[发明专利]基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种液体浓度测量方法。本发明也涉及一种液体浓度测量装 置。

背景技术

在石油、化工、冶金、食品、医药等工业领域均需要对溶液浓度进行测量。 传统的液体浓度光学测量方法中，如阿贝折射仪测量范围相对较小，且不能实现在 线与自动测量；而用旋光仪测浓度，只适用于旋光性的溶液，也无法实现在线与自 动测量，由于要靠人眼来判断三分视场的亮度是否相同，容易产生较大的误差。

随着现代光学技术与光电子技术的进步，电荷耦器件的精密制造技术及性能 得到了快速发展。这使得利用线阵CCD的高分辨力测量液体折射率变化成为可 能，并为液体浓度的测量提供了新的手段。

目前基于CCD的液体浓度测量方法主要有：一、基于线阵CCD的光学折射 法：该方法的实现原理是让一束平行光斜入射到装有待测溶液的矩形玻璃的一个 侧面，并从另一面射出，由CCD接收。出射光与入射光平行但不在同一直线上， 即出射光相对于入射光有一侧向位移。由于溶液折射率受浓度变化影响，导致这 一侧向位移随液体浓度的改变而变化。因此，可以根据位移量测出液位。这种方 法采用LED作为光源，玻璃和液体不能过厚，否则减弱光信号，且灵敏度不高， 入射角的变化增加测量误差。二、基于线阵CCD的棱镜最小偏向角法：该方法 的实现原理是将溶液盛入空心三棱镜中，一束激光入射到三棱镜上，从另一面出 射的光相对于入射光有一偏向角，记录出射光在满足最小偏向角情况下在CCD 上成像的位置。当溶液浓度发生变化时，液体折射率改变，进而导致最小偏向角 改变，在CCD上的成像出现位移。通过测量最小偏向角与浓度之间的关系，用 查表方式可以测出液体浓度。该方法将最小偏向角与浓度之间的关系近似为线性 进行拟合，且在测量偏向角时误差较大，易受外界环境影响，灵敏度不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量便捷、稳定度高、易于补偿、测量误差小的 基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法。本发明的目的还在于提供 一种本发明的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法的专用装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量方法为：

采用由一块底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体与密闭于箱体中的激光束光 源、线阵CCD及其处理电路构成的测量装置，将该测量装置浸于待测液体中， 其中梯形玻璃体完全浸在液体中，线阵CCD嵌于密闭箱体一侧面上的开槽中， 并对开槽与线阵CCD的缝隙实行密封，光源发射出的光束正对于梯形玻璃体的 楔形槽豁口中央，豁口宽度为平行光束宽度的2倍，梯形玻璃体上下表面镀膜并 产生平面镜效果，固定于箱体下方，并使上下表面平行于线阵CCD表面，线阵 CCD的长度不小于梯形玻璃体的长度；光源发出的平行光速透过液体入射到玻 璃体的楔形槽正中位置处，均匀分布于楔形槽豁口的左右两平面上，两楔形面上 的光束发生折射而被分成左右两束并射入梯形玻璃体内部，两束光在梯形玻璃体 内部经过多次反射之后在玻璃体的两梯形斜面处再次发生折射，两束折射光透过 液体射到线性CCD上；当液体浓度改变时，折射角发生变化，使得光束在玻璃 内部的反射角也相应发生变化，在线性CCD上两束光的像斑间距随之发生变化， 利用两像斑间距的变化情况获得液体浓度信息。

本发明的基于CCD和梯形玻璃体的差分式溶液浓度测量装置的组成包括一 块底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体与密闭于箱体中的激光束光源、线阵CCD 及其处理电路，测量装置浸于待测液体中，其中梯形玻璃体完全浸在液体中，线 阵CCD嵌于密闭箱体一侧面上的开槽中，并对开槽与线阵CCD的缝隙实行密封， 光源发射出的光束正对于梯形玻璃体的楔形槽豁口中央，豁口宽度为平行光束宽 度的2倍，梯形玻璃体上下表面镀膜并产生平面镜效果，固定于箱体下方，并使 上下表面平行于线阵CCD表面，线阵CCD的长度不小于梯形玻璃体的长度。

所述的处理电路包括线阵CCD驱动电路、数据采集与处理电路、数据传输 电路以及激光束光源驱动电路。

所述的光源为激光二极管。

梯形玻璃体与激光二极管光源固定于密闭箱体下方并与箱体合为一体。

梯形玻璃体与激光二极管光源单独放置固定于密闭箱体下方。

所述的底面开有楔形槽豁口的梯形玻璃体是一等腰梯形或由等腰梯形构成 的光学玻璃体，其上的楔形槽的两个斜面分别与梯形玻璃体上与之相隔的斜面平 行。