CN219935668U - 基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置 - Google Patents
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Abstract
基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置，属于液体浓度检测技术领域，为了解决现有技术存在的问题，该装置结构为：测量吸收峰所在波长时，全光谱聚光灯、薄型透明液体容器、透射光栅和摄像头依次同轴设置在所述的暗箱中，的摄像头放置在主光轴最右侧，将通过主光轴的光所形成的像拍摄并传到电脑上，将拍摄下来的透射光的光谱与全光谱聚光灯的光谱灰度处理后进行对比定标，确定该溶液的吸收峰所在的波长；测量液体浓度时，在暗箱中，指定波长发生器、薄型透明液体容器、和正方形亚克力板自左向右依次同轴设置，四个光电三极管安装在正方形亚克力板的四角，四个光电三极管与单片机的四个引脚相连，单片机与电脑相连。该装置结构简单、成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及液体浓度检测技术领域，具体涉及一种基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置。
背景技术
液体浓度的测量在生物、化学、物理等研究领域具有广泛的应用。对于使用光学方法检测方面，现阶段绝大多数是利用商业购买的完备光谱仪进行光谱检测。
中国专利公开号为“CN213482064U”，专利名称为“基于微型光谱仪进行营养液浓度精准检测的信息采集设备”，该装置利用光谱仪对待测液体的光谱进行采集再通过吸收度进行浓度计算。该装置采用外购光谱仪，价格昂贵，使用单一，系统设计较为复杂，体积偏大。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术存在的外购光谱仪价格昂贵、测量溶液吸收度装置复杂的问题，提出一种基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置。
基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置，该装置包括：暗箱、全光谱聚光灯、薄型透明液体容器、透射光栅、摄像头、电脑、指定波长发生器、四个光电三极管、正方形亚克力板和单片机；
测量吸收峰所在波长时，所述全光谱聚光灯、薄型透明液体容器、透射光栅和摄像头依次同轴设置在所述的暗箱中，所述全光谱聚光灯放置在主光轴的最左侧，全光谱聚光灯的中心主光束透过装有待测液的薄型透明液体容器中心再经过透射光栅，将从溶液中透过的复色光分束为单色光形成光谱；所述的摄像头放置在主光轴最右侧，将通过主光轴的光所形成的像拍摄并传到电脑上，将拍摄下来的透射光的光谱与全光谱聚光灯的光谱灰度处理后进行对比定标，确定该溶液的吸收峰所在的波长；
测量液体浓度时，在暗箱中，指定波长发生器、薄型透明液体容器、和正方形亚克力板自左向右依次同轴设置，所述四个光电三极管安装在正方形亚克力板的四角，所述的四个光电三极管与单片机的四个引脚相连，所述单片机与电脑相连；配置出按梯度分布的同类型不同浓度的溶液；所述指定波长发生器发出与待测溶液吸收峰处的波长相同的光束，该光束透过薄型透明液体容器的中心，经过薄型透明液体容器的主光线照射在四个光电三极管的中心，在吸收峰的波长下，将配置出的按梯度分布的溶液依次放入空的薄型透明液体容器中，中心光束经过薄型透明液体容器将被吸收一部分，剩余透射出来的光将被四个光电三极管接收，并将光强信号转化为电信号传输给单片机；
所述单片机利用A/D转换将接收到的电信号转换为数值即为总光强和按梯度分布的透射光强的模拟数值，再通过串口将数值传输给电脑，将按梯度分布的透射光强的模拟数值除以总光强的模拟数值计算出按溶液浓度梯度分布的光透过比，根据溶液浓度与光透过比成线性关系，使用电脑中的matlab软件的曲线拟合工具箱cftool拟合出线性曲线，将待测溶液的光透过比带入线性曲线即可得出浓度。
所述单片机的型号为正点原子精英STM32开发版F103ZET6。
本实用新型的有益效果是：对比市场上价格昂贵且操作繁琐的光谱仪，该装置采用透射光栅以及摄像头自制简易光谱仪，可以有效降低成本并得到待测溶液地光谱图并获得吸收峰。利用光电三极管将光能转化为电能测量，精度将会大幅度提高。该装置光路简洁，最大程度的缩减了装置的大小。
附图说明
图1为本实用新型所述的基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置测量吸收峰所在波长时的结构图。
图2为本实用新型所述的基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置测量液体浓度时的结构图。
图3为本实用新型所述的基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置，其特征是，该装置包括：暗箱1、全光谱聚光灯2、薄型透明液体容器3、透射光栅4、摄像头5、电脑6、指定波长发生器7、四个光电三极管8、正方形亚克力板9和单片机10。
所述单片机10的型号为正点原子精英STM32开发版F103ZET6。
如图1所示，测量吸收峰所在波长时，所述全光谱聚光灯2、薄型透明液体容器3、透射光栅4和摄像头5依次同轴设置在所述的暗箱1中，所述全光谱聚光灯2放置在主光轴的最左侧，全光谱聚光灯2的中心主光束透过装有待测液的薄型透明液体容器3中心再经过透射光栅4，将从溶液中透过的复色光分束为单色光形成光谱；所述的摄像头5放置在主光轴最右侧，将通过主光轴的光所形成的像拍摄并传到电脑6上，将拍摄下来的透射光的光谱与全光谱聚光灯2的光谱灰度处理后进行对比定标，确定该溶液的吸收峰所在的波长。
如图2所示，测量液体浓度时，在暗箱1中，指定波长发生器7、薄型透明液体容器3、和正方形亚克力板9自左向右依次同轴设置，所述四个光电三极管8安装在正方形亚克力板9的四角，所述的四个光电三极管8与单片机10的四个引脚相连，单片机10与电脑相连；配置出按梯度分布的同类型不同浓度的溶液。
所述指定波长发生器7发出与待测溶液吸收峰处的波长相同的光束，该光束透过薄型透明液体容器3的中心，经过薄型透明液体容器3的主光线照射在四个光电三极管8的中心，在吸收峰的波长下，将配置出的按梯度分布的溶液依次放入空的薄型透明液体容器3中，中心光束经过薄型透明液体容器3将被吸收一部分，剩余透射出来的光将被四个光电三极管8接受，并将光强信号转化为电信号传输给单片机10；
所述单片机10利用A/D转换将接收到的电信号转换为数值即为总光强和按梯度分布的透射光强的模拟数值，再通过串口将数值传输给电脑6，将按梯度分布的透射光强的模拟数值除以总光强的模拟数值计算出按溶液浓度梯度分布的光透过比，根据溶液浓度与光透过比成线性关系，使用电脑6中的matlab软件的曲线拟合工具箱cftool拟合出线性曲线，将待测溶液的光透过比带入线性曲线即可得出浓度。
如图3所示，基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置的工作流程为：
步骤一、将全光谱聚光灯2、薄型透明液体容器3、透射光栅4、摄像头5依次同轴安置，薄型透明液体容器3中装为待测液体，打开全光谱聚光灯2照射薄型透明液体容器的3中心，透过待测溶液的光再经过透射光栅4的中心分束为单色光形成光谱由摄像头5拍摄，由摄像头5将通过主光轴的光所形成的像拍摄并传到电脑6上，灰度处理与全光谱定标后确定该溶液的吸收峰所在的波长；
步骤二、将全光谱聚光灯2换成指定波长发生器7，将所述的透射光栅4和摄像头5从取出，将已安装好四个光电三极管8的正方形亚克力板9安置在原有透射光栅4所在的位置上，配置出按梯度分布的同类型不同浓度的溶液。打开指定波长发生器7使其发出步骤一所确定的吸收峰所在的波长的光，将配置出的按梯度分布的溶液依次放入空的薄型透明液体容器3中，指定波长发生器7发出的光透过薄型透明液体容器的3中心，透射光被四个光电三极管8接收，四个光电三极管8将接收到的光能转化为电信号输送到单片机10，单片机10进行A/D转换得到光强模拟数值并将数据利用串口传递给电脑6，电脑6将按梯度分布的透射光强的模拟数值除以总光强的模拟数值计算出按溶液浓度梯度分布的光透过比，根据溶液浓度与光透过比成线性关系，使用电脑6中的matlab软件的曲线拟合工具箱cftool拟合出线性曲线，将待测溶液的光透过比带入线性曲线即可匹配出待测溶液浓度。
Claims (2)
1.基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置，其特征是，该装置包括：暗箱(1)、全光谱聚光灯(2)、薄型透明液体容器(3)、透射光栅(4)、摄像头(5)、电脑(6)、指定波长发生器(7)、四个光电三极管(8)、正方形亚克力板(9)和单片机(10)；
测量吸收峰所在波长时，所述全光谱聚光灯(2)、薄型透明液体容器(3)、透射光栅(4)和摄像头(5)依次同轴设置在所述的暗箱(1)中，所述全光谱聚光灯(2)放置在主光轴的最左侧，全光谱聚光灯(2)的中心主光束透过装有待测液的薄型透明液体容器(3)中心再经过透射光栅(4)，将从溶液中透过的复色光分束为单色光形成光谱；所述的摄像头(5)放置在主光轴最右侧，将通过主光轴的光所形成的像拍摄并传到电脑(6)上，将拍摄下来的透射光的光谱与全光谱聚光灯(2)的光谱灰度处理后进行对比定标，确定该溶液的吸收峰所在的波长；
测量液体浓度时，在暗箱(1)中，指定波长发生器(7)、薄型透明液体容器(3)、和正方形亚克力板(9)自左向右依次同轴设置，所述四个光电三极管(8)安装在正方形亚克力板(9)的四角，所述的四个光电三极管(8)与单片机(10)的四个引脚相连；配置出按梯度分布的同类型不同浓度的溶液；所述指定波长发生器(7)发出与待测溶液吸收峰处的波长相同的光束，该光束透过薄型透明液体容器(3)的中心，经过薄型透明液体容器(3)的主光线照射在四个光电三极管(8)的中心，在吸收峰的波长下，将配置出的按梯度分布的溶液依次放入空的薄型透明液体容器(3)中，中心光束经过薄型透明液体容器(3)将被吸收一部分，剩余透射出来的光将被四个光电三极管(8)接收，并将光强信号转化为电信号传输给单片机(10)；
所述单片机(10)利用A/D转换将接收到的电信号转换为数值即为总光强和按梯度分布的透射光强的模拟数值，再通过串口将数值传输给电脑(6)，电脑(6)将按梯度分布的透射光强的模拟数值除以总光强的模拟数值计算出按溶液浓度梯度分布的光透过比，根据溶液浓度与光透过比成线性关系，使用电脑(6)中的matlab软件的曲线拟合工具箱cftool拟合出线性曲线，将待测溶液的光透过比带入线性曲线即可得出浓度。
2.如权利要求1所述的基于吸收峰波长和光强分析的液体浓度测量装置，其特征在于，所述单片机(10)的型号为正点原子精英STM32开发版F103ZET6。
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