CN110864766A - 基于光传感技术的智能量液器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于光传感技术的智能量液器，涉及自动读数领域。该基于光传感技术的智能量液器，包括数据采集模块、信号处理模块、测量箱体、溶液体积显示器和光纤探头，所述测量箱体的正面设置有溶液体积显示器，所述测量箱体的顶部活动铰接有盖板，所述盖板的底部中心位置与光纤探头固定连接，所述测量箱体的内壁底部固定连接有固定底座，所述固定底座的顶部开设有放置槽，所述放置槽的内壁底部固定连接有吸盘。该基于光传感技术的智能量液器，使用光纤光栅传感器分点式测量具有、精度高、灵敏度高、价格低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及动读数领域，具体为一种基于光传感技术的智能量液器。
背景技术
实验实验室发生安全事故的原因可总结为两种，天灾和人祸。除了人力不可抗拒这一小概率事件外，实验操作不规范，实验试剂用量不当成为各大安全事故发生的主要因素。同时，不规范的操作会降低实验的精准度，而精准性对化学实验的结果有着决定性的影响。实验室广泛使用的量取液体的仪器有量筒、量杯和移液管等。普通的量筒或者量杯等，把液体倒进入之后需要通过目视读数，由于实验人操作不规范，不能精确读数，造成较大的读数误差，影响实验结果，从而降低研究效率，甚至导致研究失败。因此发明一套自动显示溶液体积的智能量液器是十分必要的。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于光传感技术的智能量液器，解决了验人操作不规范，不能精确读数，造成较大的读数误差，影响实验结果的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于光传感技术的智能量液器，包括数据采集模块、信号处理模块、测量箱体、溶液体积显示器和光纤探头，所述测量箱体的正面设置有溶液体积显示器，所述测量箱体的顶部活动铰接有盖板，所述盖板的底部中心位置与光纤探头固定连接，所述测量箱体的内壁底部固定连接有固定底座，所述固定底座的顶部开设有放置槽，所述放置槽的内壁底部固定连接有吸盘。
优选的，所述固定底座的内部设置有蓄电池，所述溶液体积显示器的内部设置有电路板。
优选的，所述蓄电池与溶液体积显示器中的电路板电性连接。
优选的，所述溶液体积显示器中的电路板与光纤探头电性连接。
优选的，所述吸盘为橡胶材质。
优选的，所述光纤探头内部设置有接收光源和反射光源用来组成数据采集模块。
优选的，所述溶液体积显示器内部包括放大器、上位机和显示器。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于光传感技术的智能量液器。具备以下有益效果：
1、该基于光传感技术的智能量液器，采用光传感技术。在液体倒入容器后，传感器自动测量液面的高度，并换算为液体体积，显示在位于容器壁上的微型数码管显示器上，本发明使用光纤光栅作为传感器，该传感器本征安全、实施精准，可工作在高温、强腐蚀性等恶劣环境中，对使用环境没有特定的要求，更加符合化学精密实验操作的需求，当液位发生改变时，就会导致光栅的波长发生变化，把波长的变化解调出来，也就得到了液位信息，使用光纤光栅传感器分点式测量具有、精度高、灵敏度高、价格低廉的优点。
2、该基于光传感技术的智能量液器，可有效解放人力，实现量筒自动读数，无需时刻平视液面。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明系统框图；
图3为本发明结构剖视图；
图4为本发明结构运行原理图；
图5为本发明结构运行原理图。
其中，1、测量箱体；2、溶液体积显示器；3、盖板；4、光纤探头；5、固定底座；6、放置槽；7、吸盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例提供一种基于光传感技术的智能量液器，如图1-5所示，包括数据采集模块、信号处理模块、测量箱体1、溶液体积显示器2和光纤探头4，测量箱体1的正面设置有溶液体积显示器2，电路板和显示器安放在测量箱体1的正面，便于用来读数，溶液体积显示器2内部包括放大器、上位机和显示器，测量箱体1的顶部活动铰接有盖板3，盖板3的底部中心位置与光纤探头4固定连接，光纤探头4内部设置有接收光源和反射光源用来组成数据采集模块，溶液体积显示器2中的电路板与光纤探头4电性连接，光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、全兼容于光纤等优点，并且其谐振波长—布喇格波长对温度、应变、折射率等外界环境的变化比较敏感，而且在相同的环境下，这个特征波长还具有高度的一致性，用它制作的传感器响应时间快、灵敏度高和测量精度高，因此光纤光栅传感器在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用，测量箱体1的内壁底部固定连接有固定底座5，固定底座5的内部设置有蓄电池，溶液体积显示器2的内部设置有电路板，蓄电池与溶液体积显示器2中的电路板电性连接，固定底座5的顶部开设有放置槽6，放置槽6主要用来放置测量溶液器皿，放置槽6的内壁底部固定连接有吸盘7，吸盘7为橡胶材质，固定底座5上的吸盘式的粘钩可以较好的吸附玻璃试管，保证试管可以平稳的安置在固定底座5内，光传感技术是由光纤传感器数据采集模块和信号处理模块两部分组成。线性扫频光源发出探测光由入射光纤传输到被测液体的表面，经反射后被接收光纤吸收。接收光纤将接收到的光信号送至放大器，经由放大器放大后通过进一步的处理转化为电信号。对电信号进行分析即可得到液面高度信息，从而得到待测液体体积，并将其显示在装置外围的溶液体积显示器2上，方便测量液位后进行读数。
基于反射式光纤传感利用分接触式的表面反射光来测量液位。当液位高度信息发生改变时，发射光纤发射出的入射波反射到液面上就会产生不同的对应反射光强。通过接收光纤光能与发射光纤光能之比即可得到液面位置信息，进而计算出待测液体体积。如图一探头信息采集示意图所示，本发明采用双光纤组合探头进行反射式光纤传感测量。两个探头的有效距离为d，每个探头配有直径为2r的光纤，其数值孔径为NA。工作过程可概括为：由入射光纤发射出与竖直平面夹角为β的入射探测光，其能量为ε。经过液面反射后，折射光被接受光纤吸收，完成初步信息的采集。我们将发射光纤探头的底面与接收光纤芯的横截面进行交叠，然后做近似图像处理。由图5可以得出发射光纤探头底面积为
接收光纤芯横截面积为
可以得出以下计算过程。
其中λ是接收光纤光能与发射光纤光能之比，整理后得到：
由上式可以看出，在光纤芯半径、数值孔径、液面高度均已确定情况下，当d趋于0即一组传感器探头(发射光纤探头与接收光纤探头)双光纤紧靠时，输出电压或光电流只是探头与液面距离的函数。
试管(如图一)底部距离传感器探头的距离为h，管直径为2r0，那么即可知待测液体的体积
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.基于光传感技术的智能量液器，包括数据采集模块、信号处理模块、测量箱体(1)、溶液体积显示器(2)和光纤探头(4)，其特征在于：所述测量箱体(1)的正面设置有溶液体积显示器(2)，所述测量箱体(1)的顶部活动铰接有盖板(3)，所述盖板(3)的底部中心位置与光纤探头(4)固定连接，所述测量箱体(1)的内壁底部固定连接有固定底座(5)，所述固定底座(5)的顶部开设有放置槽(6)，所述放置槽(6)的内壁底部固定连接有吸盘(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于光传感技术的智能量液器，其特征在于：所述固定底座(5)的内部设置有蓄电池，所述溶液体积显示器(2)的内部设置有电路板。
3.根据权利要求2所述的一种基于光传感技术的智能量液器，其特征在于：所述蓄电池与溶液体积显示器(2)中的电路板电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于光传感技术的智能量液器，其特征在于：所述溶液体积显示器(2)中的电路板与光纤探头(4)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于光传感技术的智能量液器，其特征在于：所述吸盘(7)为橡胶材质。
6.根据权利要求4所述的一种基于光传感技术的智能量液器，其特征在于：所述光纤探头(4)内部设置有接收光源和反射光源用来组成数据采集模块。
7.根据权利要求1所述的一种基于光传感技术的智能量液器，其特征在于：所述溶液体积显示器(2)内部包括放大器、上位机和显示器。
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