[发明专利]一种透光液体浓度检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种透光液体浓度检测系统及检测方法，属于检测领域。

背景技术

浓度是衡量工业产品质量的一项非常重要的指标，是液体物质的一个重要物理参数。因此，在化工、医药、食品等行业的生产以及在一些科学研究中，经常需要精确定量测量液体中特定物质的浓度。传统测量液体浓度的方法主要有比重法、化学分析法、超声波法、光学方法等。比重法虽然精度较高，但要采用分析天平称多次，且只能检测上层表面溶液的浓度；化学分析法具有较高的检测精度，但它在使用过程中所耗费的许多化学试剂非常昂贵，成本高，并且需要很长的分析周期，不能满足实时在线检测的要求；超声波法精度虽高，但所用设备重量大、不易移动，且被测量液体浓度要适量，既不能太高也不能太低；光学方法虽然方便，快捷，廉价且无污染，但易受旋光性、灵敏度、设备或环境等影响，导致精确度不高。这些技术需要复杂和昂贵的实验装置,且不能用于流动液体浓度实时检测。同时取样费时且繁琐，滞后性大，分析的结果不精确，不能满足现在工业生产的实际要求。

在公开号101216422的专利“液体浓度检测装置及检测方法”中，公开了一种检测液体浓度的装置及检测方法。其利用光在具有透光盖板的紧密容器中反射与折射，测得未知液体的折射率与浓度，能够达到快速检测液体折射率的目的，但此装置中光路折射次数少，光斑位移Δd小，灵敏度不高。

在公开号102590098A的专利“一种液体浓度检测装置”中，采用光电元件检测出射面的折射光线强度，成本高，且该系统复杂不易搭建。

在论文(基于位置敏感器件的光学法盐度检测技术研究[J].光学学报,2003,23(11):1379-1383.)中，学者通过向低浓度盐水中加入一定量的高浓度盐水来改变被测盐水盐度的方法获得盐度与光敏探测器上光点位置关系，要使盐水盐度稳定，但其过程耗时长，不利于实时在线检测。

在论文(溶液质量分数光电探测系统的性能分析[J].传感器与微系统,2013,31(11):8-10.)中，学者提出对光路进行了优化，并通过多次反射增加光程能有效克服以上缺陷，但其单位浓度变化引起的光斑位移较小，灵敏度不能满足要求。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种透光液体浓度检测系统及检测方法，以期能有效提高光电检测透明溶液浓度的灵敏度，并实现设备小型化。在已知参照溶液折射率的情况下，利用本系统可以快速准确的测定出透明溶液的浓度，以及溶液的折射率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明透光液体浓度检测系统的结构特点是：设置一静置的容器，被测透光液体密闭在所述静置容器中；在所述容器中，位于容器一侧的内壁上设置第二反光镜，与所述第二反光镜相对的容器另一侧的内壁上分别设置有第一反光镜和第三反光镜，所述第一反光镜和第三反光镜的镜面相互平行且与所述第二反光镜成一倾角；在所述容器侧壁上，处在所述第二反光镜的上方设置有上透光视窗，处在所述第二反光镜的下方设置下透光视窗；

由设置在容器外部的激光器发出的激光光束自所述上透光视窗投射至所述第一反光镜，所述第一反光镜的折射光依次经第二反光镜和第三反光镜的折射后，由下透光视窗射出并作为检测光；

设置光电探测器用于接收所述检测光的光斑位置信号，经信号处理获得被测透光液体浓度。

本发明透光液体浓度检测系统的结构特点也在于：

所述激光器是λ＝635nm的线性度较好的半导体激光器。

所述光电探测器为位置敏感传感器PSD或一维线阵电荷藕合器件CCD。

利用本发明检测系统进行透光液体浓度的方法的特点是按如下步骤进行：

步骤a、向容器中注入已知折射率为n1的基准透光液体，设置激光器发出的激光光束从上视窗进入容器中的角度，使得入射光线在依次经过第一反光镜、第二反光镜和第三反光镜的折射之后，自下透光视窗中射出，并在光电探测器中获得基准光斑位置信息；以所述激光器和光电探测器的这一检测状态为设定检测状态；

步骤b、将容器中的基准透光液体更换为标准盐离子溶液，保持所述激光器和光电探测器为设定检测状态，在光电探测器中获得标准盐离子溶液的光斑位置信息；

步骤c、针对不同浓度的标准盐离子溶液重复步骤b，对应获得不同浓度的标准盐离子溶液的光斑位置信息，并由此得到浓度和光电探测器中光斑位置信息的关系图；

步骤d、针对被测透明液体，按步骤b获得被测透明液体在光电探测器上光斑位置信息，通过与所述关系图的比对，得到被测透明液体的浓度值。