CN107064032A - 一种液体浓度测量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液体浓度测量装置和方法，包括透明管道，透明管道两端分别设置有进液口与出液口，透明管道外侧设置有遮光罩，遮光罩内设置有可调强度光源，遮光罩下端对应可调强度光源的位置设置有光强收集通道，光强收集通道内设置有透镜组，光强收集通道下端设置有光电倍增管探测器，光电倍增管探测器连接有计算机，依据朗伯比尔定律，当一束均匀平行的单色光通过吸光物质溶液后，光的吸光度与溶液液层厚度和溶液浓度的乘积成正比，通过激光照射液体，检测液体吸收之后的光强度，换算成液体的浓度，可以快速的检测出液体浓度，通过可调强度的激光光源，提高了光源的穿透能力，可针对不同的检测液体进行光照检测，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及液体浓度测量技术领域，具体为一种液体浓度测量装置和方法。
背景技术
一直以来液体浓度的测量在化学、制药、食品、塑料加工等领域都有着十分重要的作用。液体浓度的测量以比重法为主，近期以来发展了一些新的方法，例如 ：根据超声波在不同浓度溶液中传播速度不同的原理设计的超声波浓度检测装置 ；基于不同浓度溶液透光率不同的性质设计的分光光度计 ；基于有机物发光机理研制的光纤荧光光谱浓度传感器等。
申请号为201110448738.0，名称为一种在线检测农药浓度的方法和装置，包括平行单色光源、不透明的检测管壳体、盖塞、检测池、光电倍增管探测器、数据采集系统、计算机和检测池壳体。光电倍增管探测器连接在检测管壳体上接收平行单色光源发射的单色光，并将光信号转换为电信号 ；数据采集系统用来将光电倍增探测器上的电信号转化为数字信号发送给计算机，计算机具有存储数据、处理数据和查询数据的功能，用来显示透射光强值、计算透射率、模拟数学模型和匹配浓度值。
但是其在使用的时候，其内部光源为平行单色光源，在进行某些液体检测的时候，光线强度不够，无法达到测量用的标准，因此设计了一种液体浓度测量装置和方法。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种液体浓度测量装置和方法，依据朗伯比尔定律，当一束均匀平行的单色光通过吸光物质溶液后，光的吸光度与溶液液层厚度和溶液浓度的乘积成正比，通过激光照射液体，检测液体吸收之后的光强度，换算成液体的浓度，可以快速的检测出液体浓度，通过可调强度的激光光源，提高了光源的穿透能力，可针对不同的检测液体进行光照检测，值得推广。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种液体浓度测量装置和方法，包括透明管道，所述透明管道两端分别设置有进液口与出液口，所述透明管道外侧设置有遮光罩，所述遮光罩内设置有可调强度光源，所述遮光罩下端对应可调强度光源的位置设置有光强收集通道，所述光强收集通道内设置有透镜组，所述光强收集通道下端设置有光电倍增管探测器，所述光电倍增管探测器连接有计算机；
所述可调强度光源包括激光头，所述激光头通过光纤连接有Nd:YAG激光发生器，所述Nd:YAG激光发生器连接有激光驱动模块，所述激光驱动模块连接在单片机控制器上，所述单片机控制器连接有括串行接口电路与电源模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述透镜组有若干个凸透镜组合而成，且凸透镜之间相互平行设置。
作为本发明一种优选的技术方案，所述激光驱动模块括PWM信号接收模块和MOSFET开关管控制模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述进液口与出液口均连接有密封塞，所述密封塞通过螺纹连接在进液口与出液口上。
作为本发明一种优选的技术方案，所述进液口与出液口宽度相同，且所述进液口与出液口关于透明管道对称设置。
作为本发明一种优选的技术方案，所述遮光罩采用不透光ABS材料制成，且不透光ABS材料内部填充有钛白粉。
作为本发明一种优选的技术方案，步骤A：将待测液体通过进液口与出液口加入透明管道内，使被测液体填满整个透明管道；
步骤B：开启可调强度光源，调节光源强度，使得光源对准被测液体照射；
步骤C：光电倍增管探测器采集到的光照强度参数通过计算机显示，与输入的光源光照强度对照，依据朗伯比尔定律公式计算出待测液体浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：依据朗伯比尔定律，当一束均匀平行的单色光通过吸光物质溶液后，光的吸光度与溶液液层厚度和溶液浓度的乘积成正比，通过激光照射液体，检测液体吸收之后的光强度，换算成液体的浓度，可以快速的检测出液体浓度，通过可调强度的激光光源，提高了光源的穿透能力，可针对不同的检测液体进行光照检测，值得推广。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明可调强度光源结构框图。
图中：1-透明管道，2-进液口，3-出液口，4-遮光罩，5-可调强度光源，6-光强收集通道，7-透镜组，8-光电倍增管探测器，9-计算机，10-激光头，11-光纤，12-Nd:YAG激光发生器，13-激光驱动模块，14-单片机控制器，15-串行接口电路，16-电源模块，17-PWM信号接收模块，18-MOSFET开关管控制模块，19-密封盖。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1与图2所示，本发明提供了一种液体浓度测量装置和方法，包括透明管道1，所述透明管道1两端分别设置有进液口2与出液口3，所述透明管道1外侧设置有遮光罩4，所述遮光罩4内设置有可调强度光源5，所述遮光罩4下端对应可调强度光源5的位置设置有光强收集通道6，所述光强收集通道6内设置有透镜组7，所述光强收集通道6下端设置有光电倍增管探测器8，所述光电倍增管探测器8连接有计算机9；
所述可调强度光源5包括激光头10，所述激光头10通过光纤11连接有Nd:YAG激光发生器12，所述Nd:YAG激光发生器12连接有激光驱动模块13，所述激光驱动模块13连接在单片机控制器14上，所述单片机控制器14连接有括串行接口电路15与电源模块16；
本发明工作时，通过进液口2与出液口3向透明管道1注入待测液体，遮光罩4使得透明管道1不受到外界光线干扰，可调强度光源5发出光源，可调强度光源5的光源采用激光头10发出，激光头10通过光纤11连接在Nd:YAG激光发生器12上，Nd:YAG激光发生器12通过单片机控制器14控制激光驱动电路13，进行激光输出的调制，实现激光光照强度的调节，而单片机控制器14上增设的串行接口电路15可通过接口进行参数设置，电源模块16为激光光源提供能源，激光穿过透明管道1内的待测液体，通过下端设置的光强收集通道6内的透镜组7进行光线聚拢，随后照射在光电倍增管探测器8上，检测光照强度，将光照强度参数输给计算机9，依据朗伯比尔定律，当一束均匀平行的单色光通过吸光物质溶液后，光的吸光度与溶液液层厚度和溶液浓度的乘积成正比，对比串行接口输入的光照强度数值与光电倍增管探测器8采集的光照强度数值，即可计算出液体浓度。
值得说明的是，本发明中光电倍增管探测器8采用PMTH-S1-R5108光电倍增管配合HVC1800高压稳压电源，0-1500V连续可调，直流负电压，输出电压可手动控制调节，也可通过外接控制端口(0-10V)经由PC机或D/A变换器控制。
如图1所示，本发明中所述透镜组7有若干个凸透镜组合而成，且凸透镜之间相互平行设置，方便聚拢光线，采集光照强度。
如图2所示，本发明中所述激光驱动模块13括PWM信号接收模块17和MOSFET开关管控制模块18，进行PWM调制调节光照强度，通过MOSFET开关管控制激光的开关。
如图1所示，本发明中所述进液口2与出液口3均连接有密封塞19，所述密封塞19通过螺纹连接在进液口2与出液口3上，密封设备，避免待测液体体积变化影响测量结果。
如图1所示，本发明中所述进液口2与出液口3宽度相同，且所述进液口2与出液口3关于透明管道1对称设置，对称结构使得液体流动平稳，采集参数方便。
如图1所示，本发明中所述遮光罩4采用不透光ABS材料制成，且不透光ABS材料内部填充有钛白粉，遮光性能好。
本发明的测量方法为：
步骤A：将待测液体通过进液口2与出液口3加入透明管道1内，使被测液体填满整个透明管道1；
步骤B：开启可调强度光源5，调节光源强度，使得光源对准被测液体照射；
步骤C：光电倍增管探测器8采集到的光照强度参数通过计算机9显示，与输入的光源光照强度对照，依据朗伯比尔定律公式计算出待测液体浓度。
本发明依据朗伯比尔定律，当一束均匀平行的单色光通过吸光物质溶液后，光的吸光度与溶液液层厚度和溶液浓度的乘积成正比，通过激光照射液体，检测液体吸收之后的光强度，换算成液体的浓度，可以快速的检测出液体浓度，通过可调强度的激光光源，提高了光源的穿透能力，可针对不同的检测液体进行光照检测，值得推广。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种液体浓度测量装置，其特征在于：包括透明管道（1），所述透明管道（1）两端分别设置有进液口（2）与出液口（3），所述透明管道（1）外侧设置有遮光罩（4），所述遮光罩（4）内设置有可调强度光源（5），所述遮光罩（4）下端对应可调强度光源（5）的位置设置有光强收集通道（6），所述光强收集通道（6）内设置有透镜组（7），所述光强收集通道（6）下端设置有光电倍增管探测器（8），所述光电倍增管探测器（8）连接有计算机（9）；
所述可调强度光源（5）包括激光头（10），所述激光头（10）通过光纤（11）连接有Nd:YAG激光发生器（12），所述Nd:YAG激光发生器（12）连接有激光驱动模块（13），所述激光驱动模块（13）连接在单片机控制器（14）上，所述单片机控制器（14）连接有括串行接口电路（15）与电源模块（16）。
2.根据权利要求1所述的一种液体浓度测量装置，其特征在于：所述透镜组（7）有若干个凸透镜组合而成，且凸透镜之间相互平行设置。
3.根据权利要求1所述的一种液体浓度测量装置，其特征在于：所述激光驱动模块（13）括PWM信号接收模块（17）和MOSFET开关管控制模块（18）。
4.根据权利要求1所述的一种液体浓度测量装置，其特征在于：所述进液口（2）与出液口（3）均连接有密封塞（19），所述密封塞（19）通过螺纹连接在进液口（2）与出液口（3）上。
5.根据权利要求1所述的一种液体浓度测量装置，其特征在于：所述进液口（2）与出液口（3）宽度相同，且所述进液口（2）与出液口（3）关于透明管道（1）对称设置。
6.根据权利要求1所述的一种液体浓度测量装置，其特征在于：所述遮光罩（4）采用不透光ABS材料制成，且不透光ABS材料内部填充有钛白粉。
7.根据权利要求1所述的一种液体浓度测量方法，其特征在于：
步骤A：将待测液体通过进液口（2）与出液口（3）加入透明管道（1）内，使被测液体填满整个透明管道（1）；
步骤B：开启可调强度光源（5），调节光源强度，使得光源对准被测液体照射；
步骤C：光电倍增管探测器（8）采集到的光照强度参数通过计算机（9）显示，与输入的光源光照强度对照，依据朗伯比尔定律公式计算出待测液体浓度。
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