[发明专利]基于玻璃合成体和线阵CCD的液体浓度测量装置及方法

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。具体地说是一种基于玻璃合成体和线阵CCD的液体浓度光学测量方法及测量装置。

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。三、基于线阵CCD的等腰梯形测量方法：该方法的实现原理是以激光作为光源，入射光透过液体射入梯形玻璃合成体的一端，在玻璃内部经过多次的反射之后从另一端射出，再透过液体由CCD接收。由于液体浓度与折射率相关，当浓度变化时，入射光的折射角发生变化，导致光束在玻璃内部的反射角随之变化，进而使得从玻璃另一端出射的光束在CCD上光斑发生位移。因此，CCD上光斑便可与液体浓度建立对应关系，从光斑就可以测出液体的浓度。该方法对入射光线的入射角要求严格，容易在出射面上发生全反射，光束出射角度易受外界环境变化影响，稳定性比本专利提出的方法低很多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在线测量、稳定度高、分辨率高、测量误差小的基于玻璃合成体和线阵CCD的液体浓度测量装置。本发明的目的还在于提供一种基于玻璃合成体和线阵CCD的液体浓度测量方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的基于玻璃合成体和线阵CCD的液体浓度测量装置的组成包括激光光源、用于密封的玻璃片、玻璃合成体、线阵CCD、电路单元和箱体；所述玻璃合成体的上下底面为相互平行的平面、一个侧面为斜面、与斜面相对的侧面为圆柱面，玻璃合成体的上下底面镀内反射膜；玻璃合成体、激光光源、线阵CCD及电路单元置于箱体中，线阵CCD置于玻璃合成体的圆柱面的前方，激光光源发出的光束垂直于玻璃合成体两底面并照射到玻璃合成体的斜面上；箱体开有使玻璃合成体的斜面部分暴露的开口，开口处由用于密封的玻璃片实现箱体的整体密封；玻璃合成体、激光光源、线阵CCD和电路单元连接；箱体置于装有待测液体的容器中。

所述的激光光源由激光二极管构成。

在线阵CCD前设置有一放大镜。