CN108469303A - 一种溶液颜色传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶液颜色传感器，包括：暗盒、观察皿及光电换能器，其中暗盒上设置通孔；所述观察皿和光电换能器之间呈正对地设置在暗盒内部，其中观察皿采用透明密封平皿及皿壁上分别设置用于连接进水管与出水管的开孔，并且进水管与出水管分别经通孔后延伸至暗盒外部；所述光电换能器由冷光源和自带电流频率转换器的测量电极组成，在冷光源作用下测量电极对观察皿内由进水管导入的待测溶液进行颜色检测，获得检测信号并转换成由RGB三个通道上的数值组成的电信号后输出。本发明能够完成溶液颜色动态测量，降低了传感器的维护成本，不受环境光的干扰，检测精度较高，且具有成本低廉、结构可靠的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶液颜色传感器，属于传感器的技术领域。
背景技术
随着物联网技术的发展，各种类型的传感器取代了以往需要人工完成的大量测量工作，提高生产效率的同时也降低了因人为因素可能造成的出错风险。但是，市面上现有的颜色传感器多应用于物流分拣、出版印刷等行业，对于溶液颜色的定量检测缺乏相应的技术方案。
在池塘工业化养殖、野外环境指标监测等场景下，常常需要用到各类显色反应试剂及试纸对于溶液样本进行定性或定量检测。该类反应操作流程简单，无需专业培训，材料价格低廉。但是，需要人工进行比色，增加了人力成本。如何设计一种溶液颜色传感器，替代人工操作，实现自动化比色，从而降低人力维护成本，是一个具有较高研究及应用价值的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种溶液颜色传感器，解决现有的颜色传感器无法动态地对于溶液颜色的定量检测、易受环境光的干扰，检测精度低的问题。本发明所提供的溶液颜色传感器，实现了无需人工操作的全自动溶液比色检测。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种溶液颜色传感器，包括：暗盒、观察皿及光电换能器，其中暗盒上设置通孔；所述观察皿和光电换能器之间呈正对地设置在暗盒内部，其中观察皿采用透明密封平皿及皿壁上分别设置用于连接进水管与出水管的开孔，并且进水管与出水管分别经通孔后延伸至暗盒外部；所述光电换能器由冷光源和自带电流频率转换器的测量电极形成，在冷光源作用下测量电极对观察皿内由进水管导入的待测溶液进行颜色检测，获得检测信号并转换成由RGB三个通道上的数值组成的电信号后输出。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述观察皿和光电换能器均可拆卸设置在暗盒内部。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述观察皿的皿底采用黑色不透光材料覆盖。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述观察皿采用透明且设有皿盖的密封平皿。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述透明有盖密封平皿的皿盖与皿底之间使用防水材料密封。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述测量电极由硅光电二极管组成。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
本发明的溶液颜色传感器，通过暗盒、观察皿、光电换能器的作用，实现了待测溶液的导入、颜色测量和排出，能够在无需人工操作的情况下完成溶液颜色测量工作，降低了传感器的维护成本，实现无人值守的在线式全自动测量。并且，通过暗盒和冷光源屏蔽了环境光对于测量结果的干扰，具有抗干扰能力强的特点，适用于复杂环境下的高精度测量。暗盒对于紫外线具有屏蔽作用，可以延缓其内部观察皿和换能器的老化。以及，通过观察皿屏蔽了待测溶液与光电换能器的直接接触，延长了换能器的使用寿命，同时降低了换能器的防水性指标要求，减少了生产成本。当观察皿受到污染时，仅需要更换观察皿即可恢复传感器精度，无需更换换能器。
本发明改进了现有的色标传感器等颜色传感器无法直接应用溶液颜色检测于这一弊端，不受环境光的干扰，检测精度较高，具有成本低廉、结构可靠、自动化程度高、大幅度降低人力成本、易于维护的特点，适用于野外环境指标检测、池塘工业化养殖等应用场景。
附图说明
图1为本发明溶液颜色传感器的结构示意图。
其中标号解释：1-暗盒、2-观察皿、3-光电换能器、4-冷光源、5-测量电极、6-进水管、7-出水管、8-控制线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图1所示，本发明设计了一种溶液颜色传感器，包括：暗盒1、观察皿2及光电换能器3。本实施例中，暗盒1优选采用一个圆柱状不透光容器，且上设置3个通孔，其顶端开有1个通孔，用于光电换能器的控制线8向暗盒外延伸；底端开有2个通孔，分别用于进水管6、出水管7的通入。
所述观察皿2和光电换能器3之间呈正对地设置在暗盒1内部，其中观察皿2采用透明密封平皿及皿壁上分别设置用于连接进水管6与出水管7的开孔，并且进水管6与出水管7分别经通孔后延伸至暗盒外部；通过观察皿2屏蔽了待测溶液与光电换能器的直接接触，延长了换能器的使用寿命，同时降低了换能器的防水性指标要求，减少了生产成本。
优选地，所述观察皿2采用透明且设有皿盖的密封平皿，以及还可以在皿盖与皿底之间使用防水材料密封，利用该种方式便于更换观察皿；进一步地可以在观察皿的皿底采用黑色不透光材料覆盖，利用黑色不透光材料可以使得观察皿底部的颜色在RGB三个通道上不存在叠加，有助于减少干扰。
所述光电换能器3由冷光源4和自带电流频率转换器的测量电极5组成，优选地，测量电极5由硅光电二极管组成，硅光电二极管与冷光源始终正对观察皿的皿盖；光电换能器连接控制线8，穿过暗盒1顶端的控制线通孔通往暗盒外部。
本实施例中，优选所述观察皿2和光电换能器3均可拆卸设置在暗盒1内部，可以方便更换，延长使用寿命。
本发明的工作原理是：需要对待测溶液的颜色进行测量时，利用微型水泵或虹吸效应将待测溶液导入进水管6。待测溶液由进水管6进入暗盒内部的观察皿2后，通过外部上位机连接延伸出暗盒1表面的光电换能器3的控制线，启动光电换能器，其内部的LED冷光源4对观察皿2表面照射，在冷光源4作用下测量电极5对观察皿2内由进水管6导入的待测溶液进行颜色检测，获得检测信号并转换成由RGB三个通道上的数值组成的电信号后输出，由外部上位机根据电信号直接获取待测溶液颜色。由于暗盒1和冷光源4屏蔽了环境中的可见光对于换能器的干扰，具有抗干扰能力强的特点，适用于复杂环境下的高精度测量，测量结果具有较高的精度，且紫外线无法穿透暗盒，观察皿的老化过程将被减缓。由于待测溶液持续不断的通过进水管6进入观察皿2，并经由出水管7流出，因此当进入进水管6的待测溶液颜色发生变化时，光电换能器3的输出数据也将随之变化，从而实现在线式动态溶液颜色测量。
并且，所述观察皿2屏蔽了待测溶液与光电换能器3的直接接触，延长了换能器的使用寿命，同时降低了换能器的防水性指标要求，减少了生产成本。当观察皿受到污染时，仅需要更换观察皿即可恢复传感器精度，无需更换换能器。
为了验证本发明的溶液颜色传感器能够有效实现动态地对于溶液颜色的定量检测作用，特列举一验证例进行说明。
本验证例的溶液颜色传感器，包括暗盒、观察皿、光电换能器。所述暗盒采用一根黑色聚氯乙烯PVC管，外径40毫米，长40毫米，两端以黑色聚氯乙烯内径40毫米堵头封闭。其顶端堵头开有1个直径5毫米通孔，为控制线走线孔；底端堵头开有2个直径5毫米通孔，分别为进水管、出水管的通孔。
所述观察皿和光电换能器安装在暗盒内部，以聚乙烯PE发泡双面胶固定于暗盒内壁上；所述观察皿为一个无色透明有盖的聚苯乙烯PS密封平皿，外径35毫米，高10毫米，皿盖与皿底之间使用密封，皿底使用黑色布基胶带覆盖，皿壁上开有两个小开孔，安装内径2毫米的塑料快接头，分别连接进水管与出水管，进水管与出水管均为内径2毫米的硅胶软管；进水管与出水管穿过暗盒底端堵头上的开孔通往暗盒外部；
所述光电换能器为一个TCS230光电转换芯片，自带四颗LED冷光源和电流频率转换器；TCS230芯片与冷光源始终正对观察皿的皿盖；TCS230光电转换芯片通过RS232接口连接控制线；控制线穿过暗盒顶端堵头上的通孔通往暗盒外部。
需要对待测溶液的颜色进行测量时，利用微型水泵或虹吸效应将待测溶液导入进水管。待测溶液由进水管进入暗盒内部的观察皿后，通过上位机连接RS232接口控制线，启动TCS230光电转换芯片，点亮LED冷光源并读取输出数据，经换算后获得电信号即可获取待测溶液颜色在RGB三个通道上的数值，外部上位机由此根据电信号直接获取待测溶液颜色。暗盒屏蔽了环境中的可见光对于换能器的干扰，测量结果具有较高的精度，且紫外线无法穿透暗盒，观察皿的老化过程将被减缓。由于待测溶液持续不断的通过进水管进入观察皿，并经由出水管流出，因此当进入进水管的待测溶液颜色发生变化时，光电换能器的输出数据也将随之变化，从而实现在线式动态溶液颜色测量。
随着使用时间的增加，观察皿的透明度将逐渐降低，并产生杂质淤积从而影响测量精度。此时，打开暗盒，拔下塑料快接头之后，即可更换观察皿，恢复测量精度，无需更换价格较为昂贵的换能器。
综上，本发明通过暗盒、观察皿、光电换能器实现了待测溶液的导入、颜色测量和排出，能够在无需人工操作的情况下完成溶液颜色测量工作，降低了传感器的维护成本，实现无人值守的在线式全自动测量。并且，在野外环境指标检测、池塘工业化养殖等应用场景中，与以往的颜色传感器相比，本发明在生产成本、维护成本、可靠性及使用寿命上具有明显的优势。因此，本发明具有不受环境光的干扰，检测精度较高，具有成本低廉、结构可靠、自动化程度高、大幅度降低人力成本、易于维护的特点，适用于野外环境指标检测、池塘工业化养殖等应用场景。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (6)
1.一种溶液颜色传感器，其特征在于，包括：暗盒、观察皿及光电换能器，其中暗盒上设置通孔；所述观察皿和光电换能器之间呈正对地设置在暗盒内部，其中观察皿采用透明密封平皿及皿壁上分别设置用于连接进水管与出水管的开孔，并且进水管与出水管分别经通孔后延伸至暗盒外部；所述光电换能器由冷光源和自带电流频率转换器的测量电极组成，在冷光源作用下测量电极对观察皿内由进水管导入的待测溶液进行颜色检测，获得检测信号并转换成由RGB三个通道上的数值组成的电信号后输出。
2.根据权利要求1所述溶液颜色传感器，其特征在于：所述观察皿和光电换能器均可拆卸设置在暗盒内部。
3.根据权利要求1所述溶液颜色传感器，其特征在于：所述观察皿的皿底采用黑色不透光材料覆盖。
4.根据权利要求1所述溶液颜色传感器，其特征在于：所述观察皿采用透明且设有皿盖的密封平皿。
5.根据权利要求4所述溶液颜色传感器，其特征在于：所述密封平皿的皿盖与皿底之间使用防水材料密封。
6.根据权利要求1所述溶液颜色传感器，其特征在于：所述测量电极由硅光电二极管组成。
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