CN103616377A - 反射式光电比色检测方法及其检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反射式光电比色检测方法及其检测装置，该检测装置包括用于采集滴有待测液的显色试纸在特定光源照射下的反射光信号并进行光电转换的采光器和可根据溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式对采光器光电转换后的电压值进行计算得出该待测液浓度的信号处理电路，检测时将适量待测液滴于显色试纸，然后将显色试纸置于特定光源下检测其反射光信号光电转换后的电压值，根据上述回归方程式对该电压值进行计算得出待测液浓度，检测过程以显色试纸为载体，兼具了试纸的便携性与仪器检测的准确定量性，同时其检测样品为显色试纸，便于携带和检测，使现场检测变得可行。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于检测待测液浓度的检测方法和装置，尤其涉及一种反射式光电比色检测方法及其检测装置。
背景技术
比色法是以生成有色化合物的显色反应为基础，通过比较或测量有色物质溶液颜色深度来确定待测液浓度的方法。
常用的比色法有两种：目视比色法和光电比色法，光电比色法是在光电比色计上测量一系列标准溶液的吸光度，将吸光度对浓度作图，绘制工作曲线，然后根据待测组分溶液的吸光度在工作曲线上查得其浓度或含量。与目视比色法相比，光电比色法消除了主观误差，提高了测量准确度。
现有的光电比色计由光源、滤光片、比色皿、光电检测器、放大和显示等组成，由于比色皿用来盛装所分析的样品液，所以现有的光电比色计都只能检测液体溶液，不能对显色的试纸进行检测，而现场采集液体溶液样品不仅操作难度大、对使用器具要求极高，而且现有的光电比色计携带不便，使用其检测样品液时一般需要在实验室进行，无法实现现场检测。
因此，为解决上述问题，需要一种以显色试纸为载体的用于检测待测液浓度的检测方法和装置，通过测量显色试纸在特定光源下的反射光的光电转换电压值，然后对测得电压值进行运算处理得出待测液浓度，兼具了试纸的便携性与仪器检测的准确定量性，同时其检测样品为显色试纸，便于携带和检测，使现场检测变得可行。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种以显色试纸为载体的用于检测待测液浓度的反射式光电比色检测方法及其检测装置，通过测量显色试纸在特定光源下的反射光的光电转换电压值，然后根据溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式对测得电压值进行运算处理得出待测液浓度，兼具了试纸的便携性与仪器检测的准确定量性，同时其检测样品为显色试纸，便于携带和检测，使现场检测变得可行。
本发明的反射式光电比色检测方法，包括以下步骤：
a.将适量待测液滴于显色试纸；
b.将显色试纸至少滴有该待测液的部分置于特定光源下照射；
c.测量显色试纸滴有该待测液的部分在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后的电压值；
d.根据测得的电压值和溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式计算得出该待测液的浓度。
进一步，所述回归方程式通过将适量已知浓度的不同溶液滴于显色试纸后置于所述特定光源下测得其反射光信号光电转换后电压值的实验方法建立；
进一步，所述步骤c中，测量显色试纸滴有该待测液的部分在所述特定光源照射下的反射光信号通过pin光电二极管进行光电转换；所述特定光源为人造光源。
本发明的反射式光电比色检测装置，包括用于采集滴有待测液的显色试纸的检测部分在所述特定光源照射下的反射光信号并进行光电转换的采光器和可根据溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式对采光器光电转换后的电压值进行计算得出该待测液浓度的信号处理电路。
进一步，所述采光器包括不透光壳体和用于定位显色试纸并携带显色试纸插入所述不透光壳体内腔的试纸进出槽；所述不透光壳体上设有用于为显色试纸的检测部分提供入射光的光束发射装置和用于采集显色试纸的检测部分在所述光束发射装置照射下的反射光信号并进行光电转换的光敏元件；
进一步，所述不透光壳体上还设有用于对光束发射装置的出射光进行聚光放大的光折射透镜；所述光折射透镜固定于不透光壳体的内腔并设于所述光束发射装置到显色试纸检测端的光路上；
进一步，所述不透光壳体上还设有用于检测显色试纸检测端入射光的光强的光照度传感器；所述光照度传感器固定于不透光壳体的内腔并设于所述光束发射装置到光折射透镜或光折射透镜到显色试纸检测端的光路上；
进一步，所述不透光壳体和试纸进出槽上对应设有用于控制试纸进出槽推进到指定位置固定的试纸槽复位衡力器；所述试纸槽复位衡力器包括固定于不透光壳体的第一磁铁和对应于第一磁铁固定于试纸进出槽的第二磁铁，第一磁铁与第二磁铁相对的一端磁极相反；
进一步，所述不透光壳体包括可拆式连接于一体的上盖和底座，上盖和底座之间形成用于容纳试纸进出槽插入部分及光折射透镜和光照度传感器的内腔；所述试纸进出槽包括试纸安放槽和用于将显色试纸紧压于试纸安放槽定位的压块；所述光束发射装置固定于底座且光束发射装置的出射光与固定于试纸进出槽的显色试纸的检测部分夹角为锐角；所述光敏元件固定于上盖且光敏元件的受光面与固定于试纸进出槽的显色试纸的检测部分正对设置，光束发射装置和光敏元件位于固定于试纸进出槽的显色试纸的同侧；所述光束发射装置为单色或多色LED光源；所述光敏元件为pin光电二极管；
进一步，所述信号处理电路包括内置所述回归方程式的运算电路、用于接收光照度传感器的电信号并控制光束发射装置光功率恒定的光源控制电路以及用于对光敏元件进行温度补偿的温度补偿电路；所述运算电路、光源控制电路和温度补偿电路的A/D转换器均采用二阶式Σ-ΔADC结构A/D转换器。
本发明的有益效果是：本发明的反射式光电比色检测方法及其检测装置，以显色试纸为检测载体，通过将待测液滴于显色试纸后测量显色试纸在特定光源下的反射光的光电转换电压值，然后对测得电压值进行运算处理得出待测液浓度，兼具了试纸的便携性与仪器检测的准确定量性，同时其检测样品为显色试纸，便于携带和检测，使现场检测变得可行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的采光器结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明的采光器工作示意图。
具体实施方式
图1为本发明的采光器结构示意图，图2为图1的A-A剖视图，图3为本发明的采光器工作示意图，如图所示：本发明的反射式光电比色检测方法，包括以下步骤：
a.将适量待测液滴于显色试纸6；
b.将显色试纸6至少滴有该待测液的部分置于特定光源下照射；特定光源是指能够提供恒定照射光束的光源，可以是自然光源也可以是人造光源；
c.测量显色试纸6滴有该待测液的部分在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后的电压值；
d.根据测得的电压值和溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式计算得出该待测液的浓度，该回归方程式是在检测前通过试验方法建立，更换不同的试纸和对应的内置数学回归方程式的处理器即可检测不同的物质。
本实施例中，所述回归方程式通过将适量已知浓度的不同溶液滴于显色试纸后置于所述特定光源下测得其反射光信号光电转换后电压值的实验方法建立，由EXCEL作出回归方程式，可以是线性或非线性回归方程，突破现有检测仪器要求的线性限制，扩大了检测项目和检测范围。
本实施例中，所述步骤c中，测量显色试纸6滴有该待测液的部分在所述特定光源照射下的反射光信号通过pin光电二极管进行光电转换；所述特定光源为人造光源，采用人造光源，能够提供恒定照射光束，可随时随地进行检测。
本发明的反射式光电比色检测装置，包括用于采集滴有待测液的显色试纸6的检测部分在所述特定光源照射下的反射光信号并进行光电转换的采光器和可根据溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式对采光器光电转换后的电压值进行计算得出该待测液浓度的信号处理电路，更换不同的试纸和对应的内置数学回归方程式的处理器即可检测不同的物质，该回归方程式通过将适量已知浓度的不同溶液滴于显色试纸后置于所述特定光源下测得其反射光信号光电转换后电压值的实验方法建立，由EXCEL作出回归方程式，可以是线性或非线性回归方程，突破现有检测仪器要求的线性限制，扩大了检测项目和检测范围。
本实施例中，所述采光器包括不透光壳体1和用于定位显色试纸6并携带显色试纸6插入所述不透光壳体1内腔的试纸进出槽2；所述不透光壳体1上设有用于为显色试纸6的检测部分提供入射光的光束发射装置3和用于采集显色试纸6的检测部分在所述光束发射装置3照射下的反射光信号并进行光电转换的光敏元件4，光束发射装置3和光敏元件4均电连接于信号处理电路并由信号处理电路进行控制，使用时将滴有待测液的显色试纸6定位于试纸进出槽2后随试纸进出槽2插入不透光壳体1内，使滴有待测液的显色试纸6的检测部分在光束发射装置3的照射下产生反射光，再通过光敏元件4采集反射光信号并进行光电转换产生与该待测液相对应的电信号发送给信号处理电路进行运算处理，得出待测液浓度值；光束发射装置3可以是自然光源也可以是人造光源，用于提供恒定光束；光敏元件4可以是光敏电阻或光敏二极管，均能实现本发明目的。
本实施例中，所述不透光壳体1上还设有用于对光束发射装置3的出射光进行聚光放大的光折射透镜5；所述光折射透镜5固定于不透光壳体1的内腔并设于所述光束发射装置3到显色试纸6检测端的光路上，通过光折射透镜5能够聚光放大光信号，提高检测的灵敏度。
本实施例中，所述不透光壳体1上还设有用于检测显色试纸6检测端入射光的光强的光照度传感器7；所述光照度传感器7固定于不透光壳体1的内腔并设于所述光束发射装置3到光折射透镜5或光折射透镜5到显色试纸6检测端的光路上，光强的稳定性和抗外界杂散光的能力对测试值影响很大，为了提高光电反射仪的测试精度，光照度传感器7上采集的信号用于检测光强的稳定性，获取光强的变化，然后将信号传输给信号处理电路来控制光功率恒定。
本实施例中，所述不透光壳体1和试纸进出槽2上对应设有用于控制试纸进出槽2推进到指定位置固定的试纸槽复位衡力器8；所述试纸槽复位衡力器8包括固定于不透光壳体1的第一磁铁和对应于第一磁铁固定于试纸进出槽2的第二磁铁，第一磁铁与第二磁铁相对的一端磁极相反，检测时，通过复位衡力器可控制试纸进出槽2每次都推进到固定的位置，有利于减少测试误差。
本实施例中，所述不透光壳体1包括可拆式连接于一体的上盖11和底座12，上盖11和底座12之间形成用于容纳试纸进出槽2插入部分及光折射透镜5和光照度传感器7的内腔；所述试纸进出槽2包括试纸安放槽21和用于将显色试纸6紧压于试纸安放槽21定位的压块22；所述光束发射装置3固定于底座12且光束发射装置3的出射光与固定于试纸进出槽2的显色试纸6的检测部分夹角为锐角；所述光敏元件4固定于上盖11且光敏元件4的受光面与固定于试纸进出槽2的显色试纸6的检测部分正对设置，光束发射装置3和光敏元件4位于固定于试纸进出槽2的显色试纸6的同侧；所述光束发射装置3为单色或多色LED光源；所述光敏元件4为pin光电二极管；可根据待测物质的有效反射光谱，采用双色或多色LED的复合光源，可使本发明的检测仪广泛适用于测量所有颜色的色度；光束发射装置3采用人造光源，能够提供恒定照射光束，可随时随地进行检测。
本实施例中，所述信号处理电路包括内置所述回归方程式的运算电路、用于接收光照度传感器7的电信号并控制光束发射装置3光功率恒定的光源控制电路以及用于对光敏元件4进行温度补偿的温度补偿电路；所述运算电路、光源控制电路和温度补偿电路的A/D转换器均采用二阶式Σ-ΔADC结构A/D转换器，传统的A/D转换器大多采用积分式或者比较转换式，其缺点是噪声容限低，抑制混叠噪声及量化噪音的能力差，分辨率低，线性度不高，本发明采用二阶式Σ-ΔADC结构A/D转换器，不需要保持电路，无需积分电容，无需自校零电容，同时提供大于100dB的50Hz与60Hz噪声抑制，兼有传统积分式和反馈比较式的A/D转换器优点。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种反射式光电比色检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.将适量待测液滴于显色试纸；
b.将显色试纸至少滴有该待测液的部分置于特定光源下照射；
c.测量显色试纸滴有该待测液的部分在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后的电压值；
d.根据测得的电压值和溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式计算得出该待测液的浓度。
2.根据权利要求1所述的反射式光电比色检测方法，其特征在于：所述回归方程式通过将适量已知浓度的不同溶液滴于显色试纸后置于所述特定光源下测得其反射光信号光电转换后电压值的实验方法建立。
3.根据权利要求2所述的反射式光电比色检测方法，其特征在于：所述步骤c中，测量显色试纸滴有该待测液的部分在所述特定光源照射下的反射光信号通过pin光电二极管进行光电转换；所述特定光源为人造光源。
4.一种用于权利要求1-3任一权利要求所述的反射式光电比色检测方法的反射式光电比色检测装置，其特征在于：包括用于采集滴有待测液的显色试纸的检测部分在所述特定光源照射下的反射光信号并进行光电转换的采光器和可根据溶液已知浓度与滴有相应浓度待测液的显色试纸在所述特定光源照射下的反射光信号光电转换后电压值的回归方程式对采光器光电转换后的电压值进行计算得出该待测液浓度的信号处理电路。
5.根据权利要求4所述的反射式光电比色检测装置，其特征在于：所述采光器包括不透光壳体和用于定位显色试纸并携带显色试纸插入所述不透光壳体内腔的试纸进出槽；所述不透光壳体上设有用于为显色试纸的检测部分提供入射光的光束发射装置和用于采集显色试纸的检测部分在所述光束发射装置照射下的反射光信号并进行光电转换的光敏元件。
6.根据权利要求5所述的反射式光电比色检测装置，其特征在于：所述不透光壳体上还设有用于对光束发射装置的出射光进行聚光放大的光折射透镜；所述光折射透镜固定于不透光壳体的内腔并设于所述光束发射装置到显色试纸检测端的光路上。
7.根据权利要求6所述的反射式光电比色检测装置，其特征在于：所述不透光壳体上还设有用于检测显色试纸检测端入射光的光强的光照度传感器；所述光照度传感器固定于不透光壳体的内腔并设于所述光束发射装置到光折射透镜或光折射透镜到显色试纸检测端的光路上。
8.根据权利要求7所述的反射式光电比色检测装置，其特征在于：所述不透光壳体和试纸进出槽上对应设有用于控制试纸进出槽推进到指定位置固定的试纸槽复位衡力器；所述试纸槽复位衡力器包括固定于不透光壳体的第一磁铁和对应于第一磁铁固定于试纸进出槽的第二磁铁，第一磁铁与第二磁铁相对的一端磁极相反。
9.根据权利要求8所述的反射式光电比色检测装置，其特征在于：所述不透光壳体包括可拆式连接于一体的上盖和底座，上盖和底座之间形成用于容纳试纸进出槽插入部分及光折射透镜和光照度传感器的内腔；所述试纸进出槽包括试纸安放槽和用于将显色试纸紧压于试纸安放槽定位的压块；所述光束发射装置固定于底座且光束发射装置的出射光与固定于试纸进出槽的显色试纸的检测部分夹角为锐角；所述光敏元件固定于上盖且光敏元件的受光面与固定于试纸进出槽的显色试纸的检测部分正对设置，光束发射装置和光敏元件位于固定于试纸进出槽的显色试纸的同侧；所述光束发射装置为单色或多色LED光源；所述光敏元件为pin光电二极管。
10.根据权利要求9所述的反射式光电比色检测装置，其特征在于：所述信号处理电路包括内置所述回归方程式的运算电路、用于接收光照度传感器的电信号并控制光束发射装置光功率恒定的光源控制电路以及用于对光敏元件进行温度补偿的温度补偿电路；所述运算电路、光源控制电路和温度补偿电路的A/D转换器均采用二阶式Σ-ΔADC结构A/D转换器。
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Granted publication date: 20160914 Termination date: 20181125 |