CN111982899B - 一种检测pH值的方法及便携式pH值快速检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了酸碱度检测技术领域的一种检测pH值的方法及便携式pH值快速检测仪,能够采用非接触方式获取pH值,获得的pH不受检测者的主管因素的影响,适用于多种检测环境。检测pH值的方法包括:a、获取待检测颜色Cd的RGB值,根据颜色空间距离公式求与待检测颜色Cd距离最小的预设颜色Cs的RGB值,得到预设颜色Cs对应的酸碱值pH;b、根据步骤a得到的预设颜色Cs对应的酸碱值pH以及设定的间隔ΔpH,求取与步骤a中的预设颜色Cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率;c、根据步骤b得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色Cd对应的酸碱值。
Description
技术领域
本发明属于酸碱度检测技术领域,具体涉及一种检测pH值的方法及便携式pH值快速检测仪。
背景技术
目前pH值的测定主要有pH计等电子器械,这种器械是利用原电池的工作原理实现的,通常将参比电极直接插入待测溶液样品中,这种测试方法需要待测溶液样品在50mL以上才便于测试,操作也相对比较繁琐。这种传感器较精密,需要经常校准和维护,而且电极容易损坏和受到干扰。传统的酸碱值测定采用pH试纸,通常用清洁的滴管或玻璃棒从待测液体中取一滴约0.1mL沾染到pH试纸上,然后将试纸变化稳定后的颜色与标准比色卡的颜色进行比对,从而判断待测液体的pH值。这种方法由于需要人眼辨识比对颜色,受到主观影响和环境光线影响,测量精度不高,且使用的灵活性较差。在工业上,某些表面处理工艺采用酸洗,为了控制工艺参数需要监控检测表面酸碱值,但是表面残留物较少,无法采用pH计和试纸进行直接测量。
发明内容
为解决现有技术中的不足,本发明提供一种检测pH值的方法及便携式pH值快速检测仪,能够采用非接触方式获取pH值,获得的pH不受检测者的主管因素的影响,适用于多种检测环境。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种检测pH值的方法,包括:a、获取待检测颜色Cd的RGB值,根据颜色空间距离公式求与待检测颜色Cd距离最小的预设颜色Cs的RGB值,得到预设颜色Cs对应的酸碱值pH;b、根据步骤a得到的预设颜色Cs对应的酸碱值pH以及设定的间隔ΔpH,求取与步骤a中的预设颜色Cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率;c、根据步骤b得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色Cd对应的酸碱值。
进一步地,所述间隔ΔpH是指在酸碱值测量范围[a,b]内,按间隔ΔpH设置若干组预设颜色,并将这些预设颜色的RGB值作为电子比色卡。
进一步地,按间隔ΔpH预设若干组预设颜色的方法是:在酸碱值测量范围[a,b]内,先按间隔ΔpH为单位1设置预设颜色,如果设定组数小于5个,则按间隔ΔpH为单位0.1设置预设颜色。
进一步地,所述步骤b具体为:
如果预设颜色Cs对应的酸碱值pH=a,根据颜色空间距离公式求:酸碱值pH对应的预设颜色Cs与待检测颜色Cd的空间距离D、酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+与待检测颜色Cd的空间距离D+、酸碱值pH对应的预设颜色Cs与酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+的空间距离ΔD+,如果D<ΔD+,求距离比率k=D/(D+D+);如果预设颜色Cs对应的酸碱值pH=b,根据颜色空间距离公式求:酸碱值pH对应的预设颜色Cs与待检测颜色Cd的空间距离D、酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-与待检测颜色Cd的空间距离D-、酸碱值pH对应的预设颜色Cs与酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-的空间距离ΔD-,如果D<ΔD-,求距离比率k=D/(D+D-);如果预设颜色Cs对应的酸碱值a<pH<b,根据颜色空间距离公式求:酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+与待检测颜色Cd的空间距离D+、酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-与待检测颜色Cd的空间距离D-,求距离比率k=D-/(D++D-);
进一步地,在所述步骤c中,待检测颜色Cd对应的酸碱值为:
一种便携式pH值快速检测仪,包括:探测器,用于采集物体表面的颜色并传送给微控制器;微控制器,用于接收探测器采集的物体表面的颜色并按照前述的检测pH值的方法,获取待检测颜色Cd对应的酸碱值。
进一步地,所述探测器通过IIC数据接口与微控制器连接。
进一步地,所述探测器和微控制器设置在可手持的便携式小型箱体内,所述箱体上设有与探测器相匹配的探测器窗口,所述探测器窗口的两端设有补足光源窗口,所述补足光源窗口内的补足光源与微控制器电连接,所述微控制器还与UPS电源、显示屏和按键电连接。
进一步地,所述显示屏采用SPI接口与微控制器连接。
进一步地,所述补足光源为白光LED光源。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
(1)本发明通过采集物体表面残留物的颜色,将颜色RGB值与标准pH比色卡上的颜色RGB值进行比对,获取物体表面残留物的pH值,适用于多种检测环境,尤其适用于酸洗工艺中,产品表面残留物较少的情况;
(2)本发明通过采集物体表面残留物的颜色判断物体表面残留物的pH值,结果客观,不受测试者的技术水平和主管因素的影响,测试结果具有一致性;
(3)本发明检测过程快速,结果可靠,提高了检测者的工作效率,改善了检测者的工作环境,降低了劳动成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种便携式pH值快速检测仪的硬件系统框图;
图2是本发明实施例提供的一种便携式pH值快速检测仪的微控制器接口扩展框图;
图3是本发明实施例提供的一种便携式pH值快速检测仪的平面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一:
一种检测pH值的方法,包括:a、获取待检测颜色Cd的RGB值,根据颜色空间距离公式求与待检测颜色Cd距离最小的预设颜色Cs的RGB值,得到预设颜色Cs对应的酸碱值pH;b、根据步骤a得到的预设颜色Cs对应的酸碱值pH以及设定的间隔ΔpH,求取与步骤a中的预设颜色Cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率;c、根据步骤b得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色Cd对应的酸碱值。
本实施例中,在酸碱值测量范围[a,b]内,先按间隔ΔpH设置若干组预设颜色,并将这些预设颜色的RGB值作为电子比色卡。以检测酸洗产品表面的残留物的pH为例:
(1)先通过传感器采集产品表面残留物的颜色信息,获取待检测颜色Cd,进一步获取待检测颜色Cd的RGB值,根据颜色空间距离公式求与待检测颜色Cd距离最小的预设颜色Cs的RGB值,得到预设颜色Cs对应的酸碱值pH;
(2)根据(1)中得到的预设颜色Cs对应的酸碱值pH以及设定的间隔ΔpH,求取与预设颜色Cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率,具体为:
如果预设颜色Cs对应的酸碱值pH=a,根据颜色空间距离公式求:
酸碱值pH对应的预设颜色Cs与待检测颜色Cd的空间距离D、酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+与待检测颜色Cd的空间距离D+、酸碱值pH对应的预设颜色Cs与酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+的空间距离ΔD+,如果D<ΔD+,求距离比率k=D/(D+D+);
如果预设颜色Cs对应的酸碱值pH=b,根据颜色空间距离公式求:
酸碱值pH对应的预设颜色Cs与待检测颜色Cd的空间距离D、酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-与待检测颜色Cd的空间距离D-、酸碱值pH对应的预设颜色Cs与酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-的空间距离ΔD-,如果D<ΔD-,求距离比率k=D/(D+D-);
如果预设颜色Cs对应的酸碱值a<pH<b,根据颜色空间距离公式求:
酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+与待检测颜色Cd的空间距离D+、酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-与待检测颜色Cd的空间距离D-,求距离比率k=D-/(D++D-);
(3)根据(2)中得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色Cd对应的酸碱值;待检测颜色Cd对应的酸碱值为:
本实施例中,按间隔ΔpH预设若干组预设颜色的方法是:在酸碱值测量范围[a,b]内,先按间隔ΔpH为单位1设置预设颜色,如果设定组数小于5个,则按间隔ΔpH为单位0.1设置预设颜色;本实施例中共设置10组预设颜色。本发明通过采集物体表面残留物的颜色,将颜色RGB值与标准pH比色卡上的颜色RGB值进行比对,获取物体表面残留物的pH值,适用于多种检测环境,尤其适用于酸洗工艺中,产品表面残留物较少的情况;测试结果客观,不受测试者的技术水平和主管因素的影响,测试结果具有一致性。
实施例二:
如图1~图3所示,基于实施例一所述的检测pH值的方法,本实施例提供一种便携式pH值快速检测仪,包括:探测器1,用于采集物体表面的颜色并传送给微控制器3;微控制器3,用于接收探测器1采集的物体表面的颜色并按照实施例一所述的检测pH值的方法,获取待检测颜色Cd对应的酸碱值。
探测器1和微控制器3设置在可手持的便携式小型箱体7内,箱体7上设有与探测器1相匹配的探测器窗口,探测器窗口的两端设有补足光源窗口,补足光源窗口内的补足光源2与微控制器3电连接,微控制器3还与UPS电源5、显示屏4和按键6电连接;箱体7上开设有与显示屏4和按键6相匹配的容纳窗口。
本实施例中,箱体7上还设有microUSB通讯和充电接口。microUSB通讯接口与微控制器3电连接,用于与上位机进行数据交换,充电接口与UPS电源5电连接,用于给UPS电源5充电。探测器1为具有颜色识别功能的传感器,具有红色、蓝色和绿色三种光电信号分量解算功能,通过IIC数据传输功能接口与微控制器3电连接进行数据传输。补足光源2为白光LED光源,可通过PWM(脉冲宽度调制)方式控制光源强度级别。微控制器3配置一颗微控制器芯片,并具有足够扩展探测器1、补足光源2、显示屏4、UPS电源5和按键6等的全部接口引脚数量。微控制器可以采用单片机,单片机优选具有16个引脚以上,带1个ISP编程接口,1个UART串口或USB通讯接口,4个以上控制按键的通用I/O引脚,1个控制LED光源的PWM专用或通用可模拟PWM功能的I/O引脚,1个与颜色传感器连接通讯的IIC接口,1个与显示模块连接通讯的SPI接口。所述程序是写入单片机的可执行程序,程序具有控制LED光源强度的功能,能够响应按键功能,能够通过IIC接口读取颜色传感器的数据并将数据计算成对应颜色的RGB值,能够进行颜色空间的白平衡校正,并将对应颜色RGB值按照实施例一的方法转化为酸碱值。显示屏4可以是采用TFT(玻璃基板技术)、OLED(有机电致发光显示技术)、STN(超扭转向列技术)、TN(扭曲向列技术)等工艺制备的单色或彩色显示模块。UPS电源5包含一颗聚合锂电池芯,具有高效升压稳压能力和停电不间断供电的功能。按键6可以是3到5位的薄膜式或弹簧按钮式的各种轻触开关。
如图1所示,系统中微控制器检测光源按键开关,点亮白光LED,LED照射待测表面,反射光照到TCS34725颜色识别传感器上。TCS34725通过自身电路可实现对红色、绿色和蓝色滤波器的选通和AD转换,并将对应的信号值保持到寄存器。微控制器对这3个信号值进行处理后,将其转换为标准RGB值,并在LCD上显示。本实施例中,微控制器采用的单片机型号为:Atmega328。如图2所示,颜色传感器模块带有TCS34725颜色识别传感器和两颗白光LED灯,并集成r,g,b颜色分量解算芯片,可采用集成MCU解算和单独传感器两种模式。微控制器主板扩展采集接口和LCD接口,集成AVR 8位微控制器,可根据实际应用情况提高芯片性能选型。液晶屏可根据实际应用情况调整为段码式液晶,使设计更加轻便。UART和ISP接口为用于调试和烧录程序的接口,微控制器通过IIC接口与TCS34725传感器进行通信。扩展其他外设包括显示屏、按键和LED光源。
本实施例所述便携式pH值快速检测仪的操作步骤:先按下电源开关,打开LED光源,枪头垂直对准测量区域,距离4-10cm,按下检测键,液晶屏上显示一个值,即为本仪器检测的酸度值。重复以上操作三次,取平均值得出最终酸度值。
本实施例所述便携式pH值快速检测仪的工作流程:在按下检测键后,仪器的微处理器先控制颜色传感器计算得到对应红色、绿色和蓝色滤波器输出的3个信号值,然后根据传感器的白平衡校正系数进行处理,将其转换为标准RGB色度值。最后,微处理器根据上述对应RGB值转化为酸碱值的算法计算出对应酸度值,并输出到显示屏上。
本实施例所述便携式pH值快速检测仪基于颜色传感器进行非接触式酸碱值采集,同时可以生成电子比色卡,并可对电子比色卡进行增加和删除编辑,实现pH值测量的数字化和简便性。检测过程快速,结果可靠,提高了检测者的工作效率,改善了检测者的工作环境,降低了劳动成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种检测pH值的方法,其特征是,包括:
a、获取待检测颜色Cd的RGB值,根据颜色空间距离公式求与待检测颜色Cd距离最小的预设颜色Cs的RGB值,得到预设颜色Cs对应的酸碱值pH;
b、根据步骤a得到的预设颜色Cs对应的酸碱值pH以及设定的间隔ΔpH,求取与步骤a中的预设颜色Cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率;
c、根据步骤b得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色Cd对应的酸碱值;
其中,所述间隔ΔpH是指在酸碱值测量范围 [a,b] 内,按间隔ΔpH设置若干组预设颜色,并将这些预设颜色的RGB值作为电子比色卡;
按间隔ΔpH预设若干组预设颜色的方法是:在酸碱值测量范围[a,b]内,先按间隔ΔpH为单位1设置预设颜色,如果设定组数小于5个,则按间隔ΔpH为单位0.1设置预设颜色;
所述步骤b具体为:
如果预设颜色Cs对应的酸碱值pH=a,根据颜色空间距离公式求:
酸碱值pH对应的预设颜色Cs与待检测颜色Cd的空间距离D、酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+与待检测颜色Cd的空间距离D+、酸碱值pH对应的预设颜色Cs与酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+的空间距离ΔD+,如果D<ΔD+,求距离比率k=D/(D+D+);
如果预设颜色Cs对应的酸碱值pH=b,根据颜色空间距离公式求:
酸碱值pH对应的预设颜色Cs与待检测颜色Cd的空间距离D、酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-与待检测颜色Cd的空间距离D-、酸碱值pH对应的预设颜色Cs与酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-的空间距离ΔD-,如果D<ΔD-,求距离比率k=D/(D+D-);
如果预设颜色Cs对应的酸碱值a<pH<b,根据颜色空间距离公式求:
酸碱值pH+ΔpH对应的预设颜色Cs+与待检测颜色Cd的空间距离D+、酸碱值pH-ΔpH对应的预设颜色Cs-与待检测颜色Cd的空间距离D-,求距离比率k=D-/(D++D-);
在所述步骤c中,待检测颜色Cd对应的酸碱值为:
2.一种便携式pH值快速检测仪,其特征是,包括:
探测器,用于采集物体表面的颜色并传送给微控制器;
微控制器,用于接收探测器采集的物体表面的颜色并按照权利要求1所述的检测pH值的方法,获取待检测颜色Cd对应的酸碱值。
3.根据权利要求2所述的便携式pH值快速检测仪,其特征是,所述探测器通过IIC数据接口与微控制器连接。
4.根据权利要求2所述的便携式pH值快速检测仪,其特征是,所述探测器和微控制器设置在可手持的便携式小型箱体内,所述箱体上设有与探测器相匹配的探测器窗口,所述探测器窗口的两端设有补足光源窗口,所述补足光源窗口内的补足光源与微控制器电连接,所述微控制器还与UPS电源、显示屏和按键电连接。
5.根据权利要求4所述的便携式pH值快速检测仪,其特征是,所述显示屏采用SPI接口与微控制器连接。
6.根据权利要求4所述的便携式pH值快速检测仪,其特征是,所述补足光源为白光LED光源。
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