-23 | 1991-07-30 | Nicolas J. Harrick | Liquid analysis with internal reflection spectroscopy |
| CN2091456U (zh) * | 1991-06-14 | 1991-12-25 | 北京轻工业学院 | 高温液体浓度在线检测装置 |
| JP3770707B2 (ja) * | 1997-08-26 | 2006-04-26 | 松下電器産業株式会社 | 減衰全反射測定装置およびそれを用いた特定成分の測定方法 |
| FR2846419B1 (fr) * | 2002-10-23 | 2005-01-28 | A P I Electronique | Dispositif et procede de mesure de taux d'un composant dans un liquide. |
| CN101571479B (zh) * | 2009-06-16 | 2010-12-01 | 哈尔滨工程大学 | 基于线阵ccd的光学液体浓度测量装置及测量方法 |
| CN101609044B (zh) * | 2009-07-24 | 2010-12-01 | 哈尔滨工程大学 | 基于线阵ccd和梯形玻璃块的液体浓度测量装置及方法 |
-
2010
- 2010-03-17 CN CN2010101253860A patent/CN101806731B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101806731A (zh) | 2010-08-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101995393B (zh) | 基于玻璃合成体和线阵ccd的液体浓度测量装置及方法 | |
| CN101762567B (zh) | 差分式溶液浓度测量装置及测量方法 | |
| CN105954232B (zh) | 一种液体折射率测量系统 | |
| CN101609044B (zh) | 基于线阵ccd和梯形玻璃块的液体浓度测量装置及方法 | |
| CN101706425A (zh) | 液体棱镜折射计 | |
| CN103267743A (zh) | 一种折射率测量装置及方法 | |
| CN103645119B (zh) | 一种基于点光源的面阵ccd液体密度测量的测量装置 | |
| CN101571479B (zh) | 基于线阵ccd的光学液体浓度测量装置及测量方法 | |
| CN201974214U (zh) | 基于线阵ccd与透明管的液位测量装置 | |
| CN102435259A (zh) | 带隔离栅的线阵ccd液位测量装置及测量方法 | |
| CN102221390A (zh) | 基于线阵ccd与透明管的液位测量装置及测量方法 | |
| CN101806731B (zh) | 基于ccd和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置 | |
| CN101782419A (zh) | 基于等腰直角三角棱镜的液位测量方法及测量装置 | |
| CN110763305B (zh) | 一种光电式液位测量方法 | |
| CN101776571A (zh) | 液体折射率实时检测装置及其在线检测方法 | |
| CN203259473U (zh) | 一种折射率测量装置 | |
| RU2327959C2 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости | |
| CN105866071A (zh) | 一种光纤干涉法测折射率的装置 | |
| CN109425409B (zh) | 一种光电式液位测量装置及方法 | |
| EP3290907A1 (en) | Device for measuring solution concentration | |
| CN101788320B (zh) | 基于等腰直角三棱镜的斜边式液位测量方法及测量装置 | |
| CN103792208B (zh) | 玻璃器壁的光学和几何参数测量装置及其测量方法 | |
| CN205719967U (zh) | 一种光纤干涉法测折射率的装置 | |
| CN202974864U (zh) | 一种用于测量液相气体折射率的测量仪 | |
| CN101509802A (zh) | 光学全反射式线阵ccd液位测量方法及测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111116 Termination date: 20170317 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |