CN109060720A - 液态减水剂含固量快速智能测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态减水剂含固量快速智能测量装置及方法，包括遮光盒体、圆形的底座、半圆形的容器、激光光源、入射角检测单元、出射光检测单元、单片机、显示单元和电源；底座置于遮光盒体内，底座上设有与容器匹配的限位槽以及环绕限位槽的滑槽；容器设于限位槽内；滑槽内设可沿滑槽滑动的光源底座；激光光源固定于光源底座上；入射角检测单元主要包括角度传感器和旋钮，主要用来获取激光的入射角；出射光检测单元主要包括光敏电阻传感器模块，用来检测出射光方向。本发明装置原理简单，结构简洁，且效率更高，可直接显示待测液态减水剂样品的相对折射率和含固量，误差率不高于1.5％，可满足液态减水剂的实时生产控制要求。
Description
技术领域
本发明属于减水剂检测技术领域，具体涉及一种液态减水剂含固量快速智能测量装置及方法。
背景技术
含固量是液体减水剂的重要指标，其对液体减水剂的稳定性具有重要影响。准确快速的测定含固量，有利于液体减水剂的生产控制。目前，较普遍采用重量法来检测液体减水剂的含固量。重量法具体为：在100度～105度温度下，将液体减水剂烘至恒重，并称量，该恒重重量即固体总量，根据固体总量计算含固量。但重量法存在检测周期长，操作繁琐，适合于产品批次少、对有仲裁要求的产品进行检测；但不太适用于生产规模大、样品批次较多的厂家进行实时生产控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可直接读数的液态减水剂含固量快速智能测量装置及方法，尤其适用于聚羧酸液态减水剂的实时生产控制。
本发明提供的液态减水剂含固量快速智能测量装置，包括遮光盒体、圆形的底座、半圆形的容器、激光光源、入射角检测单元、出射光检测单元、单片机、显示单元和电源；
所述底座置于所述遮光盒体内并设于遮光盒体底部，底座上设有与容器匹配的限位槽以及环绕限位槽的半圆形的滑槽，底座、限位槽、滑槽共圆心；所述容器设于所述限位槽内，容器的平面侧壁和曲面侧壁均为透光玻璃；所述滑槽内设可沿滑槽滑动的光源底座；所述激光光源用来发射单束激光线，激光光源固定于光源底座上，且出射光对准底座圆心；
所述入射角检测单元包括角度传感器、旋钮、横轴和竖轴，旋钮设于遮光盒体外顶端，且中心正位于底座圆心上方；角度传感器固定于遮光盒体内顶端且中心正位于旋钮中心下方；角度传感器、旋钮以及横轴的一端连接，横轴的另一端连接竖轴，竖轴的底端连接光源底座；
所述出射光检测单元包括光敏电阻传感器模块，光敏电阻传感器模块布置于底座上对应出射光出射范围的边缘处；
所述角度传感器和所述光敏电阻传感器模块的输出端连接所述单片机，所述单片机的输出连接所述显示单元，所述电源用来给单片机和显示单元供电。
作为优选，限位槽内设至少两定位凸起，所述容器底部设与定位凸起相应的定位孔，容器设于限位槽内时，定位凸起对应顶入定位孔内。
作为优选，限位槽内设一半圆形的定位凸棱，所述容器底部设与定位凸棱相应的半圆形的定位槽，容器设于限位槽内时，定位凸棱对应顶入定位槽内。
进一步的，横轴与角度传感器、旋钮连接的一端设有T字型端头，该T字型端头的一端与角度传感器的转动轴通过联轴器连接，该T字型端头的另一端直接连接旋钮。
进一步的，横轴设于遮光盒体内，并沿遮光盒体内顶端设置；竖轴同样设于遮光盒体内，并沿遮光盒体内侧壁设置。
作为优选，为提供测量准确度，出射光检测单元包括若干光敏电阻传感器模块，底座上对应出射光出射范围的边缘处布置若干光敏电阻传感器模块，且若干光敏电阻传感器模块分布于容器平面侧壁法线的两侧。
进一步的，底座上对应出射光出射范围的边缘处布置一高度可调的固定件，光敏电阻传感器模块布置于固定件上。
进一步的，显示单元设于遮光盒体上表面。
本发明提供的液态减水剂含固量快速智能测量方法，包括步骤：
第一步，采集训练样本训练出含固量—相对折射率的数值关系模型，具体为：
取一系列含固量不同的液态减水剂样品，分别采用重量法和上述装置测定含固量和相对折射率；根据样品的含固量和的相对折射率数据，采用最小二乘拟合法拟合出含固量—相对折射率的数值关系模型，并将数值关系模型存储于单片机内；
第二步，利用含固量—相对折射率的数值关系模型，检测待测液态减水剂样品的含固量，具体为：
将待测聚羧酸液态减水剂样品置入容器内，采用上述装置测定样品的相对折射率；单片机将测定的样品相对折射率输入已存储的数值关系模型，计算样品的含固量，并在显示单元显示；
采用上述装置测定其相对折射率，具体为：
将激光光源位于容器平面侧壁法线上时角度传感器的状态标记为零位；
从零位开始，顺时针或逆时针旋转旋钮，当光敏电阻传感器模块接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a和光敏电阻传感器模块对应的出射角b计算相对折射率并输出至显示单元，出射角b根据光敏电阻传感器模块的位置获得。
当出射光检测单元包括若干光敏电阻传感器模块，采用上述装置测定其相对折射率，具体为：
将激光光源位于容器平面侧壁法线上时角度传感器的状态标记为零位；
从零位开始，顺时针或逆时针旋转旋钮，当有光敏电阻传感器模块接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a和当前光敏电阻传感器模块对应的出射角b计算相对折射率并输出至显示单元，出射角b根据当前光敏电阻传感器模块的位置获得；
回到零位，从零位开始，逆时针或顺时针旋转旋钮，当有光敏电阻传感器模块接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a和当前光敏电阻传感器模块对应的出射角b计算相对折射率并输出至显示单元，出射角b根据当前光敏电阻传感器模块的位置获得；
所有光敏电阻传感器模块对应的相对折射率取平均值，即最终的相对折射率。
本发明之前，申请人经过大量试验，发现液态减水剂的含固量和折射率存在数值对应关系，并且验证了利用折射率测定含固量的误差率不高于1％。
试验过程如下：
首先，取已知含固量的一系列聚羧酸液态减水剂样品，分别采用液体折射率仪器测定含固量和折射率。
接着，根据获得的含固量和折射率数据，拟合含固量—折射率的数值关系曲线。
最后，取一系列含固量已知的聚羧酸液态减水剂试验样品，测定折射率，再基于含固量—折射率的数值关系曲线，获得各试验样品的含固量。
试验样品已知的含固量和基于折射率法所获得的含固量见表1，从表1可以看出，采用折射率法可以获得聚羧酸液态减水剂准确的含固量。其中，误差率是已知的含固量和基于折射率法所获得的含固量的差值与已知的含固量的百分比。
表1含固量对比表
| 试验样品编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 已知的含固量(％) | 18.5 | 18.69 | 18.68 | 18.44 | 18.56 | 18.49 | 18.62 | 17.98 |
| 折射率法获得的含固量(％) | 18.52 | 18.87 | 18.71 | 18.62 | 18.70 | 18.59 | 18.55 | 17.88 |
| 误差率(％) | 0.11 | 0.96 | 0.16 | 0.98 | 0.75 | 0.54 | 0.38 | 0.56 |
基于上述试验结果，可知利用折射率测定液态减水剂含固量完全可行。
但目前市面上的液体折射率仪器大多使用繁琐且价格高昂，难以对液态减水剂含固量进行快速测量，无法适用于液态减水剂的实时生产控制。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明装置原理简单，结构简洁，且效率更高，可直接显示待测液态减水剂样品的相对折射率和含固量。
(2)本发明方法利用液态减水剂的含固量和相对折射率存在的数值对应关系，利用液态减水剂的相对折射率，来快速准确的测量液态减水剂的含固量。
(3)经试验验证，本发明可准确测定含固量，误差率不高于1.5％。
附图说明
图1为本发明装置的外观图示意图；
图2为实施例1中底座俯视图，其中，图(a)为未放置容器的底座俯视图，图(b)为放置了容器的底座俯视图；
图3为实施例1中入射角检测单元的爆炸示意简图；
图4为本发明原理示意图。
图中：
100-遮光盒体；
200-底座，210-限位槽，220-滑槽，230-光源底座；
300-容器；
400-激光光源；
510-角度传感器，511-转动轴，520-旋钮，530-横轴，531-T字型端头，540-竖轴，550-联轴器；
610a-第一光敏电阻传感器模块，610b-第二光敏电阻传感器模块，620-固定件；
700-显示单元。
具体实施方式
下面将结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，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。
需要注意的是，所提供的附图仅起示意作用，图中所示尺寸比例并非实际比例。
实施例1
参见图1～3，本实施例装置主要包括一圆柱形的遮光盒体100、一圆形的底座200、一半圆形的容器300、激光光源400、入射角检测单元、出射光检测单元、单片机、显示单元700和电源，电源用来给单片机和显示单元700供电。遮光盒体100侧面设有便于取放容器300的侧门(未在图中画出)，底座200固定于遮光盒体100底部，容器300设于底座200上，容器300的平面侧壁和曲面侧壁均为透光玻璃。激光光源400用来发射单束激光线，入射角检测单元用来获取激光的入射角度，出射光检测单元用来采用光敏二极管检测出射光方向。
参见图2，底座200上设有与容器300匹配的限位槽210以及环绕限位槽210的半圆形的滑槽220，底座200、限位槽210、滑槽220共圆心。限位槽210用来放置容器300，并对容器300进行限位。滑槽220内设可沿滑槽220滑动的光源底座230，激光光源400固定于光源底座230上，且出射光对准底座200圆心。为便于对容器300定位，在限位槽210内设至少两定位凸起，在容器300底部设与定位凸起相应的定位孔。放置容器300时，使定位凸起对应顶入定位孔，即可实现容器300的定位。
参见图3，入射角检测单元主要包括一角度传感器510以及与角度传感器510连接的旋钮520。旋钮520设于遮光盒体100外顶端，其中心正位于容器300圆心上方，即旋钮520中心和容器300圆心共轴。角度传感器510固定于遮光盒体100内顶端，用来检测旋钮520的旋转角度。角度传感器510和旋钮520均连接一横轴530，横轴530末端连接一竖轴540，竖轴540底端连接光源底座230。更具体的，横轴530与角度传感器510、旋钮520连接的一端设有T字型端头531。该T字型端头531的一端a与角度传感器510的转动轴511通过联轴器550连接，该T字型端头531的另一端b直接连接旋钮520。横轴530设于遮光盒体100内，并沿遮光盒体100内顶端设置；竖轴540同样设于遮光盒体100内，并沿遮光盒体100内侧壁设置。本实施例中，旋钮520采用带限位功能的旋钮，可顺时针和逆时针旋转，旋转范围为0～90度。角度传感器510的输出端连接单片机，单片机的输出连接显示单元700。本实施例中，单片机设于遮光盒体100内，显示单元700为设于遮光盒体100上表面的显示屏。当旋转旋钮520，即可驱动横轴530和竖轴540转动，从而带动光源底座230沿滑槽220滑动，同时角度传感器510可向单片机输出旋转角度，根据旋转角度即可获得激光入射角。
出射光检测单元包括若干光敏电阻传感器模块，光敏电阻传感器模块用来检测出射光方向。若干光敏电阻传感器模块布置于底座200上对应出射光出射范围的边缘处，光敏电阻传感器模块数量优选为2～4个。本实施例布设了2个光敏电阻传感器模块，分别记为第一光敏电阻传感器模块610a和第二光敏电阻传感器模块610b，第一光敏电阻传感器模块610a和第二光敏电阻传感器模块610b分布于容器300平面侧壁法线的两侧，见图2所示。当有光照射到光敏电阻传感器模块时，光敏电阻传感器模块则向单片机发送信号。由于光敏电阻传感器模块的位置已知，所以可知其所检测到的出射光的出射角。本实施例中，见图2所示，在底座200上对应出射光出射范围处布置一高度可调的固定件620，第一光敏电阻传感器模块610a和第二光敏电阻传感器模块610b布置于固定件620上。
本实施例中，激光光源400采用可发射单束激光的LD激光光源，例如HA3405150D-AL型号的激光光源。角度传感器510为LW126C型号，可直接向单片机输出数字信号的角度值。所采用的光敏电阻传感器模块的DO端连接单片机，DO端向单片机发送电平信号，单片机通过电平信号大小可检测出感光点处的光线改变。单片机采用MSP430单片机。
下面将结合本实施例，对本发明折射率计算原理进行说明。
参见图4，使用前，调节激光光源400出射光方向，使出射光对准容器300圆心O，这样，当通过旋钮520驱动激光光源400做绕圆心O的圆周运动时，出射光始终保持对准圆心O，即出射光始终保持从弧面ACB垂直入射至圆心O。将激光光源400位于OC延长线上的位置标记为角度传感器510的零位。从零位开始，激光光源400沿顺时针或逆时针方向转动的角度即激光的入射角。本实施例所布设的第一光敏电阻传感器模块610a和第二光敏电阻传感器模块610b分布于AB面法线的两侧；将第一光敏电阻传感器模块610a和第二光敏电阻传感器模块610b对应的出射角分别记为b1和b2。
将待测样品置入容器300内，容器300置于限位槽210内。从零位开始，顺时针旋转旋钮520，当第一光敏电阻传感器模块610a接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a1和第一光敏电阻传感器模块610a对应的出射角b1计算相对折射率并输出至显示单元700并显示。
回到零位，从零位开始，逆时针旋转旋钮，当第二光敏电阻传感器模块610b接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a2和第二光敏电阻传感器模块610b对应的出射角b2计算相对折射率并输出至显示单元700并显示。将n01和n02取平均，即最终的相对折射率，并输出至显示单元700并显示。
实施例2
本实施例为实施例1的一种优选方案。其技术方案基本和实施例1相同，但基于实施例1做了如下改进：
为进一步提高容器300的定位效果，在限位槽210内设一半圆形的定位凸棱，同时，在容器300底部设与定位凸棱相应的半圆形的定位槽。容器300设于限位槽210内时，定位凸棱对应顶入定位槽内。
实施例3
本实施例将提供利用液态减水剂含固量快速智能测量装置测量聚羧酸液态减水剂含固量的一种具体方法。
第一步，采集训练样本训练出含固量—相对折射率的数值关系模型。
取一系列含固量不同的聚羧酸液态减水剂样品，分别采用重量法和本发明装置测定含固量和相对折射率，相对折射率的测定方法参见实施例1。根据样品的含固量和测定的相对折射率数据，采用最小二乘拟合法拟合出含固量—相对折射率的数值关系模型。
第二步，利用含固量—相对折射率的数值关系模型，检测待测聚羧酸液态减水剂样品的含固量。
将待测聚羧酸液态减水剂样品置入容器300内，容器300置于限位槽210内。从零位开始，顺时针旋转旋钮520，当第一光敏电阻传感器模块610a接收到激光信号时，单片机计算出此时对应的相对折射率n01。回到零位，从零位开始，逆时针旋转旋钮，当第二光敏电阻传感器模块610b接收到激光信号时，单片机计算此时对应的相对折射率n02。将n01和n02取平均，即最终的相对折射率，并向显示单元700输出并显示。
单片机将最终的相对折射率输入至含固量—相对折射率的数值关系模型，即获得含固量，并向显示单元700输出并显示。在显示单元700上即可直接读取样品的含固量。
为验证本发明方法的准确性，取8个含固量已知的聚羧酸液态减水剂的试验样品，其含固量见表2第二行。采用本发明方法对该8个试验样品分别测定含固量，含固量测定结果见表2第三行。经比较，本发明方法的误差率不高于1.5％，约1％，准确率可满足聚羧酸液态减水剂的实时生产控制要求。
表2含固量对比表
| 试验样品编号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 已知的含固量(％) | 29.07 | 29.09 | 28.68 | 28.44 | 28.56 | 28.49 | 28.62 | 27.98 |
| 折射率法获得的含固量(％) | 28.84 | 28.81 | 28.36 | 28.72 | 28.80 | 28.19 | 28.87 | 27.64 |
| 误差率(％) | 0.78 | 0.95 | 1.12 | 1.01 | 0.85 | 1.02 | 0.88 | 1.21 |
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
包括遮光盒体、圆形的底座、半圆形的容器、激光光源、入射角检测单元、出射光检测单元、单片机、显示单元和电源；
所述底座置于所述遮光盒体内并设于遮光盒体底部，底座上设有与容器匹配的限位槽以及环绕限位槽的半圆形的滑槽，底座、限位槽、滑槽共圆心；所述容器设于所述限位槽内，容器的平面侧壁和曲面侧壁均为透光玻璃；所述滑槽内设可沿滑槽滑动的光源底座；所述激光光源用来发射单束激光线，激光光源固定于光源底座上，且出射光对准底座圆心；
所述入射角检测单元包括角度传感器、旋钮、横轴和竖轴，旋钮设于遮光盒体外顶端，且中心正位于底座圆心上方；角度传感器固定于遮光盒体内顶端且中心正位于旋钮中心下方；角度传感器、旋钮以及横轴的一端连接，横轴的另一端连接竖轴，竖轴的底端连接光源底座；
所述出射光检测单元包括光敏电阻传感器模块，光敏电阻传感器模块布置于底座上对应出射光出射范围的边缘处；
所述角度传感器和所述光敏电阻传感器模块的输出端连接所述单片机，所述单片机的输出连接所述显示单元，所述电源用来给单片机和显示单元供电。
2.如权利要求1所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述限位槽内设至少两定位凸起，所述容器底部设与定位凸起相应的定位孔，容器设于限位槽内时，定位凸起对应顶入定位孔内。
3.如权利要求1所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述限位槽内设一半圆形的定位凸棱，所述容器底部设与定位凸棱相应的半圆形的定位槽，容器设于限位槽内时，定位凸棱对应顶入定位槽内。
4.如权利要求1所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述横轴与角度传感器、旋钮连接的一端设有T字型端头，该T字型端头的一端与角度传感器的转动轴通过联轴器连接，该T字型端头的另一端直接连接旋钮。
5.如权利要求1所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述横轴设于遮光盒体内，并沿遮光盒体内顶端设置；竖轴同样设于遮光盒体内，并沿遮光盒体内侧壁设置。
6.如权利要求1所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述出射光检测单元包括若干光敏电阻传感器模块，底座上对应出射光出射范围的边缘处布置若干光敏电阻传感器模块，且若干光敏电阻传感器模块分布于容器平面侧壁法线的两侧。
7.如权利要求1或6所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述底座上对应出射光出射范围的边缘处布置一高度可调的固定件，光敏电阻传感器模块布置于固定件上。
8.如权利要求1所述的液态减水剂含固量快速智能测量装置，其特征是：
所述显示单元设于遮光盒体上表面。
9.液态减水剂含固量快速智能测量方法，其特征是，包括步骤：
第一步，采集训练样本训练出含固量—相对折射率的数值关系模型，具体为：
取一系列含固量不同的液态减水剂样品，分别采用重量法和权利要求1所述装置测定含固量和相对折射率；根据样品的含固量和的相对折射率数据，采用最小二乘拟合法拟合出含固量—相对折射率的数值关系模型，并将数值关系模型存储于单片机内；
第二步，利用含固量—相对折射率的数值关系模型，检测待测液态减水剂样品的含固量，具体为：
将待测液态减水剂样品置入容器内，采用权利要求1所述装置测定样品的相对折射率；单片机将测定的样品相对折射率输入已存储的数值关系模型，计算样品的含固量，并在显示单元显示；
采用权利要求1所述装置测定其相对折射率，具体为：
将激光光源位于容器平面侧壁法线上时角度传感器的状态标记为零位；
从零位开始，顺时针或逆时针旋转旋钮，当光敏电阻传感器模块接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a和光敏电阻传感器模块对应的出射角b计算相对折射率并输出至显示单元，出射角b根据光敏电阻传感器模块的位置获得。
10.如权利要求9所述的液态减水剂含固量快速智能测量方法，其特征是：
当出射光检测单元包括若干光敏电阻传感器模块，采用权利要求1所述装置测定其相对折射率，具体为：
将激光光源位于容器平面侧壁法线上时角度传感器的状态标记为零位；
从零位开始，顺时针或逆时针旋转旋钮，当有光敏电阻传感器模块接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a和当前光敏电阻传感器模块对应的出射角b计算相对折射率并输出至显示单元，出射角b根据当前光敏电阻传感器模块的位置获得；
回到零位，从零位开始，逆时针或顺时针旋转旋钮，当有光敏电阻传感器模块接收到激光信号时，向单片机发送信号；接收到信号的单片机根据角度传感器发送的入射角a和当前光敏电阻传感器模块对应的出射角b计算相对折射率并输出至显示单元，出射角b根据当前光敏电阻传感器模块的位置获得；
所有光敏电阻传感器模块对应的相对折射率取平均值，即最终的相对折射率。
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