CN117309811A - 一种用于透明溶液的测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于透明溶液的测量装置及方法，包括光源系统；光源系统设置在透明水槽的侧边，透明水槽内盛有待测溶液；双面反射镜水平设置在透明水槽的底板上，单面反射镜设置在透明水槽内，并倾斜设置在双面反射镜的上方；其中，单面反射镜上设置有透光口；激光光束入射待测溶液并贯穿透光口以及经单面反射镜反射后，分别在双面反光镜上形成第一光点B和第二光点D；光点感应系统，用于采集并发送第一光点B的位置数据及第二光点D的位置数据至计算模块；计算模块，用于根据第一光点B的位置数据及第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率及浓度；本发明装置结构简单，成本低，无需进行繁琐的校准，计算过程简单，测量结果精度较高。

Description

一种用于透明溶液的测量装置及方法

技术领域

本发明属于液体物理参数测量技术领域，特别涉及一种用于透明溶液的测量装置及方法。

背景技术

在实际应用中，折射率和浓度作为反映溶液特性的重要参数，溶液的折射率和浓度测量被广泛应用于化学、生物、医学、环境保护及食品加工等领域；目前，针对溶液折射率的测量过程，主要采用迈克耳孙干涉仪、阿贝折射仪及牛顿环等厚干涉的方法进行测量；针对溶液浓度的测量过程，主要采用分光光度法、原子吸收光谱法、荧光光谱法、密度法、电导率法、电化学法及红外光谱法；但上述针对溶液折射率和浓度的方法，往往存在测量成本高，测量仪器的校准及结果处理过程繁琐，难以适应工业生产环境要求；例如：荧光光谱法是利用溶质特有的荧光发射特性来测量溶质浓度的一种方法，该方法具有灵敏度高、测量时间短等优点，但需要对荧光点进行还原处理，操作较为复杂；密度法是一种通过测量溶液密度来间接测量溶液浓度的方法，其简单易行，且测量误差较小，但需要进行密度校准等操作。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于透明溶液的测量装置及方法，以解决现有技术中针对溶液折射率和浓度的测量方法中存在测量成本高、测量仪器的校准及结果处理过程繁琐和难以适应工业生产环境要求的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供了一种用于透明溶液的测量装置，包括光源系统、透明水槽、单面反射镜、双面反射镜、光点感应系统及计算模块；

所述光源系统设置在所述透明水槽的侧边，用于向所述透明水槽内发射预设角度的激光光束；所述透明水槽内盛有待测溶液；所述双面反射镜水平设置在所述透明水槽的底板上，所述单面反射镜设置在所述透明水槽内，并倾斜设置在所述双面反射镜的上方；其中，所述单面反射镜上设置有透光口，所述透光口位于待测溶液的液面下方；所述激光光束入射待测溶液并贯穿所述透光口以及经所述单面反射镜反射后，分别在所述双面反光镜上形成第一光点B和第二光点D；

所述光点感应系统，用于采集并发送所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据至所述计算模块；所述计算模块，用于根据所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率；所述计算模块，还用于根据所述待测溶液的折射率或所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的浓度。

进一步的，所述光源系统包括光源支架及激光光源；所述光源支架竖向设置在所述透明水槽的侧边，并延伸至所述透明水槽的顶端上方；所述激光光源的角度可调节，并安装在所述光源支架的顶端；其中，所述激光光源用于向所述透明水槽内发射预设角度的激光光束。

进一步的，所述光点感应系统包括滑轨、滑块、测距仪、光电传感器、水平丝杆及丝杆驱动电机；

所述滑轨水平设置在所述透明水槽的底板下方，所述滑轨的上表面开设有滑槽；所述水平丝杆设置在所述滑槽内，并沿所述滑槽的轴向方向水平设置；所述滑块滑动设置在所述滑槽内，并套设在所述水平丝杆上；

所述测距仪固定在所述滑块的上端，所述光电传感器安装在所述测距仪的端部；其中，所述光电传感器用于触发所述测距仪执行测距操作，所述测距仪的输出端与所述计算模块的输入端相连；其中，所述测距仪执行测距操作时，用于采集并发送所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据至所述计算模块；所述丝杆驱动电机设置在所述滑轨的端部，所述丝杆驱动电机的输出端与所述水平丝杆的端部相连，用于驱动所述水平丝杆绕其自身轴线水平旋转。

进一步的，所述计算模块，包括数据处理器、折射率显示屏及浓度显示屏；所述数据处理器的输入端与所述光点感应系统的输出端相连，所述数据处理器的第一输出端与所述折射率显示屏的输入端相连，所述数据处理器的第二输出端与所述浓度显示屏的输入端相连。

进一步的，所述计算模块还包括数据接口；所述数据接口与所述数据处理器的第三输出端相连，所述数据接口用于通过数据传输线与外接设备相连。

进一步的，还包括反射镜调节系统；所述反射镜调节系统，用于调节所述单面反射镜的倾斜角度。

进一步的，所述反射镜调节系统包括蜗杆、蜗轮、丝杆螺母、竖向丝杆、反射镜支架及直杆；

所述蜗杆水平设置在所述透明水槽的下方，所述蜗轮水平设置在所述蜗杆的侧边；其中，所述蜗杆与所述蜗轮配合相连；所述竖向丝杆的下端竖直穿设在所述蜗轮的中心，所述丝杆螺母套设在所述竖向丝杆上，且所述丝杆螺母的下端面与所述蜗轮的上端面相连；

所述竖向丝杆的上端竖直向上延伸，并依次贯穿所述透明水槽的底板及所述双面反射镜；所述直杆同轴设置在所述竖向丝杆的顶端，所述反射镜支架水平设置在所述直杆上并置于所述单面反射镜的下方。

本发明还提供了一种用于透明溶液的测量方法，利用所述的一种用于透明溶液的测量装置；其中，所述用于透明溶液的测量方法包括折射率测量步骤；

所述折射率测量步骤，具体如下：

在未加入待测溶液之前，开启光源系统，获取激光光束的入射角；

在透明水槽中加入待测溶液，保持光源系统发射的激光光束的入射角不变，重新开启光源系统，调节单面反射镜的倾斜角度，以使第二光点D位于所述光点感应系统的测量范围内，并记录所述单面反射镜与双面反射镜之间的夹角；

获取第一光点B的位置数据和第二光点D的位置数据；

根据所述激光光束的入射角、所述单面反射镜与双面反射镜之间的夹角、所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率。

进一步的，还包括浓度测量步骤：其中，所述浓度测量步骤，具体如下：

根据所述折射率测量步骤，获取纯溶剂的折射率；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得不同浓度的新溶液；

按照所述折射率测量步骤，对不同浓度的新溶液的折射率进行测量；

根据不同浓度的新溶液的折射率测量结果以及纯溶剂的折射率，拟合出浓度与折射率的关系公式；

根据所述折射率测量步骤，对待测溶液的折射率进行测量；

将所述待测溶液的折射率，代入所述浓度与折射率的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

进一步的，还包括浓度测量步骤：其中，所述浓度测量步骤，具体如下：

根据所述折射率测量步骤，获取纯溶剂对应的第二光点D的位置数据；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得不同浓度的新溶液；

按照所述折射率测量步骤，获取不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据；

根据不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据以及纯溶剂对应的第二光点D的位置数据，拟合出浓度与第二光点D位置的关系公式；

按照所述折射率测量步骤，获取待测溶液对应的第二光点D的位置数据；

将待测溶液对应的第二光点D的位置数据，代入浓度与第二光点D位置的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种用于透明溶液的测量装置及方法，通过在透明水槽中设置单面反射镜和双面反射镜，利用光源系统向透明水槽中的待测溶液发射激光光束，利用光点感应系统获取光束在双面反射镜上的光点位置数据，并通过计算模块基于光点位置数据计算待测溶液的折射率和浓度，装置结构简单，成本低，无需进行繁琐的校准，计算过程简单，且测量结果精度较高；其次，待测溶液无需与其他物理介质进行接触，减少了待测溶液被污染的风险，实现非破坏性测量的目标，操作方便，能够满足不同条件下的溶液测量需求，适用于工业生产环境的测量。

进一步的，通过设置光源系统和反射镜调节系统，实现对激光光束的入射角及单面反射镜的调节，满足对不同待测溶液的测量需求，提高了测量装置的适用范围。

附图说明

图1为本发明所述的用于透明溶液的测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明中反射镜角度调节系统的透视图；

图3为本发明中光点感应测距系统的透视图；

图4为本发明中在透明水槽中加入待测溶液后激光光束的光路图；

图5为本发明中激光光束的入射角计算原理示意图；

图6为本发明中光点位置计算原理示意图。

其中，1光源系统，2透明水槽，3单面反射镜，4双面反射镜，5反射镜调节系统，6光点感应系统，7计算模块，8底座；101光源支架，102激光光源；301透光口；501蜗杆，502蜗轮，503丝杆螺母，504竖向丝杆，505反射镜支架，506直杆，507角度调节旋钮；601滑轨，602滑块，603测距仪，604光电传感器，605水平丝杆，606丝杆驱动电机，607电机开关；701数据处理器，702折射率显示屏，703浓度显示屏，704数据接口。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1-3所示，本发明提供了一种用于透明溶液的测量装置，用于透明溶液的折射率或浓度测量过程；其中，所述用于透明溶液的测量装置，包括光源系统1、透明水槽2、单面反射镜3、双面反射镜4、反射镜调节系统5、光点感应系统6、计算模块7及底座8。

所述透明水槽2内盛有待测溶液，所述透明水槽2安装在所述底座8上，所述透明水槽2为上端开口的长方体型水槽结构；优选的，所述透明水槽2采用透明玻璃制作而成；所述光源系统1设置在所述透明水槽2的第一短边侧，用于向所述透明水槽2内发射预设角度的激光光束；所述双面反射镜4水平设置在所述透明水槽2的底板上，所述单面反射镜3设置在所述透明水槽2内，并倾斜设置在所述双面反射镜4的上方；具体的，所述单面反射镜3的下端与所述透明水槽2的第一短边侧底边接触，所述单面反射镜3的上端朝所述透明水槽2的第二短边侧顶边方向延伸。

本发明中，所述光源系统1包括光源支架101及激光光源102；所述光源支架101竖向设置在所述透明水槽2的第一短边侧，并延伸至所述透明水槽2的顶端上方；所述激光光源102的角度可调节，并安装在所述光源支架101的顶端；所述激光光源102，用于向所述透明水槽2内发射预设角度的激光光束；其中，将所述激光光源102角度可调节的安装在光源支架101的顶端，能够实现对激光光源102的偏转角度进行调节，进而实现调节激光光束入射待测溶液的入射角。

本发明中，所述单面反射镜3上设置有透光口301，所述透光口301位于待测溶液的液面下方；其中，所述激光光束入射待测溶液并穿过所述透光口301后以及被所述单面反射镜3反射后，分别在所述双面反光镜4上形成第一光点B和第二光点D；具体的，所述激光光束入射待测溶液后形成折射光束，所述折射光束贯穿所述透光口301后在所述双面反射镜4上形成第一光点B，并经所述双面反射镜4反射形成第一反射光束；所述第一反射光束经所述单面反射镜3的下表面反射形成第二反射光束，第二反射光束在所述双面反射镜4上形成第二光点D，如附图4所示；需要说明的是，通过设置带有透光口301的单面反射镜作为上反射镜，能够减少激光光束的光强因上下双反射镜多次反射或折射的损失；通过设置双面反射镜作为下反射镜，便于光点感应系统6对所述第一光点B和所述第二光点D的进行探测；利用所述单面反射镜3和所述双面反射镜4组合形成光线反射系统，实现逐步放大折射光线落到透明水槽底板上的光点间距离，以减少折射率和浓度测量的误差。

本发明中，所述反射镜调节系统5设置在所述底座8上，并延伸至所水透明水槽2内；所述反射镜调节系统5，用于调节所述单面反射镜3的倾斜角度；其中，利用反射镜调节系统5对所述单面反射镜3的倾斜角度的调节，实现对所述单面反射镜3与所述双面反射镜4之间夹角的调节，进而实现对装置测量量程的调节控制，以满足对不同溶液的测量需求。

具体的，所述反射镜调节系统5包括蜗杆501、蜗轮502、丝杆螺母503、竖向丝杆504、反射镜支架505、直杆506及角度调节旋钮507；所述蜗杆501水平设置在所述透明水槽2的下方，并置于所述底座8内；所述蜗轮502水平设置在所述蜗杆501的侧边；其中，所述蜗杆501与所述蜗轮502配合相连，且所述蜗轮502的转动轴线为竖直方向；所述竖向丝杆504的下端竖直穿设在所述蜗轮502的中心，所述丝杆螺母503套设在所述竖向丝杆504上，且所述丝杆螺母503的下端面与所述蜗轮502的上端面相连；所述竖向丝杆504的上端竖直向上延伸，并依次贯穿所述透明水槽2的底板及所述双面反射镜4；其中，所述竖向丝杆504与所述透明水槽2的底板之间密封相连；所述直杆506同轴设置在所述竖向丝杆504的顶端，所述反射镜支架505水平设置在所述直杆506上并置于所述单面反射镜3的下方；所述角度调节旋钮507设置在所述蜗杆501的端部，用于驱动所述蜗杆501绕其自身轴线水平旋转；其中，所述角度调节旋钮507的一端与所述蜗杆501的端部相连，所述角度旋钮507的另一端延伸至所述底座8的外侧，并置于所述底座8的前端右下角部位。

所述反射镜调节系统5工作时，通过旋拧所述角度调节旋钮507，所述角度调节旋钮507旋转时带动同轴设置的所述蜗杆501转动；利用所述蜗轮502与所述蜗杆501的配合关系，进而带动所述蜗轮502水平旋转；所述蜗轮502水平旋转时，利用所述丝杆螺母503驱动所述竖向丝杆504竖直上下移动；通过所述竖向丝杆504竖直上下移动，带动水平安装在直杆506上的反射镜支架505竖直上下移动，进而实现对所述单面反射镜3倾斜角度的调节。

本发明中，所述光点感应系统6设置在所述底座8的顶面上，用于采集并发送所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据至所述计算模块7；其中，所述光点感应系统6包括滑轨601、滑块602、测距仪603、光电传感器604、水平丝杆605、丝杆驱动电机606及电机开关607。

所述滑轨601水平设置在所述透明水槽2的底板下方，所述滑轨601的上表面开设有滑槽；所述水平丝杆605设置在所述滑槽内，并沿所述滑槽的轴向方向水平设置；所述滑块602滑动设置所述滑槽内，并套设在所述水平丝杆605上；所述测距仪603固定在所述滑块602的上端，所述光电传感器604安装在所述测距仪603的端部；其中，所述光电传感器604用于触发所述测距仪603执行测距操作，所述测距仪603的输出端与所述计算模块7的输入端相连；其中，所述测距仪603执行测距操作时，用于采集并发送所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据至所述计算模块7；所述丝杆驱动电机606设置在所述滑轨601的端部，所述丝杆驱动电机606的输出端与所述水平丝杆605的端部相连，用于驱动所述水平丝杆605绕其自身轴线水平旋转；所述电机开关607设置在所述底座8的右侧面上，所述电机开关607与所述丝杆驱动电机606的控制端相连，用于开启或关闭所述丝杆驱动电机606。

所述光点感应系统6工作时，通过所述电机开关607开启所述丝杆驱动电机606，所述丝杆驱动电机606带动所述水平丝杆605绕其自身轴线旋转；所述水平丝杆605水平旋转时，带动所述滑块602沿所述滑槽水平滑动，进而带动其上的测距仪603水平移动；所述测距仪603水平移动时，其上的光电传感器604感应到第一光电B和第二光电D时，触发所述测距仪603执行测距操作，以实现利用测距仪603对所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据进行采集。

所述计算模块7设置在所述底座8中，用于根据所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率；所述计算模块7，还用于根据所述待测溶液的折射率或所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的浓度。

具体的，所述计算模块7，包括数据处理器701、折射率显示屏702及浓度显示屏703；所述数据处理器701的输入端与所述光点感应系统6的输出端相连，所述数据处理器701的第一输出端与所述折射率显示屏702的输入端相连，所述数据处理器701的第二输出端与所述浓度显示屏703的输入端相连；其中，所述折射率显示屏702，用于显示待测溶液的折射率测量计算结果；所述浓度显示屏703，用于显示待测溶液的浓度测量计算结果；具体的，所述折射率显示屏702及所述浓度显示屏703均设置在所述底座8的前端面上；所述数据接口704与所述数据处理器701的第三输出端相连，所述数据接口704用于通过数据传输线与外接设备相连；其中，所述外接设备，用于向所述数据处理器701中传输预设数据或用于将所述数据处理器701的计算结果进行导出存储；例如，数据键入设备或数据存储设备。

本发明还提供了一种用于透明溶液的测量方法，包括折射率测量步骤和浓度测量步骤；

其中，所述折射率测量步骤，具体如下：

在未加入待测溶液之前，开启光源系统1，获取激光光束的入射角；

在透明水槽2中加入待测溶液，保持光源系统1发射的激光光束的入射角不变，重新开启光源系统1，调节单面反射镜3的倾斜角度，以使第二光点D位于所述光点感应系统6的测量范围内，并记录所述单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角；

获取第一光点B的位置数据和第二光点D的位置数据；

根据所述激光光束的入射角、所述单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角、所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率。

所述浓度测量步骤，具体如下：

根据所述折射率测量步骤，获取纯溶剂的折射率；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得不同浓度的新溶液；

按照所述折射率测量步骤，对不同浓度的新溶液的折射率进行测量；

根据不同浓度的新溶液的折射率测量结果以及纯溶剂的折射率，拟合出浓度与折射率的关系公式；

按照所述折射率测量步骤，对待测溶液的折射率进行测量；

将所述待测溶液的折射率，代入所述浓度与折射率的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

需要说明的是，本发明还提供了另一种浓度测量步骤的实现方式，具体如下：

根据所述折射率测量步骤，获取纯溶剂对应的第二光点D的位置数据；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得不同浓度的新溶液；

按照所述折射率测量步骤，获取不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据；

根据不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据以及纯溶剂对应的第二光点D的位置数据，拟合出浓度与第二光点D位置的关系公式；

按照所述折射率测量步骤，获取待测溶液对应的第二光点D的位置数据；

将待测溶液对应的第二光点D的位置数据，代入浓度与第二光点D位置的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

测量原理说明：

本发明中，通过在透明水槽的底板上设置双面反射镜，并在双面反射镜的上方倾斜设置单面反射镜；利用激光光源向所述透明水槽内发射激光光束，当激光光束从单面反射镜的透光口射入，经双面反射镜反射并形成光点，之后光束在单面反射镜与双面反射镜之间二次反射，形成一系列光点；利用光点感应系统测量光点到水槽侧壁的距离，即可获得光点的位置数据，进而计算出溶液的折射率；测量溶液的浓度时，通过浓度和折射率关系或浓度和第二光点D位置关系进行计算；为了方便调节测量量程，通过设置反射镜角度调节系统，实现将单面反射镜与双面反射镜的夹角通过调节旋钮进行调节。

具体的，利用本发明所述的用于透明溶液的测量装置，对某一溶液的折射率进行测量时，具体如下：

步骤1、将所述透明溶液的测量装置放置在水平台面上，调节光源支架101的位置，以使激光光源102位于透明水槽的第一短边侧的竖直上方；接着调节激光光源102的角度，以使激光光源102发射的激光光束与竖直方向的夹角大致为45°。

步骤2、固定激光光源102的角度不变，在未倒入待测溶液之前，开启激光光源102，获取激光光束的入射角α；其中，所述激光光束的入射角α的获取过程具体如下：

利用所述光点感应系统6，对激光光束第一次到达所述双面反射镜上的光点位置数据进行采集，即对未倒入待测溶液前的第一光点B的位置数据进行采集；其中，未倒入待测溶液前，第一光点B的位置数据采用第一光点B到所述透明水槽2的侧壁之间的距离进行表征；

获取激光光源102与所述双面反射镜4之间的距离；

根据第一光点B到所述透明水槽2的侧壁之间的距离和激光光源102与所述双面反射镜4之间的距离，计算得到所述激光光束的入射角α，如附图5所示；其中，所述激光光束的入射角α为：

其中，N为第一光点B到所述透明水槽2的侧壁之间的距离；M为激光光源102与所述双面反射镜4之间的距离。

步骤3、在所述透明水槽2中加入待测溶液至预设的标定水位线位置，重新开启所述激光光源102；观察激光光束第二次到达所述双面反射镜上的光点位置，是否超出所述双面反射镜的范围；即，对所述第二光点D的位置进行观察，观察其是否超出所述光点感应系统6的测量范围；若是，则利用反射镜调节系统5对所述单面反射镜3的倾斜角度进行调节，以使所述第二光点D的位置位于所述光点感应系统6的测量范围；并记录所述单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角。

需要说明的是，可通过设置光点位置的测量量程，固定激光光束的入射角α和所述单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角，并将激光光束的入射角α、所述单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角通过外接设备设置在数据处理器701中，即无需在使用过程中对上述参数进行重复测量。

步骤4、利用所述光点感应系统6，对加入待测溶液后的第一光点B的位置数据和第二光点D的位置数据进行采集；其中，加入待测溶液后的第一光点B的位置数据采用第一光点B到所述透明水槽2的侧壁之间的距离进行表示，加入待测溶液后的第二光点D的位置数据采用第二光点D到所述透明水平槽2的侧壁之间的距离进行表示，如附图6所示。

步骤5、根据所述激光光束的入射角α、所述单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角、加入待测溶液后的第一光点B的位置数据和第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率；其中，所述待测溶液的折射率n为：

其中，β为激光光束的折射角；θ为单面反射镜3与双面反射镜4之间的夹角；x为加入待测溶液后的第一光点B的位置数据，即第一光点B到所述透明水槽2的侧壁之间的距离；y为加入待测溶液后的第二光点D的位置数据，即第二光点D到所述透明水槽2的侧壁之间的距离；ε为中间变量。

利用本发明所述的用于透明溶液的测量装置，对某一溶液的浓度进行测量时，其中一种实现方式具体如下：

步骤a、利用上述对待测溶液的折射率测量步骤，获取纯溶剂的折射率；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同。

步骤b、配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得五种不同浓度的新溶液；其中，稀释过程中，按体积比计，试验溶液与加入溶剂量分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3进行稀释。

步骤c、利用上述对待测溶液的折射率测量步骤，对上述五种不同浓度的新溶液的折射率进行测量计算。

步骤d、根据五种不同浓度的新溶液的折射率测量结果以及纯溶剂的折射率，拟合出浓度与折射率的关系公式。

需要说明的是，对于常见的待测溶液，将预先拟合得到的浓度与折射率的关系公式通过外接设备内置于数据处理器701中，即可在实际使用时无需每次重复进行步骤a-d的操作。

步骤e、按照所述折射率测量步骤，对待测溶液的折射率进行测量。

步骤f、将所述待测溶液的折射率代入所述浓度与折射率的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

利用本发明所述的用于透明溶液的测量装置，对某一溶液的浓度进行测量时，其中另一种实现方式具体如下：

步骤A、根据上述对待测溶液的折射率测量步骤，获取纯溶剂对应的第二光点D的位置数据；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

步骤B、配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得五种不同浓度的新溶液；其中，稀释过程中，按体积比计，试验溶液与加入溶剂量分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3进行稀释。

步骤C、按照上述对待测溶液的折射率测量步骤，获取上述五种不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据。

步骤D、根据上述五种不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据以及纯溶剂对应的第二光点D的位置数据，拟合出浓度与第二光点D位置的关系公式。

需要说明的是，对于常见的待测溶液，将预先拟合得到的浓度与第二光点D位置的关系公式通过外接设备内置于数据处理器701中，即可在实际使用时无需每次重复进行步骤A-D的操作。

步骤E、按照所述折射率测量步骤，获取待测溶液对应的第二光点D的位置数据。

步骤F、将加入待测溶液时对应的第二光点D的位置数据，代入浓度与第二光点D位置的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

需要说明的是，在实际浓度测量过程中，可通过外接设备连接数据处理器701进行选择上述两种浓度测量方法中的一种，或依次采用上述两种浓度测量方法进行计算，并取上述两种浓度测量结果的平均值。

本发明所述的用于透明溶液的测量装置及方法，能够实现透明溶液的折射率和浓度的快速准确测量；其中，激光光源发出的激光光束以可调的入射角进入盛有待测溶液的透明水槽中，经过单面反射镜和双面反射镜的两次反射，形成第一光点B和第二光点D；利用光点感应系统对第一光点B和第二光点D的位置数据进行采集，并传输至计算系统，进而计算出待测溶液的折射率和浓度；其中，利用带有透光口的单面反射镜和双面反射镜组成的劈尖形结构，用于逐步放大折射光线落到底面光点间的距离，通过多重反射光线放大提高折射率和浓度测量的精度，该装置具有结构简单、使用方便、价格低廉、可用于腐蚀性溶液测量等优点。

本发明所述的测量装置及方法，具有测量成本低、高精度、非破坏性测量、易于使用、适用于特殊测量环境及多功能的特点，能够实用且经济高效的在各种工业环境下测量溶液的折射率和浓度；其有潜力提高质量控制流程和化学、食品制造、制药等领域的研发活动的效率和准确性；具体的，通过使用透明玻璃水槽和简单的光学元件，如反射镜和光源，该发明提供了一种低成本的方法，可以准确测量溶液的折射率；通过使用多个光点和精确的测距系统，可以准确测量溶液的折射率；无需对被测溶液进行任何物理接触，从而减少了污染的风险，并允许进行重复测量；装置相对简单易操作，不需要过多的培训或技术专业知识，因此可以被更广泛的用户所使用；装置所用材料能够耐受腐蚀和高温等特殊环境，因此适用于需要在这些条件下进行溶液测量的各种工业领域；装置无需限定特定类型的溶液或应用领域，因此相同的方法可以用于不同行业的各种类型溶液的折射率测量。

上述实施例仅仅是能够实现本发明技术方案的实施方式之一，本发明所要求保护的范围并不仅仅受本实施例的限制，还包括在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化、替换及其他实施方式。

Claims (10)

1.一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，包括光源系统(1)、透明水槽(2)、单面反射镜(3)、双面反射镜(4)、光点感应系统(6)及计算模块(7)；

所述光源系统(1)设置在所述透明水槽(2)的侧边，用于向所述透明水槽(2)内发射预设角度的激光光束；所述透明水槽(2)内盛有待测溶液；所述双面反射镜(4)水平设置在所述透明水槽(2)的底板上，所述单面反射镜(3)设置在所述透明水槽(2)内，并倾斜设置在所述双面反射镜(4)的上方；其中，所述单面反射镜(3)上设置有透光口(301)，所述透光口(301)位于待测溶液的液面下方；所述激光光束入射待测溶液并贯穿所述透光口(301)以及经所述单面反射镜(3)反射后，分别在所述双面反光镜(4)上形成第一光点B和第二光点D；

所述光点感应系统(6)，用于采集并发送所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据至所述计算模块(7)；所述计算模块(7)，用于根据所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率；所述计算模块(7)，还用于根据所述待测溶液的折射率或所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的浓度。

2.根据权利要求1所述的一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，所述光源系统(1)包括光源支架(101)及激光光源(102)；所述光源支架(101)竖向设置在所述透明水槽(2)的侧边，并延伸至所述透明水槽(2)的顶端上方；所述激光光源(102)的角度可调节，并安装在所述光源支架(101)的顶端；其中，所述激光光源(102)用于向所述透明水槽(2)内发射预设角度的激光光束。

3.根据权利要求1所述的一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，所述光点感应系统(6)包括滑轨(601)、滑块(602)、测距仪(603)、光电传感器(604)、水平丝杆(605)及丝杆驱动电机(606)；

所述滑轨(601)水平设置在所述透明水槽(2)的底板下方，所述滑轨(601)的上表面开设有滑槽；所述水平丝杆(605)设置在所述滑槽内，并沿所述滑槽的轴向方向水平设置；所述滑块(602)滑动设置在所述滑槽内，并套设在所述水平丝杆(605)上；

所述测距仪(603)固定在所述滑块(602)的上端，所述光电传感器(604)安装在所述测距仪(603)的端部；其中，所述光电传感器(604)用于触发所述测距仪(603)执行测距操作，所述测距仪(603)的输出端与所述计算模块(7)的输入端相连；其中，所述测距仪(603)执行测距操作时，用于采集并发送所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据至所述计算模块(7)；所述丝杆驱动电机(606)设置在所述滑轨(601)的端部，所述丝杆驱动电机(606)的输出端与所述水平丝杆(605)的端部相连，用于驱动所述水平丝杆(605)绕其自身轴线水平旋转。

4.根据权利要求1所述的一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，所述计算模块(7)，包括数据处理器(701)、折射率显示屏(702)及浓度显示屏(703)；所述数据处理器(701)的输入端与所述光点感应系统(6)的输出端相连，所述数据处理器(701)的第一输出端与所述折射率显示屏(702)的输入端相连，所述数据处理器(701)的第二输出端与所述浓度显示屏(703)的输入端相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，所述计算模块(7)还包括数据接口(704)；所述数据接口(704)与所述数据处理器(701)的第三输出端相连，所述数据接口(704)用于通过数据传输线与外接设备相连。

6.根据权利要求1所述的一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，还包括反射镜调节系统(5)；所述反射镜调节系统(5)，用于调节所述单面反射镜(3)的倾斜角度。

7.根据权利要求6所述的一种用于透明溶液的测量装置，其特征在于，所述反射镜调节系统(5)包括蜗杆(501)、蜗轮(502)、丝杆螺母(503)、竖向丝杆(504)、反射镜支架(505)及直杆(506)；

所述蜗杆(501)水平设置在所述透明水槽(2)的下方，所述蜗轮(502)水平设置在所述蜗杆(501)的侧边；其中，所述蜗杆(501)与所述蜗轮(502)配合相连；所述竖向丝杆(504)的下端竖直穿设在所述蜗轮(502)的中心，所述丝杆螺母(503)套设在所述竖向丝杆(504)上，且所述丝杆螺母(503)的下端面与所述蜗轮(502)的上端面相连；

所述竖向丝杆(504)的上端竖直向上延伸，并依次贯穿所述透明水槽(2)的底板及所述双面反射镜(4)；所述直杆(506)同轴设置在所述竖向丝杆(504)的顶端，所述反射镜支架(505)水平设置在所述直杆(506)上并置于所述单面反射镜(3)的下方。

8.一种用于透明溶液的测量方法，其特征在于，利用如权利要求1-7任意一项所述的一种用于透明溶液的测量装置；其中，所述用于透明溶液的测量方法包括折射率测量步骤；

所述折射率测量步骤，具体如下：

在未加入待测溶液之前，开启光源系统(1)，获取激光光束的入射角；

在透明水槽(2)中加入待测溶液，保持光源系统(1)发射的激光光束的入射角不变，重新开启光源系统(1)，调节单面反射镜(3)的倾斜角度，以使第二光点D位于所述光点感应系统(6)的测量范围内，并记录所述单面反射镜(3)与双面反射镜(4)之间的夹角；

获取第一光点B的位置数据和第二光点D的位置数据；

根据所述激光光束的入射角、所述单面反射镜(3)与双面反射镜(4)之间的夹角、所述第一光点B的位置数据及所述第二光点D的位置数据，计算得到待测溶液的折射率。

9.根据权利要求8所述的一种用于透明溶液的测量方法，其特征在于，还包括浓度测量步骤：其中，所述浓度测量步骤，具体如下：

根据所述折射率测量步骤，获取纯溶剂的折射率；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得不同浓度的新溶液；

按照所述折射率测量步骤，对不同浓度的新溶液的折射率进行测量；

根据不同浓度的新溶液的折射率测量结果以及纯溶剂的折射率，拟合出浓度与折射率的关系公式；

根据所述折射率测量步骤，对待测溶液的折射率进行测量；

将所述待测溶液的折射率，代入所述浓度与折射率的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。

10.根据权利要求8所述的一种用于透明溶液的测量方法，其特征在于，还包括浓度测量步骤：其中，所述浓度测量步骤，具体如下：

根据所述折射率测量步骤，获取纯溶剂对应的第二光点D的位置数据；其中，所述纯溶剂为溶质浓度为零的溶液，且与待测溶液的溶剂相同；

配制与待测溶液成分相同的溶液，获得试验溶液；并在所述试验溶液中加入不同量的相同溶剂进行稀释，获得不同浓度的新溶液；

按照所述折射率测量步骤，获取不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据；

根据不同浓度的新溶液对应的第二光点D的位置数据以及纯溶剂对应的第二光点D的位置数据，拟合出浓度与第二光点D位置的关系公式；

按照所述折射率测量步骤，获取待测溶液对应的第二光点D的位置数据；

将待测溶液对应的第二光点D的位置数据，代入浓度与第二光点D位置的关系公式，计算得到待测溶液的浓度。