CN116087147A - 一种液体浓度测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体浓度测量系统及方法，该液体浓度测量系统包括光源模块、分光模块、容器、第一反射模块、第二反射模块、探测接收模块、转动测量模块和处理模块，分光模块位于探测光束的传播路径上，用于将探测光束分束形成第一探测光束和第二探测光束，容器用于盛放待探测液体，且容器位于第一探测光束的传播路径上，转动测量模块与处理模块电连接，且与容器连接，处理模块与探测接收模块电连接，上述技术方案利用光的干涉，得到不同浓度的待探测液体与干涉图像的变化量的对应关系，如此，只需根据处理模块及干涉图像的变化量，便可确定待探测液体的浓度，使得该系统应用范围广，精度高且成本较低。

Description

一种液体浓度测量系统及方法

技术领域

本发明涉及液体浓度测量技术领域，尤其涉及一种液体浓度测量系统及方法。

背景技术

浓度是溶液的重要指标之一，在科研、生产、生活中都必不可少。测量液体浓度的方法多种多样。

在传统的测量方法中，如阿贝折射仪、旋光仪、超声光栅法。其中，阿贝折射仪主要用于糖溶液，不能用于测量酸碱腐蚀溶液，且测量范围有限，若待测试样折射率不在1.3～1.7范围内，则阿贝折射仪不能测定，局限性大；用旋光仪测量，只适用于具有旋光性的溶液，应用受限；超声光栅法事通过拟合光栅常数与浓度的关系，但方法精度因溶液种类而不同，对某些溶液有较大误差。

因此，亟需一种应用范围广，精度高的液体浓度测量系统及方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种液体浓度测量系统及方法，利用了光的干涉使其适用范围更广，操作更简便，更精确，复现性更好，而成本更低。

第一方面，本发明实施例提供了一种液体浓度测量系统，包括光源模块、分光模块、容器、第一反射模块、第二反射模块、探测接收模块、转动测量模块和处理模块；

所述光源模块用于出射探测光束；

所述分光模块位于所述探测光束的传播路径上，用于将所述探测光束分束形成第一探测光束和第二探测光束；

所述容器用于盛放待探测液体，且所述容器位于所述第一探测光束的传播路径上；所述第一探测光束依次经待探测液体、所述第一反射模块反射以及所述分光模块透射后入射至所述探测接收模块；所述第二探测光束依次经所述第二反射模块反射以及所述分光模块反射后入射至所述探测接收模块；

所述转动测量模块与所述处理模块电连接，且与所述容器连接，用于根据所述处理模块输出的处理指令带动所述容器转动，以调节所述第一探测光束经过所述待探测液体的光程；

所述处理模块与所述探测接收模块电连接，用于根据所述探测接收模块中的干涉图像确定待探测液体的浓度。

进一步的，所述液体浓度测量系统还包括补偿模块；所述补偿模块位于所述分光模块和所述第二反射模块之间的光路中，用于调节所述第二探测光束的光程。

进一步的，所述分光模块与所述补偿模块平行设置，且与所述光源模块的出光方向相交设置；所述分光模块与所述补偿模块的倾斜方向与所述光源模块的出光方向呈45°夹角。

进一步的，所述转动测量模块包括螺旋测微装置、电机装置、联动杆和转动装置；

螺旋测微装置包括旋钮和测微头，电机装置包括转轴，所述旋钮与所述转轴啮合，所述测微头与所述联动杆的一侧固定，所述联动杆的另一侧与所述容器的表面固定；所述转动装置固定在所述第一反射模块和所述分光模块之间的光路中，所述转动装置包括转动轴，所述容器固定在所述转动轴上。

进一步的，所述第一反射模块和/或所述第二反射模块可转动；

所述处理模块与可转动的所述第一反射模块和/或所述第二反射模块电连接，用于控制所述第一反射模块和/或所述第二反射模块的转动角度，以使所述第一探测光束与所述第二探测光束重合形成干涉图像。

进一步的，所述光源模块包括光源出射单元和扩束单元；

所述光源出射单元用于出射激光光束；

所述扩束单元位于所述激光光束的传播路径上，用于对所述激光光束进行扩束形成所述探测光束。

进一步的，所述探测接收模块包括接收成像单元和观测单元；

所述接收成像单元位于所述分光模块与所述观测单元之间的光路中，用于接收所述第一探测光束和所述第二探测光束并成像；

所述观测单元用于对所述第一探测光束和所述第二探测光束的干涉图像进行采集并反馈至所述处理模块。

进一步的，所述分光模块包括分光板；

所述分光板包括分光板主体以及设置于所述分光板主体表面的半透半反膜。

进一步的，所述液体浓度测量系统还包括恒温箱；所述光源模块、所述分光模块、所述容器、所述第一反射模块、所述第二反射模块、所述探测接收模块以及所述转动测量模块均位于所述恒温箱内。

第二方面，本发明实施例还提供了一种液体浓度测量方法，应用于上述任意所述的液体浓度测量方法，该液体浓度测量方法包括：

调节所述转动测量模块，确定所述容器的偏转角度；

获取干涉图像；

重复上述步骤，获取不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量；

根据不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下对应的干涉图像的变化量，得到溶液浓度与干涉图像的变化量之间的对应关系；

根据所述对应关系，确定对应待探测液体的浓度。

本发明中液体浓度测量系统包括光源模块、分光模块、容器、第一反射模块、第二反射模块、探测接收模块、转动测量模块和处理模块。其中光源模块用于出射探测光束，分光模块位于探测光束的传播路径上，用于将探测光束分束形成第一探测光束和第二探测光束，容器用于盛放待探测液体，且容器位于第一探测光束的传播路径上，第一探测光束依次经待探测液体、第一反射模块反射以及分光模块透射后入射至探测接收模块，第二探测光束依次经第二反射模块反射以及分光模块反射后入射至探测接收模块，转动测量模块与处理模块电连接，且与容器连接，用于根据处理模块输出的处理指令带动容器转动，以调节第一探测光束经过待探测液体的光程，上述技术方案中通过待探测液体的浓度与折射率间良好的相关度，进而利用光的干涉通过上述系统得到不同浓度的待探测液体与干涉图像的变化量的对应关系，如此，处理模块仅需根据该对应关系和探测接收模块中的干涉图像，便可确定待探测液体的浓度，从而减少了计算会带来的误差和不确定度，简化了步骤，并且所需模块少、操作简单、成本较低、组装简便、复现性好、精度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种液体浓度测量系统的具体结构图；

图2是本发明实施例提供的一种液体浓度测量方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种氯化钠液体浓度-干涉图像变化量的对应关系图；

图4是本发明实施例提供的一种氯化钙液体浓度-干涉图像变化量的对应关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本发明实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本发明的技术方案。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本发明的保护范围之内。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本发明实施例提供的一种液体浓度测量系统的具体结构图，参见图1，该液体浓度测量系统1包括光源模块10、分光模块20、容器30、第一反射模块41、第二反射模块42、探测接收模块50、转动测量模块60和处理模块70，光源模块10用于出射探测光束，分光模块20位于探测光束的传播路径上，用于将探测光束分束形成第一探测光束和第二探测光束，容器30用于盛放待探测液体，且容器30位于第一探测光束的传播路径上。第一探测光束依次经待探测液体、第一反射模块41反射以及分光模块20透射后入射至探测接收模块50，第二探测光束依次经第二反射模块42反射以及分光模块20反射后入射至探测接收模块50，转动测量模块60与处理模块70电连接，且与容器30连接，用于根据处理模块70输出的处理指令带动容器30转动，以调节第一探测光束经过待探测液体的光程。处理模块70与探测接收模块50电连接，用于根据探测接收模块50中的干涉图像确定待探测液体的浓度。

具体的，如图1所示，光源模块10出射的探测光束，在经过分光模块20分束后形成方向不同的第一探测光束和第二探测光束，其中，第一探测光束是探测光束第一次经过分光模块20时反射形成的，进而第一探测光束经过容器30，到达第一反射模块41，经第一反射模块41反射后，再次经过容器30，之后经过分光模块20透射，入射到探测接收模块50，从而在探测接收模块50上形成一束光点；而第二探测光束则是探测光束第一次经过分光模块20时透射形成的，进而第二探测光束到达第二反射模块42后，经第二反射模块42反射，再经分光模块20反射，入射到探测接收模块50，从而在探测接收模块50上形成另一束光点。如此，可以通过调节第一反射模块41或者第二反射模块42的位置和高度，来使在探测接收模块50上形成的两束光点重合，以便后续能够观察到干涉图像。其中，干涉图像可以为干涉条纹。

可以理解的是，当光源模块10出射的探测光束为单束光时，通过液体浓度测量系统1在探测接收模块50上形成的为两束光点，此时便于调节两束光点重合，当光源模块10出射的探测光束为多束光时，重合的两束光点变成了干涉条纹，即由于两束光线频率相等，振动方向相同，相位差恒定，因此到达探测接收模块50后发生干涉现象，产生了干涉条纹。

此外，容器30可以为透明比色皿，其中盛放有待探测液体，初始状态下容器30的位置与第一反射模块41平行设置，在容器30的位置发生改变时，第一探测光束经过待探测液体的光程也随之改变，进而可以在探测接收模块50上观察到干涉条纹的吞吐，即当容器30的位置发生改变时，干涉图像的数量也会发生变化，进而通过设置转动测量模块60与处理模块70电连接，且与容器30连接，通过处理模块70输出的处理指令，使得转动测量模块60带动容器30转动，通过容器30的转动，可以观察到探测接收模块50上干涉图像的变化量，在经过多组不同浓度的待探测液体的实验后，可以得到待探测液体的浓度与干涉图像的变化量之间的对应关系，生成一个待探测液体的浓度-干涉图像变化量的标准曲线，存储在处理模块70中，处理模块70与探测接收模块50电连接，之后处理模块70只需根据探测接收模块50中的干涉图像，以及存储的待探测液体的浓度-干涉图像变化量的标准曲线，便可确定待探测液体的当前浓度，如此直接通过实验所得数据建立与待探测液体的浓度-干涉图像变化量的函数关系，从而减少了计算会带来的误差和不确定度，提高了测量的精确度，并且所需装置少、应用范围广，操作简单、价格低廉、组装简便、复现性好。

需要说明的是，处理模块70中还设置有通过感应干涉条纹的光线强弱变化而计数的视频识别程序，进而可以直接将干涉条纹发生吞吐时的光线强弱转化为数字，不仅节省时间、人力，还使条纹变化量测量更精准，从而进一步提高液体浓度的测量精度。

综上所述，本发明实施例中液体浓度测量系统包括光源模块、分光模块、容器、第一反射模块、第二反射模块、探测接收模块、转动测量模块和处理模块。其中光源模块用于出射探测光束，分光模块位于探测光束的传播路径上，用于将探测光束分束形成第一探测光束和第二探测光束，容器用于盛放待探测液体，且容器位于第一探测光束的传播路径上，第一探测光束依次经待探测液体、第一反射模块反射以及分光模块透射后入射至探测接收模块，第二探测光束依次经第二反射模块反射以及分光模块反射后入射至探测接收模块，转动测量模块与处理模块电连接，且与容器连接，用于根据处理模块输出的处理指令带动容器转动，以调节第一探测光束经过待探测液体的光程，上述技术方案中通过待探测液体的浓度与折射率间良好的相关度，进而利用光的干涉通过上述系统得到不同浓度的待探测液体与干涉图像的变化量的对应关系，如此，处理模块仅需根据该对应关系和探测接收模块中的干涉图像，便可确定待探测液体的浓度，从而减少了计算会带来的误差和不确定度，简化了步骤，并且所需模块少、操作简单、成本较低、组装简便、复现性好、精度高。

在上述实施例的基础上，参见图1，液体浓度测量系统还包括补偿模块80，补偿模块80位于分光模块20和第二反射模块42之间的光路中，用于调节第二探测光束的光程。

具体的，如图2所示，由于容器30位于第一探测光束的传播路径上，即容器30位于分光模块20和第一反射模块41之间的光路中，也就是说，第一探测光束的传播路径相比于第二探测光束的传播路径，要多出在容器30中的光路，因此，将补偿模块80设置在分光模块20和第二反射模块42之间的光路中，在光源模块10出射的探测光束在第一次经过分光模块20，透射形成第二探测光束后，使得第二探测光束首先经过补偿模块80，到达第二反射模块42，经第二反射模块42反射后，再次经过补偿模块80，之后经过分光模块20透射，入射到探测接收模块50，如此，通过补偿模块80来调节第二探测光束的光程，使得第一探测光束的传播光程与第二探测光束的传播光程相同，也即进而减小了实验误差，使得测量结果更加准确，提高了液体浓度测量系统的可靠性。

可选的，继续参见图1，分光模块20与补偿模块80平行设置，且与光源模块10的出光方向相交设置，且分光模块20与补偿模块80的倾斜方向与光源模块10的出光方向呈45°夹角。

具体的，如图1所示，分光模块20与补偿模块80平行设置，如此，使得光源模块10出射的探测光束在第一次经过分光模块20，透射形成第二探测光束的透射角度与第二探测光束第一次经过补偿模块80的透射角度相同，以使第二探测光束在经过第二反射模块42反射后，再次透射过补偿模块80时，能够原路返回到分光模块20，保证了实验的精确性。此外，分光模块20与补偿模块80均与光源模块10的出光方向相交设置，且倾斜方向与光源模块10的出光方向呈45°夹角。如此使得光源模块10出射的探测光束在第一次经过分光模块20时，能够分束成相互垂直的第一探测光束和第二探测光束，即第二探测光束与光源模块10的出光方向平行，第一探测光束与光源模块10的出光方向垂直，保证第一探测光束和第二探测光束能够形成干涉现象，避免第一探测光束和第二探测光束不垂直时，偏角引起的误差，减小了实验误差，使得测量结果更加准确，提高了液体浓度测量系统的可靠性。

需要说明的是，分光模块20与补偿模块80在设置为相互平行，且均与光源模块10的出光方向呈45°相交后，将分光模块20与补偿模块80固定，以避免实验过程中分光模块20与补偿模块80的角度变动，导致实验结果出现误差。

在上述实施例的基础上，继续参见图1，转动测量模块60包括螺旋测微装置61、电机装置62、联动杆63和转动装置64。螺旋测微装置61包括旋钮611和测微头612，电机装置62包括转轴621，旋钮611与转轴621啮合，测微头622与联动杆63的一侧固定，联动杆63的另一侧与容器30的表面固定，转动装置64固定在第一反射模块41和分光模块20之间的光路中，转动装置64包括转动轴641，容器30固定在转动轴641上。

具体的，继续参见图1，转动测量模块60包括螺旋测微装置61，螺旋测微装置61可以为螺旋测微器又称千分尺、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米，既可以达到控制容器30转动速度的目的，也可以精准地控制和记录起始和终止位置。螺旋测微装置61包括旋钮611和测微头622，通过旋转旋钮611，带动测微头622向下运动。进而通过设置电机装置62，电机装置62包括转轴621，转轴621的边缘与旋钮611的边缘相啮合，进而通过电机装置62的转动带动旋钮611的转动。转动测量模块60还包括联动杆63和转动装置64，转动装置64固定在第一反射模块41和分光模块20之间的光路中，其上设置有转动轴641，即转动装置64固定在底座上，转动轴641和转动装置64都保持固定，容器30底部设置有凹槽，将容器30的凹槽与转动轴641活动连接，使容器30可以绕转动轴641旋转，进而可以将联动杆63的两侧分别与测微头622和容器30的表面固定，通过联动杆63将螺旋测微装置61和容器30的运动联动起来，即当测微头622向下运动时，通过联动杆63带动容器30顺时针旋转，如此，只需通过处理模块70输出处理指令给电机装置62，便可带动容器30旋转，一方面节省了人力，另一方面通过电机装置62和螺旋测微装置61的联动结构来控制容器30旋转，旋转速度控制更加精确，避免测量过程中容器30旋转速度起伏引起的误差，进而减小了实验误差，使得测量结果更加准确，提高了液体浓度测量系统的可靠性。

需要说明的是，图1中为更好说明液体浓度测量系统中各模块的位置关系，示出的为液体浓度测量系统的俯视图，进而描述的测微头622向下运动，是基于该俯视图的基础上，本领域人员可以知道，在实际测量过程中测微头622应向前，或向后移动。

进一步的，继续参见图1，第一反射模块41和/或第二反射模块42可转动，处理模块70与可转动的第一反射模块41和/或第二反射模块42电连接，用于控制第一反射模块41和/或第二反射模块42的转动角度，以使第一探测光束与第二探测光束重合形成干涉图像。

具体的，在液体浓度测量系统的测量过程中，需要先调节第一反射模块41或者第二反射模块42的位置，来使在探测接收模块50上形成的两束光点重合，以便后续能够观察到干涉图像。进而可以将处理模块70与第一反射模块41和/或第二反射模块42电连接，通过处理模块70来控制可转动的第一反射模块41和/或第二反射模块42的转动角度，以使第一探测光束与第二探测光束在探测接收模块50上形成的两束光点重合，控制更加方便，使得测试结果更加精准。

可选的，参见图1，光源模块10包括光源出射单元11和扩束单元12，光源出射单元11用于出射激光光束，扩束单元12位于激光光束的传播路径上，用于对激光光束进行扩束形成探测光束。

具体的，光源模块10包括光源出射单元11和扩束单元12，光源出射单元11出射的激光光束为单束光，当光源模块10出射的为单束光时，通过液体浓度测量1系统在探测接收模块50上形成的为两束光点，此时无法观察到干涉图像，但便于调节两束光点重合。当光源模块10出射的为多束光时，重合的两束光点变成了干涉条纹，即由于两束光线频率相等，振动方向相同，相位差恒定，因此到达探测接收模块50后发生干涉现象，产生了干涉条纹。因此，在测量过程中需要通过扩束单元12，将源出射单元11出射的单束光，扩束分散为多束光。

需要说明的是，在测量过程中，为方便调节第一探测光束和第二探测光束在探测接收模块50上形成的图像重合，需要先移开扩束单元12，使光源模块10出射的为单束光，如此，在探测接收模块50上形成的为两束光点，便于调节两束光点对齐重合，之后在移回扩束单元12，通过扩束单元12将单束光扩束分散为多束光，便可以在探测接收模块50上观察到干涉图像。

可选的，继续参见图1，探测接收模块50包括接收成像单元51和观测单元52，接收成像单元51位于分光模块20与观测单元52之间的光路中，用于接收第一探测光束和第二探测光束并成像，观测单元52用于对第一探测光束和第二探测光束的干涉图像进行采集并反馈至处理模块70。

具体的，接收成像单元51可以为毛玻璃接收屏，第一探测光束经过容器30，到达第一反射模块41，经第一反射模块41反射后，再次经过容器30，之后经过分光模块20透射，入射到接收成像单元51，从而在接收成像单元51上成像，而第二探测光束首先经过补偿模块80，到达第二反射模块42，经第二反射模块42反射后，再次经过补偿模块80，之后经过分光模块20透射，入射到接收成像单元51，从而在接收成像单元51上成像，在调节第一探测光束和第二探测光束在接收成像单元51上所成的像重合，且光源模块10发出的为多束光时，便可在接收成像单元51上观察到干涉图像。在容器30转动过程中，干涉图像会发生变化，即干涉条纹吞吐，进而将观测单元52对应接收成像单元51设置，观测单元52可以为摄像头，对第一探测光束和第二探测光束的干涉图像进行采集并反馈至处理模块70，处理模块70中设置有通过感应干涉条纹的光线强弱变化而计数的视频识别程序，进而可以直接将干涉条纹发生吞吐时的光线强弱转化为数字，即将观测单元52中采集的视频信息转化为干涉条纹变化量的具体数字。

可选的，继续参见图1，分光模块20包括分光板21，分光板21包括分光板主体211以及设置于分光板主体211表面的半透半反膜212。

具体的，如图1所示，分光模块20可以为分光板21，分光板21包括半透半反膜212，通过半透半反膜212，可以实现探测光束在经过分光模块20时，一部分光束反射形成第一探测光束，另外一部分光束透射形成第二探测光束，图中示例性的示出，半透半反膜212位于分光板主体211靠近补偿模块80一侧的表面，在其他实施例中，半透半反膜212还可以位于分光板主体211靠近光源模块10一侧的表面，本发明不对此限制，本领域技术人员可以根据需要设置。

可选的，继续参见图1，液体浓度测量系统1还包括恒温箱90，光源模块10、分光模块20、容器30、第一反射模块41、第二反射模块42、探测接收模块50以及转动测量模块60均位于恒温箱90内。

具体的，如图1所示，由于温度对待探测液体的浓度测量具有一定的影响，因此，将光源模块10、分光模块20、容器30、第一反射模块41、第二反射模块42、探测接收模块50、转动测量模块60、处理模块70、补偿模块80均设置于恒温箱90，避免温度对最终的测量结构造成影响，使得测量结果更加准确，提高了液体浓度测量系统的可靠性。

基于同上的发明构思，本发明实施例还提供了一种液体浓度测量方法，应用于上述的液体浓度测量系统。图2是本发明实施例提供的一种液体浓度测量方法的流程图，如图1和图2所示，该液体浓度测量方法包括：

S110、调节转动测量模块，确定容器的偏转角度。

具体的，首先移开扩束单元，通过调节转动测量模块使容器位于初始位置，即使容器与光源模块的出光方向平行，之后通过处理模块来控制可转动的第一反射模块和/或第二反射模块的转动角度，以使第一探测光束与第二探测光束在探测接收模块上形成的两束光点重合，之后再将扩束单元转回，可以在探测接收模块上观察到干涉图像。调节恒温箱，保持温度恒定，进而转动测量模块通过处理模块输出的处理指令带动容器转动，以调节第一探测光束经过容器中待探测液体时的光程。随着容器转动，光程也随之改变，可以在探测接收模块上观察到干涉图像在缓慢吞吐。控制电机装置的运转时间，读出螺旋测微装置的前进距离L，结合转动装置中转动轴中心到螺旋测微装置测微头末端内侧的距离r，转动轴中心到联动杆表面的距离L₂，代入公式得到容器的偏转角度θ。

需要说明的是，容器的偏转角度θ在测量过程中为定值，即在得到容器的偏转角度θ后，在后续的测量过程中，需要保证偏转角度θ不变。

S120、获取干涉图像。

在调节转动测量模块，确定容器的偏转角度过程中，观测单元采集干涉图像的变化量，并将采集到的干涉图像的变化量反馈至处理模块，处理模块中设置有通过感应干涉条纹的光线强弱变化而计数的视频识别程序，进而可以直接将干涉条纹发生吞吐时的光线强弱转化为数字，即将观测单元中采集的视频信息转化为干涉图像变化量的具体数字，得到待探测液体在该浓度下干涉图像变化量的对应关系。

S130、重复上述步骤，获取不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量。

更换容器中待探测液体，重复步骤S110-S120，获取不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量。

S140、根据不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下对应的干涉图像的变化量，得到溶液浓度与干涉图像的变化量之间的对应关系。

具体的，将上述步骤中所得到的不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量，以及不同浓度的待探测液体进行汇总，建立待探测液体浓度-干涉图像变化量的对应关系，并将该对应关系存储在处理模块中。

S150、根据对应关系，确定对应待探测液体的浓度。

如此，只需要根据液体浓度测量系统测量出待探测液体的干涉图像的变化量，便可根据处理模块中存储的待探测液体浓度-干涉图像变化量的对应关系，得到待探测液体的浓度。

本发明中液体浓度测量方法通过调节转动测量模块，确定容器的偏转角度，并获取干涉图像，进而重复上述步骤，获取不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量，在根据不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下对应的干涉图像的变化量，得到溶液浓度与干涉图像的变化量之间的对应关系，根据该对应关系，确定对应待探测液体的浓度。上述技术方案中通过待探测液体的浓度与折射率间良好的相关度，进而利用光的干涉通过上述系统得到不同浓度的待探测液体与干涉图像的变化量的对应关系，如此，处理模块仅需根据该对应关系和测接收模块中的干涉图像，便可确定待探测液体的浓度，从而减少了计算会带来的误差和不确定度，简化了步骤，并且所需模块少、操作简单、成本较低、组装简便、复现性好、精度高。

具体的，在测量过程中，不局限于某一种溶液，可广泛应用于多种溶液在不同温度下的浓度测量。以下结合具体溶液对液体浓度测量方法进行说明。

图3是本发明实施例提供的一种氯化钠液体浓度-干涉图像变化量的对应关系图，参见图2和图3。首先配置0，0.03g/ml，0.06g/ml，0.09g/ml，0.12g/ml，0.15g/ml，0.18g/ml，0.21g/ml，0.24g/ml，0.27g/ml的氯化钠标准溶液，打开光源出射单元，出射激光光束，先移开扩束单元，容器中倒入氯化钠液体，第一探测光束在经过容器时光程会发生改变，首先将容器调至与第一反射模块平行的初始位置，之后通过处理模块来控制可转动的第一反射模块和/或第二反射模块的转动角度，以使第一探测光束与第二探测光束在探测接收模块上形成的两束光点重合，再将扩束单元转回，调节位置让激光光束穿过，探测接收模块上出现干涉条纹，调节完毕后，打开恒温箱开关，设定温度进行预热，本实验设置温度为25℃，关上箱门，转动测量模块通过处理模块输出的处理指令带动容器转动，以调节第一探测光束经过容器中氯化钠液体时的光程。随着容器转动，光程也随之改变，可以在探测接收模块上观察到干涉图像在缓慢吞吐。控制电机装置的运转时间，读出螺旋测微装置的前进距离L，结合转动装置中转动轴中心到螺旋测微装置测微头末端内侧的距离r，转动轴中心到联动杆表面的距离L₂，代入公式得到容器的偏转角度θ，期间通过观测单元采集干涉图像的变化量，并将采集到的干涉图像的变化量反馈至处理模块，处理模块中设置有通过感应干涉条纹的光线强弱变化而计数的视频识别程序，进而可以直接将干涉条纹发生吞吐时的光线强弱转化为数字，即将观测单元中采集的视频信息转化为干涉图像变化量的具体数字，得到氯化钠液体在该浓度下干涉图像变化量的对应关系。

更换容器中氯化钠液体的溶度，重复上述步骤，获取不同浓度的氯化钠液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量，将获取到的不同浓度的氯化钠液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量，以及不同浓度的氯化钠液体进行汇总，建立氯化钠液体浓度-干涉图像变化量的对应关系，并将该对应关系存储在处理模块中。之后将氯化钠未知浓度的溶液，装入容器中，利用液体浓度测量系统测得干涉图像的变化量，便可根据处理模块中存储的氯化钠液体浓度-干涉图像变化量的对应关系，得到氯化钠液体的浓度。

图4是本发明实施例提供的一种氯化钙液体浓度-干涉图像变化量的对应关系图，参见图2和图4。首先配置0，0.0376g/ml，0.0755g/ml，0.1133g/ml，0.1510g/ml，0.2265g/ml，0.2643g/ml，0.3020g/ml，0.3020g/ml,0.3398g/ml，0.3776g/ml的氯化钙标准溶液，打开光源出射单元，出射激光光束，先移开扩束单元，容器中倒入氯化钠液体，第一探测光束在经过容器时光程会发生改变，首先将容器调至与第一反射模块平行的初始位置，之后通过处理模块来控制可转动的第一反射模块和/或第二反射模块的转动角度，以使第一探测光束与第二探测光束在探测接收模块上形成的两束光点重合，再将扩束单元转回，调节位置让激光光束穿过，探测接收模块上出现干涉条纹，调节完毕后，打开恒温箱开关，设定温度进行预热，本实验设置温度为25℃，关上箱门，转动测量模块通过处理模块输出的处理指令带动容器转动，以调节第一探测光束经过容器中氯化钙液体时的光程。随着容器转动，光程也随之改变，可以在探测接收模块上观察到干涉图像在缓慢吞吐。控制电机装置的运转时间，读出螺旋测微装置的前进距离L，结合转动装置中转动轴中心到螺旋测微装置测微头末端内侧的距离r，转动轴中心到联动杆表面的距离L₂，代入公式得到容器的偏转角度θ，期间通过观测单元采集干涉图像的变化量，并将采集到的干涉图像的变化量反馈至处理模块，处理模块中设置有通过感应干涉条纹的光线强弱变化而计数的视频识别程序，进而可以直接将干涉条纹发生吞吐时的光线强弱转化为数字，即将观测单元中采集的视频信息转化为干涉图像变化量的具体数字，得到氯化钙液体在该浓度下干涉图像变化量的对应关系。

更换容器中氯化钙液体的溶度，重复上述步骤，获取不同浓度的氯化钙液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量，将获取到的不同浓度的氯化钙液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量，以及不同浓度的氯化钙液体进行汇总，建立氯化钙液体浓度-干涉图像变化量的对应关系，并将该对应关系存储在处理模块中。之后将氯化钙未知浓度的溶液，装入容器中，利用液体浓度测量系统测得干涉图像的变化量，便可根据处理模块中存储的氯化钙液体浓度-干涉图像变化量的对应关系，得到氯化钙液体的浓度。

此外，该液体浓度测量系统还可以用于测量溶液不在同温度下的浓度，探究折射率与温度的关系，应用范围更加广泛。同样以氯化钠溶液为例。

配置设定浓度的氯化钠溶液，设置一系列恒温箱温度分别为0℃，5℃，20℃，25℃，30℃，倒入溶液，调试好液体浓度测量系统的光路后，关上箱门，预热到指定温度，转动测量模块通过处理模块输出的处理指令带动容器转动，以调节第一探测光束经过容器中氯化钠液体时的光程。随着容器转动，光程也随之改变，可以在探测接收模块上观察到干涉图像在缓慢吞吐，期间通过观测单元采集干涉图像的变化量，并将采集到的干涉图像的变化量反馈至处理模块，处理模块中设置有通过感应干涉条纹的光线强弱变化而计数的视频识别程序，进而可以直接将干涉条纹发生吞吐时的光线强弱转化为数字，即将观测单元中采集的视频信息转化为干涉图像变化量的具体数字，得到干涉图像的变化量，建立与温度的函数关系，即得到在不同温度下浓度与干涉图像变化量的函数，而干涉图像的变化量与折射率变化趋势一致，即可推导出折射率与温度的函数关系。在应用中可根据实际温度灵活调整恒温箱的温度，从而更好地解决实际问题。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种液体浓度测量系统，其特征在于，包括分光模块、容器、第一反射模块、第二反射模块、探测接收模块、转动测量模块和处理模块；

所述光源模块用于出射探测光束；

所述分光模块位于所述探测光束的传播路径上，用于将所述探测光束分束形成第一探测光束和第二探测光束；

所述容器用于盛放待探测液体，且所述容器位于所述第一探测光束的传播路径上；所述第一探测光束依次经待探测液体、所述第一反射模块反射以及所述分光模块透射后入射至所述探测接收模块；所述第二探测光束依次经所述第二反射模块反射以及所述分光模块反射后入射至所述探测接收模块；

所述转动测量模块与所述处理模块电连接，且与所述容器连接，用于根据所述处理模块输出的处理指令带动所述容器转动，以调节所述第一探测光束经过所述待探测液体的光程；

所述处理模块与所述探测接收模块电连接，用于根据所述探测接收模块中的干涉图像确定待探测液体的浓度。

2.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述液体浓度测量系统还包括补偿模块；所述补偿模块位于所述分光模块和所述第二反射模块之间的光路中，用于调节所述第二探测光束的光程。

3.根据权利要求2所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述分光模块与所述补偿模块平行设置，且与所述光源模块的出光方向相交设置；

所述分光模块与所述补偿模块的倾斜方向与所述光源模块的出光方向呈45°夹角。

4.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述转动测量模块包括螺旋测微装置、电机装置、联动杆和转动装置；

螺旋测微装置包括旋钮和测微头，电机装置包括转轴，所述旋钮与所述转轴啮合，所述测微头与所述联动杆的一侧固定，所述联动杆的另一侧与所述容器的表面固定；所述转动装置固定在所述第一反射模块和所述分光模块之间的光路中，所述转动装置包括转动轴，所述容器固定在所述转动轴上。

5.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述第一反射模块和/或所述第二反射模块可转动；

所述处理模块与可转动的所述第一反射模块和/或所述第二反射模块电连接，用于控制所述第一反射模块和/或所述第二反射模块的转动角度，以使所述第一探测光束与所述第二探测光束重合形成干涉图像。

6.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述光源模块包括光源出射单元和扩束单元；

所述光源出射单元用于出射激光光束；

所述扩束单元位于所述激光光束的传播路径上，用于对所述激光光束进行扩束形成所述探测光束。

7.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述探测接收模块包括接收成像单元和观测单元；

所述接收成像单元位于所述分光模块与所述观测单元之间的光路中，用于接收所述第一探测光束和所述第二探测光束并成像；

所述观测单元用于对所述第一探测光束和所述第二探测光束的干涉图像进行采集并反馈至所述处理模块。

8.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述分光模块包括分光板；

所述分光板包括分光板主体以及设置于所述分光板主体表面的半透半反膜。

9.根据权利要求1所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述液体浓度测量系统还包括恒温箱；所述光源模块、所述分光模块、所述容器、所述第一反射模块、所述第二反射模块、所述探测接收模块以及所述转动测量模块均位于所述恒温箱内。

10.一种液体浓度测量方法，应用于权利要求1-9任一项所述的液体浓度测量系统，其特征在于，所述液体浓度测量方法包括：

调节所述转动测量模块，确定所述容器的偏转角度；

获取干涉图像；

重复上述步骤，获取不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下的干涉图像的变化量；

根据不同浓度的待探测液体在同一偏转角度下对应的干涉图像的变化量，得到溶液浓度与干涉图像的变化量之间的对应关系；

根据所述对应关系，确定对应待探测液体的浓度。

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