CN108918473A - 透光度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种透光度测量仪，可应用于实验或教学。透光度测量仪包括：上壳体、盖板、光源模块、光探测模块和控制单元；光源模块和光探测模块相对设置在上壳体内；上壳体上设有第一插槽，第一插槽用于向上壳体内插入第一待测材料；盖板可解除式扣合连接在上壳体上，以遮盖第一插槽；光源模块和光探测模块与控制单元连接，控制单元配置用于控制光源模块发射光照，以及接收并处理光探测模块所发送的光照的电信号，并检测出每次的光照强度。通过本发明的透光度测量仪，可以使学生直观地观察出固体与液体的透光度以及光源颜色与滤光材料之间的关系。同时，还能够通过本发明的透光度测量仪，检测出人体心率变化。
Description
技术领域
本发明涉及光学和生物学领域，具体涉及一种透光度测量仪。
背景技术
在光学教学中，为了能够使学生理解相关的光学知识，老师常常会使用一些教学仪器来做模拟实验。另一方面，在生物学，老师常使用一些仪器来测量人体心率。一些心率测量仪是基于透光度的原理，但学生对其工作原理未必完全了解，只是照着说明书的指示来操作测量仪。
如果透光心率测量仪能让学生学习与心率相关的光的特性，包括固体与液体的透光与滤光以及光源颜色与滤光材料之间的关系，那此仪器的教学意义与功效就更大。要设计一个透光心率仪同时适用于光学教学与心率测量得考虑很多因素，包括待测的物件的体积与形状，光源与光探测器是否该紧贴着待测物体等等。
发明内容
本发明实施例提供一种透光度测量仪，以解决现有技术中的以上的一个或多个技术问题，或至少提供一种有益的选择。
本发明实施例提供了透光度测量仪，包括：上壳体、光源模块、光探测模块和控制单元；
所述光源模块和所述光探测模块相对设置在所述上壳体内；
所述光源模块用于发射光照；所述光探测模块用于接收光照，并检测光照的强度；
所述上壳体上设有第一插槽，所述第一插槽用于向所述上壳体内插入第一待测材料，并使所述第一待测材料插入至所述光源模块和所述光探测模块之间；
所述光源模块和所述光探测模块与所述控制单元连接，所述控制单元配置用于控制所述光源模块发射光照，以及接收并处理所述光探测模块所发送的光照的电信号，并检测出每次的光照强度。
优选地或可选地，透光度测量仪还包括盖板，所述盖板可解除式扣合连接在所述上壳体上，以遮盖所述第一插槽。
优选地或可选地，所述上壳体的后部设有第一开口，所述第一开口用于向上壳体内插入第二待测材料，并使所述第二待测材料插入至所述光源模块和所述光探测模块之间；
所述盖板可解除式扣合连接在所述上壳体上，以遮盖所述第一开口。
优选地或可选地，所述上壳体的前部设有第二开口，所述第二开口用于向上壳体内插入第三待测材料，并使所述第三待测材料插入至所述光源模块和所述光探测模块之间；所述盖板可解除式扣合连接在所述上壳体上，以遮盖所述第二开口。
优选地或可选地，所述光源模块包括固定部、外套筒和内套筒；
所述固定部设置在所述上壳体的内顶壁上，所述外套筒设置在所述固定部上；
所述内套筒设置在所述外套筒内，并与所述外套筒滑动连接，以朝向或背离所述光探测模块运动；
所述内套筒的上部设有手柄，所述手柄伸出至所述上壳体外，所述手柄用于操纵所述内套筒相对于所述外套筒滑动；
所述内套筒的端部设有多个发光单元，多个所述发光单元与所述控制单元连接。
优选地或可选地，所述第一插槽的一侧设有滑槽；所述手柄由所述滑槽伸出至所述上壳体外，并沿所述滑槽运动；
所述滑槽在远离所述第一插槽的一侧设有勾板，所述勾板与所述上壳体转动连接；
所述勾板上设有卡孔，所述手柄可解除式卡扣在所述卡孔内。
优选地或可选地，所述第一插槽在所述滑槽的相对侧设有回位弹簧，所述回位弹簧一端固定在所述上壳体上，所述回位弹簧的另一端可解除式套设在所述手柄上。
优选地或可选地，所述光探测模块包括光敏元件和光敏电路板，所述光敏元件与所述光敏电路板连接；
所述光敏元件用于接收光照信号，并将所述光照信号传递至所述光敏电路板；
所述光敏电路板与所述控制单元连接，所述光敏电路板用于将所述光照信号转换成电信号并传递至所述控制单元。
优选地或可选地，所述上壳体上还设有显示屏幕和操作按钮；所述显示屏幕与所述控制单元连接，用于显示每次的光照强度和心率；所述操作按钮与所述控制单元连接，用于控制所述发光单元发射光照。
优选地或可选地，透光度测量仪还包括底座，所述上壳体设置在所述底座上，所述底座采用透光材料制成。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：通过本发明的透光度测量仪，可以让学生学习与心率相关的光的特性，包括固体与液体的透光与滤光以及光源颜色与滤光材料之间的关系。同时，还能够通过本发明的透光度测量仪，检测出人体心率变化。此外，本发明的透光度测量仪还能提供稳定光源，准确测量，不受干扰的光学实验环境。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1示出了根据本发明一个实施例的透光度测量仪的结构示意图；
图2示出了根据本发明一个实施例的上壳体的内部结构示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例在检测第一待测材料时的示意图；
图4示出了根据本发明一个实施例的上壳体的后视角的结构示意图；
图5示出了根据本发明一个实施例在检测第二待测材料时的示意图；
图6示出了根据本发明一个实施例的上壳体的前视角的结构示意图；
图7示出了根据本发明一个实施例在检测第三待测材料时的示意图；
图8示出了根据本发明一个实施例在检测第三待测材料时，光照强度与时间的图表；
图9示出了根据本发明一个实施例的光源模块的结构示意图；
图10示出了根据本发明一个实施例的光探测模块的结构示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合图1至图10，对本发明的透光度测量仪进行描述。
参见图1和图2所示，在一种实施例中，本发明的透光度测量仪，包括上壳体1、光源模块3、光探测模块4和控制单元5。
参见图2所示，其为稍微倾斜视角的仰视图，示出了上壳体的内部结构。光源模块3和光探测模块4相对设置在上壳体1内。其中，光源模块3可以发射光照，优选地，可以发射出多种颜色的光照。光探测模块4可以接收光照，并将光照的信号转换成电信号发送给控制单元5，以检测出光照强度。这样，当光源模块3和光探测模块4之间未设置待测材料时，由光源模块3所发射出的光照，可以直接由光探测模块4接收，并检测该光照的强度。而当光源模块3和光探测模块4之间设置待测材料时，由光源模块3所发射出的光照，可以经由待测材料后被光探测模块4接收，并检测该光照的强度。两次检测之后，光照的强度的差值，即可代表待测材料的透光度。
参见图1所示，上壳体1上设有第一插槽11。其中，第一插槽11用于向上壳体1内插入第一待测材料10(参见图3所示)。并且，第一待测材料可以由第一插槽11插入至光源模块3和光探测模块4之间。这样，由光源模块3所发射出的光照，可以经第一待测材料进行滤光，再由光探测模块4接收，并检测经滤光后的光照强度。
进一步地，透光度测量仪还可包括盖板2。盖板2可解除式扣合连接在上壳体1上。上壳体1与盖板2可以由不透光材料制成，组成不透光暗箱。从而，当需要光源模块3和光探测模块4进行光照检测时，可以将第一插槽11遮盖，将上壳体1密封，以避免收到外界光线的干扰。不透光暗箱可以提供准确测量，以及不受干扰的光学实验环境。
更进一步地，光源模块3和光探测模块4与控制单元5连接。并且，控制单元5可以控制光源模块3发射光照，并确保光照强度保持稳定。光照照射到光探测模块4上之后，光探测模块4会将光信号转换成电信号，再将电信号传递至控制单元5。控制单元5可以进行处理所发送的光照强度的电信号，并检测出每次的光照强度。
其中，第一待测材料可以选择普通平板或滤光片等。
根据本发明的透光度测量仪，在未插入第一待测材料时，光照可以直接照射到光探测模块4上，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出第一次的光照强度。在插入第一待测材料后，光照可以通过第一待测材料滤光，照射到光探测模块4上，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出第二次的光照强度。第一次的光照强度和第二次的光照强度之间的差值，代表了第一待测材料的透光度。
在探索不同固体的透光度的实验中，参见图3所示，可以用勾板15(将在后文进行描述)将光源模块3固定在一个位置。开启光源模块3中的白色光源，并盖上盖板2。此时，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，检测出光照强度。
然后，打开盖板2，由第一插槽11将第一待测材料10插入上壳体1内，并再次盖上盖板2。此时，控制单元5再一次接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，检测出光照强度。
当然，可以用不同透明度的待测材料来重复以上实验。
在上述实验中，前后记录并显示的光照强度的不同代表了第一待测材料的透光度。更具体地，前后检测的光照强度差别小则代表着第一待测材料的透光度高，前后检测的光照强度的差别大则代表着第一待测材料的透光度低。
还可将第一待测材料10换成不同颜色的滤光片，来探测不同颜色滤光片对红、蓝和绿光所产生的作用的实验。参见图3所示，可以用勾板15(将在后文进行描述)将光源模块3固定在一个位置。开启光源模块3中的红色(或蓝色或绿色)光源，并盖上盖板2。此时，控制单元5接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，检测出光照强度。
然后，打开盖板2，由第一插槽11将红色(或蓝色或绿色)的滤光片插入上壳体1内，并再次盖上盖板2。此时，控制单元5再一次接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，检测出光照强度。
在上述实验中，使用红色(或蓝色或绿色)光源时，红色(或蓝色或绿色)的滤光片取得相当大的光照强度，而使用其他颜色的滤光片取得的光照强度几乎接近零。
本实验验证，红色的滤光片只允许红光透过。同样地，蓝色的、绿色的滤光片只允许同样颜色的光，即蓝光、绿光透过。
参见图4所示，在一种实施例中，上壳体1的后部设有第一开口12。其中，第一开口12用于向上壳体1内插入第二待测材料(参见图5所示)。并且，第二待测材料可以由第一开口12插入至光源模块3和光探测模块4之间。这样，由光源模块3所发射出的光照，可以经第二待测材料进行滤光，再由光探测模块4接收，并检测经滤光后的光照强度。
其中，第二待测材料可以选择液体材料，且灌装在透明容器之中。
根据本发明的透光度测量仪，在插入空的透明容器时，光照可以照射到光探测模块4上，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理，检测出第一次光照的强度。在插入充满第二待测材料的透明容器后，光照可以通过第二待测材料滤光，照射到光探测模块4上，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出第二次光照的强度。第一次光照的强度和第二次光照的强度之间的差值，代表了第二待测材料的透光度。
在比较不同液体的透光度的实验中，参见图5所示，可以用勾板15(将在后文进行描述)将光源模块3固定在一个位置。开启光源模块3中的白色光源，由第一开口12将透明容器插入至上壳体1中，并盖上盖板2。此时，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出光照强度。
然后，打开盖板2，取出透明容器，向透明容器中灌入第二待测材料20，由第一开口12将第二待测材料20插入至上壳体1中，并再次盖上盖板2。此时，控制单元5再一次可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出光照强度。
在上述实验中，前后记录并显示的光照强度的不同代表了第二待测材料的透光度。更具体地，前后检测的光照强度差别小则代表着第二待测材料的透光度高，前后检测的光照强度的差别大则代表着第二待测材料的透光度低。
参见图6所示，在一种实施例中，上壳体1的前部设有第二开口13。其中，第二开口13用于向上壳体1内插入第三待测材料(参见图7所示)。并且，第三待测材料可以由第二开口13插入至光源模块3和光探测模块4之间。在不使用第二开口13时，可以将盖板2扣合连接在上壳体1上，以遮盖第二开口13。
其中，第三待测材料可以选择人体血液，可以将大拇指由第二开口13插入至光源模块3和光探测模块4之间。由于手指可以完全遮盖光探测模块3的光敏元件。所以不需使用盖板2就基本上能提供准确测量，不受干扰的光学实验环境。
根据本发明的透光度测量仪，通过光源模块3发射红色或白色光源，光源透过大拇指照射在光探测模块4上之后，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出光照强度。
由于，血液是红色的，光源模块的红光就能透过大拇指的血液。并且，每一次心跳，透过大拇指血液的容量(甚至浓度)会有变化。因此，透过大拇指的红光的强度就跟着起变化。并且，参见图8所示，每一次心跳的变化几乎一样。每个呈山峰型的模型代表每一次的心跳，而两个毗邻的尖峰的时间差，就是两次心跳的间隔时间。从而，可以测出人体每分钟心跳的次数，即心率。
当然，学生也可尝试使用蓝色或绿色光源来探测透过大拇指的光的变化。但由于血液是红色的，基本上蓝色或绿色光是无法透过大拇指的。从而，通过此测试，学生可进一步了解使用红光来探测心率的原理。
在探测心率的实验中，参见图7所示，可以将回位弹簧16套在手柄34上，通过操纵手柄34，将光源模块3与光探测模块4之间拉开一段间隙，以供大拇指伸入(具体方案，将在下文进行描述)。开启光源模块3中的红色或白色光源，由第二开口13将大拇指插入至上壳体1中，并用大拇指盖住光探测模块4的光敏元件41(将在下文进行描述)。还可以将大拇指盖住光探测模块4的光敏元件41(将在下文进行描述)，再用另一只手操纵手柄34推向光源模块3，使光源模块紧贴大拇指。此时，控制单元5可以接收光探测模块4所发送来的光照的电信号，进行处理并检测出光照强度和心率。
参见图9所示，光源模块3包括固定部31、外套筒32和内套筒33。
其中，固定部31设置在上壳体1的内顶壁上，外套筒32设置在固定部31上。并且，内套筒33设置在外套筒32内，与外套筒32滑动连接。从而，内套筒33可以朝向或背离光探测模块4运动。当内套筒33朝向光探测模块4运动时，使光源模块3(发光单元35)能够更靠近待测材料发射光照，减少光照距离。当内套筒33背离光探测模块4运动时，便于放入或取出待测材料。
同时，内套筒33的端部设有多个发光单元35，这样，每个发光单元可以发出独自的光照，以使光源模块3发出不同颜色的光照，并能够检测不同颜色透光板的透光度。
并且，多个发光单元35与控制单元5连接，从而，控制单元5可以控制各个发光单元35发光。进一步地，控制单元5的电路设计能确保发光单元35的光照强度保持稳定。
进一步地，内套筒33的上部设有手柄34。其中，手柄34可以伸出至上壳体1外，从而，使用者可以利用手柄34操纵内套筒33，相对于外套筒32滑动。
结合参见图1和图2所示，在一种实施例中，第一插槽11的一侧设有滑槽14。并且，手柄34可以由滑槽14伸出至上壳体1外。当手柄34沿滑槽14运动时，内套筒33可以朝向或背离光探测模块4运动，以使得发光单元35能够更靠近或远离待测材料。
进一步地，滑槽14在远离第一插槽11的一侧设有勾板15。其中，勾板15可以与上壳体1转动连接。并且，勾板15上设有卡孔151，随着勾板15相对于上壳体1，转动靠近手柄34。结合参见图3所示，当需要固定手柄34，使内套筒33不再滑动时，可以将手柄34卡扣在卡孔151内。这样，将手柄34固定后，可以减少发光单元35的晃动，使其稳定发射光照。
当然，结合参见图1所示，当需要继续移动内套筒33时，可以将勾板15转开，手柄34可以脱离卡孔151，即，解除卡扣。
参见图6和图7所示，在一种实施例中，第一插槽11在滑槽14的相对侧设有回位弹簧16。其中，回位弹簧16一端固定在上壳体1上，而回位弹簧16的另一端可解除式套设在手柄34上。
这样，参见图7所示，当需要检测心率时，可以将回位弹簧16套设到手柄34上，并拉动手柄34，使光源模块3背离光探测模块4滑动，从而，可以在光源模块3和光探测模块4之间留出可以供大拇指伸入的空隙。进一步地，使用者可以由第二开口13向上壳体1中伸入大拇指，当大拇指进入到该空间时，可以放松手柄34。此时，手柄34在回位弹簧16的作用下，可以朝向光探测模块4滑动，从而将光源模块3、大拇指和光探测模块4压紧在一起。
当然，在不需要检测心率时，可以解开回位弹簧16的另一端，使其松开手柄34，即，解除回位弹簧16与手柄34的套设。从而，可以通过操纵手柄34，自由地控制光源模块3与光探测模块4之间的距离。
参见图10所示，在一种实施例中，光探测模块4包括光敏元件41和光敏电路板42，并且，光敏元件41与光敏电路板42连接。
结合参见图2所示，其中，光敏元件41可以接收光源模块3所发射出的光照信号，并将该光照信号传递至光敏电路板42。
进一步地，光敏电路板42与控制单元5连接，这样，光敏电路板42可以将光照信号转换成电信号，并将该电信号传递至控制单元5。从而，控制单元5可以根据接收到的电信号，进行处理，并检测出每次的光照强度。
结合参见图2所示，在一种实施例中，控制单元5还可以包括主电路板51，其中，控制单元5可以通过主电路板51控制发光单元35(结合图9所示)发射光照。光源模块3上的不同的发光单元35可以发出不同颜色的光照，控制单元5可以通过主电路板51控制不同的发光单元35发出光照，可以实现控制光源模块3发出不同颜色光照的功能。
同时，控制单元5还可以通过主电路板51接收光敏电路板42发送的电信号，进行处理，并检测出每次的光照强度。
结合参见图1所示，在一种实施例中，上壳体1上还设有显示屏幕17和操作按钮18。其中，显示屏幕17可以通过主电路板51与控制单元5连接，用于显示每次的光照强度。并且，当进行探测心率实验时，显示屏幕17还可以显示心率。
同时，操作按钮18也可以通过主电路板51与控制单元5连接，这样，操作按钮18可以控制发光单元35发射光照。
参见图1所示，在一种实施例中，本发明的透光度测量仪还包括底座6，并且，上壳体1设置在底座上。优选地，底座6采用透光材料制成，这样，便于观察在上壳体1中的内部设置情况。
应该注意，本文所述的“前”、“后”、“上”、“下”等方位均是为了描述的方便而设，并不是一定与实际工作时的空间上的前后上下完全对应。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种透光度测量仪，其特征在于，包括：上壳体、光源模块、光探测模块和控制单元；
所述光源模块和所述光探测模块相对设置在所述上壳体内；
所述光源模块用于发射光照；所述光探测模块用于接收光照，并检测光照的强度；
所述上壳体上设有第一插槽，所述第一插槽用于向所述上壳体内插入第一待测材料，并使所述第一待测材料插入至所述光源模块和所述光探测模块之间；
所述光源模块和所述光探测模块与所述控制单元连接，所述控制单元配置用于控制所述光源模块发射光照，以及接收并处理所述光探测模块所发送的光照的电信号，并检测出每次的光照强度。
2.根据权利要求1所述的透光度测量仪，其特征在于，还包括盖板，所述盖板可解除式扣合连接在所述上壳体上，以遮盖所述第一插槽。
3.根据权利要求2所述的透光度测量仪，其特征在于，所述上壳体的后部设有第一开口，所述第一开口用于向上壳体内插入第二待测材料，并使所述第二待测材料插入至所述光源模块和所述光探测模块之间；
所述盖板可解除式扣合连接在所述上壳体上，以遮盖所述第一开口。
4.根据权利要求3所述的透光度测量仪，其特征在于，所述上壳体的前部设有第二开口，所述第二开口用于向上壳体内插入第三待测材料，并使所述第三待测材料插入至所述光源模块和所述光探测模块之间；
所述盖板可解除式扣合连接在所述上壳体上，以遮盖所述第二开口。
5.根据权利要求1-4任一项权利要求所述的透光度测量仪，其特征在于，所述光源模块包括固定部、外套筒和内套筒；
所述固定部设置在所述上壳体的内顶壁上，所述外套筒设置在所述固定部上；
所述内套筒设置在所述外套筒内，并与所述外套筒滑动连接，以朝向或背离所述光探测模块运动；
所述内套筒的上部设有手柄，所述手柄伸出至所述上壳体外，所述手柄用于操纵所述内套筒相对于所述外套筒滑动；
所述内套筒的端部设有多个发光单元，多个所述发光单元与所述控制单元连接。
6.根据权利要求5的透光度测量仪，其特征在于，所述第一插槽的一侧设有滑槽；所述手柄由所述滑槽伸出至所述上壳体外，并沿所述滑槽运动；
所述滑槽在远离所述第一插槽的一侧设有勾板，所述勾板与所述上壳体转动连接；
所述勾板上设有卡孔，所述手柄可解除式卡扣在所述卡孔内。
7.根据权利要求6所述的透光度测量仪，其特征在于，所述第一插槽在所述滑槽的相对侧设有回位弹簧，所述回位弹簧一端固定在所述上壳体上，所述回位弹簧的另一端可解除式套设在所述手柄上。
8.根据权利要求7所述的透光度测量仪，其特征在于，所述光探测模块包括光敏元件和光敏电路板，所述光敏元件与所述光敏电路板连接；
所述光敏元件用于接收光照信号，并将所述光照信号传递至所述光敏电路板；
所述光敏电路板与所述控制单元连接，所述光敏电路板用于将所述光照信号转换成电信号并传递至所述控制单元。
9.根据权利要求8所述的透光度测量仪，其特征在于，所述上壳体上还设有显示屏幕和操作按钮；所述显示屏幕与所述控制单元连接，用于显示每次的光照强度和心率；所述操作按钮与所述控制单元连接，用于控制所述发光单元发射光照。
10.根据权利要求9所述的透光度测量仪，其特征在于，还包括底座，所述上壳体设置在所述底座上，所述底座采用透光材料制成。
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