測量化學元素濃度的色度讀取器的製作方法
2023-10-31 20:47:52
專利名稱：：測量化學元素濃度的色度讀取器的製作方法
技術領域：
：本發明應用於電子光學，特別是化學元素量的測量，通過讀取試紙上所產生的顏色或測量穿過溶液的吸光率來進行。
背景技術：
：過去要測量例如水的含砷量、血糖、酸鹼性等化學元素含量，可以將預先塗有試劑(反應物)的試紙浸泡在需要化驗的溶液裡。試紙上的反應物與溶液中的化學元素發生內部反應時，將發生顏色變化。顏色會隨著所測化學元素的濃度而變化。例如，在測量酸鹼值(pH值)時，pH值在0(酸)～14(鹼)的範圍內，試紙將根據樣品的酸鹼性發生從紅色到藍色範圍內的變化。或在測量砷的含量時，試紙上的反應物將發生諸如從白色到灰色或天藍色範圍內(含砷0～100ppb)的變化。之後，將試紙進行顏色比較，來讀取濃度值。一般情況下用肉眼將試紙與已知濃度樣品的顏色樣本進行比較，這樣所讀取的值與原值偏離的大小取決於觀察能力、外界光源、以及比較分析人員的經驗，因此可能會產生很大的誤差，特別是當所測化學元素的濃度很低時。如今已發明了許多種通過測量樣品物質的色度或光的強度來測量濃度數值的裝置以代替用肉眼比較顏色的方法。工作人員經常利用這些裝置來檢測，可以立即顯示所測物質的濃度和含量，適用於現場作業。具有諸如尺寸小，可以用電池維持工作等優點。應用此項發明技術的裝置可根據其工作性質分成三組視覺輔助比色裝置(Visual-aidedDevices)，樣品反射光比色裝置(Lightreflectingsamples)，樣品透射光比色裝置(Lighttransmittingsamples)視覺輔助比色裝置有助於更好地觀察顏色，特別是在被測物質濃度很低的情況下。當繼續與反應物發生反應時，顏色往往會褪去許多，致使肉眼很難分辨。現在所售的設備之一是德國Tintometer公司的Lovibondcomparator(比色計)產品，該設備採用玻璃濾光片代替印在紙或塑料上的已知濃度樣品顏色樣本的方式，內部設有光源，用於照射和比較樣本與玻璃片的顏色，並設有預防外界光線幹擾的暗盒。所測量的樣品物質為允許透射光透過的溶液或液體狀態時，不使用試紙樣品。測量一種化學元素可能要用玻璃濾光片5～10色(一色對應一片)，當需要測量別的物質時，就要換用對應的玻璃濾光片，仍然解決不了用肉眼觀察時所產生的對顏色反應不一這一問題。然而，現在仍有人使用這種工具，因為其價格相對低廉。第二類裝置適用於測量不透光的樣品或透光極少的樣品，所以總是測量樣品的反射光狀態。例如，正常情況下試紙是白色的，並不允許透射光通過，或在有些情況下有極少的透射光通過。當試紙與塗在其上需要測量的化學元素反應時，就會產生顏色。這種裝置叫反射光度計(Reflectometer)反射光度計測量的原則是樣品反射光的強度與需要測量的化學元素的濃度相聯繫。因此需要選擇最合適的波長來測量該物質。這種情況下不是直接測量樣品的顏色，而是用測量反射光的強度代替。知道了反射光的強度就能計算出被測化學元素的濃度。這種發明申請了WO9923479專利(TechnicalChemicalsProducts，Inc.)，在測量中使用某一種波長的發光二極體。當需要測量其他物質時，必須選用另一種波長的光或PetersEngineering公司的PeCoAS75代(g)工具，該工具使用試紙讀色，用於砷元素(Arsenic，As)的成套化驗。由於反射光度計只能使用一種波長，所以存在不能用於多種化學元素分析的局限性。第三類設備稱為光度計或色度計(PhotometerorColorimeter)，用於不完全透光的溶液的測量，廣泛用於現場測量工作。它採用測量吸光率的原理，並與化學元素的濃度值相關。依據Beer-Lambert’sLaw定律，一定波長的吸光率將直接隨著化學元素的濃度變化，這就使得測量工具的檢測和設計變得簡單易行。在設計時總是使用一種波長，在實際使用時工作人員將選用發光二極體作為光源，因為發光二極體價格低廉，耗能少，壽命長。為了滿足足夠波長的需要，有些情況下可能會加用濾光片。基於這些優點，有多家生產這種用來反應並產生顏色的反應物工具的製造商，例如Merck，Hach，Hanna，Tintometer等。儘管有這麼多優點，但光度計或色度計還是存在局限性。例如，一臺配有一個發光二極體的裝置，只能用於1～2種物質的測量。當需要用一臺裝置測量多種物質時，需要增加發光二極體的數量，例如，在波長是400～700納米nanometer(nm)時，就需使用6個發光二極體，這就增加了發光二極體的數量，從而提高了設備的價格和光學系統設計的複雜程度。
發明內容本發明的目的是用於測量化學元素濃度的色度讀取器，該色度讀取器價格低廉、尺寸小、降低了肉眼觀察的局限性以及外界光源所導致的誤差。本發明的另一目的是使得測量化學元素濃度的色度讀取器能夠準確無誤的測量出多種化學元素。為了達到第一個目的，此發明使用裝有三原色光源，即紅光、綠光和藍光的用於測量化學元素濃度的顏色測量比較裝置。此裝置使光線照射到試紙反應區或穿過需要檢測的溶液並進入光電檢測器(Photodetector)，三種顏色的反射光或透射光的強度被用來計算，並與已知濃度顏色樣本(查表(Look-uptable))相比較後得出與其中的何種顏色相一致，並記錄一定數量的Pi(Ri，Gi，Bi)和Ci的值。Pi(Ri，Gi，Bi)是第i個標準樣品的光的強度，Ci是第i個樣品物質的化學濃度值，i的取值範圍是1，2，3……n，n是進行檢驗和比較的全部標準樣品的數量。如果P(R，G，B)指的是每次被測量樣品的光的強度，該工具將通過計算求出P(R，G，B)與Pi(Ri，Gi，Bi)之間每點的色差(colordifference)，進而得出所測樣品物質的濃度。為了換算出需要測量的化學元素濃度值，選擇色差最小的兩個Pi(Ri，Gi，Bi)值進行插值法(interpolation)處理。這就降低了觀察的誤差，更加準確的計算並測量出化學元素的濃度值。為了達到第二個目的，應用本發明的比色儀具有三原色光源，使其能夠更廣泛地覆蓋化學元素與光的作用區，能夠測量多種化學元素濃度。應用本發明的機器具有能夠保存一定數量的已知濃度顏色樣本的記憶單元，或能下載與被測化學元素相匹配的已知濃度顏色樣本。因此，當需要測量其他化學元素時，就能選用相應的已知濃度顏色樣本。在研究並參考了附圖和最佳發明形式的細節後，此項發明的這些目的和特點將體現得更清晰，下文將繼續闡述說明。圖1表示的是儀器的安裝、及用三種發光二極體(紅、綠、蘭)和一個光電探測器來測量半透明樣品物質的顏色的儀器樣圖。圖2表示的是儀器的安裝、及用一種發光二極體(白)，三個光電探測器和三色濾光鏡(紅、綠、藍)來測量半透明樣品物質的顏色的儀器樣圖。圖3表示的是儀器的安裝、及用三種發光二極體(紅、綠、蘭)和一個光電探測器來測量不透光樣品物質的顏色或濃度的儀器樣圖。圖4表示的是儀器的安裝、及用一種發光二極體(白)，三個光電探測器和三色濾光鏡(紅、綠、藍)來測量不透光樣品物質的顏色或濃度的儀器樣圖。具體實施方式以下通過實施例並參考附圖更好地說明本發明。圖中相同的部分將用同一個附圖標記代替，以保持一致性。發明的範圍由本文最後所附的權利要求書確定。用於測量化學元素濃度值的比較顏色儀器的工作原理本發明的工作原理是採用測量顏色的技術讀取樣品物質的濃度值，此技術是測量在由紅、綠、藍三色組成的原色區的光學參數(Opticalparameters)後，與已知強度樣本比較而求出最小的色差，從而得到被測物質的濃度值。本發明中紅、綠、藍光的標準為紅光波長範圍為580～780nm，綠光波長範圍為500～580nm，藍光波長範圍為400～500nm。在樣品不透光的情況下，強度指的是被測樣品反射光的強度值(反射率(Reflectance))。對於半透明的樣品，強度指的是被測樣品透射率或吸光率(TransmittanceorAbsorbance)。比色電子儀器的工作原理還包括使用反射率(Reflectance)，吸光率(Absorbance)和透射率(Transmittance)。下文將繼續闡述應用本發明的例子。假設我們正在使用一種應用本發明的裝置來測量某種叫A的化學元素的濃度，用P(R，G，B)表示每次所測得樣品的光強度，用Pi(Ri，Gi，Bi)表示第i個標準樣品物質的光強度，i的取值範圍是1，2，3……n，n是進行比較和檢驗的全部標準樣品數量，通常情況下n＞1。Ci為待測標準樣品物質的已知化學元素濃度值，Ci的值通過與該發明無關的其他方式獲得。當該發明設計用於不透光樣品檢測時，用P(R，G，B)表示依次在紅、綠、藍光波長範圍內樣品的反射率。當該發明設計用於半透明樣品時，用P(R，G，B)表示依次在紅、綠、藍光波長範圍內的透射率或吸光率。為了更好的理解該發明的工作原理，請看附表1。表1是化學元素A的1號標準樣品(Ref.#1)樣例比較表，A化學元素的濃度為C1，紅(Redfactor)、綠(Greenfactor)、藍(Bulefactor)光的強度依次為R1、G1、B1。同理，第n個標準樣品的濃度為Cn，紅、綠、藍光的強度依次為Rn、Gn、Bn。假設每次樣品所測的強度為P(R，G，B)，當拿此值與表中的每個樣品強度值Pi(Ri，Gi，Bi)比較時，計算求出色差(Colordifference)。如果P(R，G，B)與Pi(Ri，Gi，Bi)的任何一個值之間存在最小色差，表示所測的樣品含化學元素A的濃度與標準樣品的值最接近。例如，如果所讀取的強度與2號標準樣品強度的色差最小，則所讀取的濃度值就應是C2。表1被測物質與光的顏色比較所讀取的色度值P(R，G，B)與標準樣品的色度值Pi(Ri，Gi，Bi)之間的色差值(CDi)可以用以下方程來計算計算色差的公式CDi=(Ri-R)2+(Gi-G)2+(Bi-B)2]]>(方程1)根據方程1，如果標準樣品物質CDi有最小值，表示所測的色度與標準樣品的值最接近。那樣，所測的濃度值也應與標準樣品的值最接近。如果標準樣品的數量很大，所讀取的濃度值將更加準確。這樣，標準樣品的數量將取決於使用的適宜性和成套化驗工作者的需要。如果所測量的樣品強度P(R，G，B)值或任何標準樣品的強度Pi(Ri，Gi，Bi)值，在最大值P(RMAX，GMAX，BMAX)和最小值PMIN(RMIN，GMIN，BMIN)之間，則工作者根據使用的適宜性來設最大值或最小值。舉例如下例1在白色的紙上測顏色，在紙的區域內所產生的色點可能形成圓形、正方形或其他形狀。這種情況下的強度值P(R，G，B)指的是紙上由色點反射的光的強度。當色點為白色或直接來自紙面的顏色時，反射光的強度有最大值。因為白色物質反射光線強於別的顏色的物質。從成套化驗的角度看，當色點為白色時，表示沒有待測化學元素或只能測量到極少的數量。當我們使用8bit的電子系統，可以設白色反射光的強度值P(RMAX，GMAX，BMAX)＝P(255，255，255)，反射光強度的最小值往往來自暗色點。例如，黑色，我們設最小值PMIN(RMIN，GMIN，BMIN)＝P(0，0，0)。例2測量液體或溶液的顏色，這時光的強度值P(R，G，B)表示透射率或吸光率。假設我們選用透射率表示光的強度值，當溶液無色時強度最大，例如，水的樣本。當把特定的檢測物質加入水的樣本中並產生顏色時，透射光的強度將降低。如果水的樣本顏色很暗，透射光的強度將大幅下降。最終，光線將不能透過水的樣本。因此在這種情況下，可以設強度的最大值P(RMAX，GMAX，BMAX)＝P(100，100，100)，最小值PMIN(RMIN，GMIN，BMIN)＝P(0，0，0)，方便於用百分比形式表示比較透射光的強度值。預測濃度的技術由於應用本發明的儀器的工作原理是把讀取的色度與標準樣品的值作比較，因此所讀取的化學元素的濃度有離散值(discretevalue)，此濃度值等於已知標準樣品物質的濃度值或等於表1中C1，C2，C3，…，Ci，…Cn的任一值。當發現所讀取的色度與某種標準樣品色度的色差最小時，所讀取的濃度就等於該種樣品的濃度值。這一點前面已有所說明。如果所讀取的濃度值等於Ci，被測物質的實際濃度將在[(Ci-Ci-1)/2]和[(Ci+1-Ci)/2]之間，該實際濃度可以通過其他方法獲取，就是說我們能夠通過使用極小濃度差的標準樣品，或加入大量標準樣品的方式來降低測量的誤差。這種作法提高了測量比較工具的費用，增加了耗時。除此之外，從工具的設計角度看，將會使用更多的測量比較圖表以及具有更強存儲功能的電子器件。以下所要說明的計算技術，使應用該發明的儀器所讀取的化學元素的濃度值與實際濃度值非常接近，或者說在不用增加檢測比較圖表的數量或改變工具裝置的情況下來降低誤差。例如所測的化學元素有象表1那樣的檢測比較表，給出一定的濃度值，那麼應用該發明的儀器所讀取的強度值等於P(R，G，B)，用方程1的公式計算所測強度值P(R，G，B)與每個標準樣品的強度值Pi(Ri，Gi，Bi)的色差。並規定前兩種標準樣品的色差最小，實際濃度值將在這兩種標準樣品的濃度值之間。假設兩種標準樣品的濃度值為Cm，Cn且Cm＜Cn，可以按如下方程預測新的濃度值(C)C=Cm+(Cn-Cm)(Rm-R)2+(Gm-G)2+(Bm-B)2(Rm-R)2+(Gm-G)2+(Bm-B)2+(Rn-R)2+(Gn-G)2+(Bn-B)2]]>(方程2)或C=Cn-(Cn-Cm)(Rn-R)2+(Gn-G)2+(Bn-B)2(Rm-R)2+(Gm-G)2+(Bm-B)2+(Rn-R)2+(Gn-G)2+(Bn-B)2]]>(方程3)Cm和Cn是兩種標準樣品的濃度值與所測強度的色差最小的前兩個值，且Cm＜Cn。P(R，G，B)是與濃度相對應的的強度值，該強度可能是反射光的強度、透射光的強度或吸光率，這在4.1中已有所說明。P(Rm，Gm，Bm)是與第m個標準樣品的濃度值Cm相對應的強度值。P(Rn，Gn，Bn)是與第n個標準樣品的濃度值Cn相對應的強度值。在計算求取濃度值C的過程中，可以選用方程2或方程3，計算所得值相近，為了更好了解此種計算技術，有必要思考以下例子表2表示化學元素A的檢測比較表，通過技術處理在紙上產生顏色。因此這裡的強度P(R，G，B)指的是反射光的強度，且規定反射光的強度有最大值PMAX(100，100，100)。當反射來自白紙，反射光的強度有最小值PMIN(0，0，0)。當色點為黑色時，表中標準樣品的強度值及相關數值使用ppb(十億分之一)單位。假設在一次求取化學元素A的含量的試驗中，所測的強度是P(x，y，z)，當根據方程l中的公式計算求得的色差(CDi)表示5號樣品有最小色差，因此化學元素的濃度就應該等於100ppb。但通過觀察，強度值P(100，100，40)在4號與5號標準樣品的強度值之間，濃度值應在80～100ppb之間，與100ppb的值很相近。為使預測值與實際數值更接近，可以用方程3計算這種濃度值C＝100-(100-80)(4/16)＝100-5＝95ppb計算得出化學元素A的濃度值等於95ppb，介於4號和5號樣品的濃度值之間。在不增加或改進檢測比較表的情況下，這種計算技術將有助於讀取的數值與實際值更相近。表2化學元素A的檢測比較表裝置安裝實施例以下將說明各種裝置安裝的方法，為了更好的理解應用本發明的儀器的工作原理和實際應用，將分別對裝有半透明樣品式和不透光樣品式的裝置進行說明，主要闡述對此發明設計的基本原理，並簡述各種裝置設計細節。應用本發明的裝置設計基礎與光度測定器(photometer)，色度計，反射光度計相似，這一點大家已廣泛知曉。說明將採用特定符號和數字代替某一裝置的圖形，除非在資料中有特別說明，一種裝置將使用一種符號和數字。安裝用於測量半透明樣品物質顏色的裝置圖1和圖2表示安裝用於測量各種半透明樣品物質顏色的裝置。其基本原理是測量透射光強度的結果是表示與透射光強度相同的強度值P(R，G，B)，然後將所得強度值收集，根據先前所說的原理，可應用於化學元素濃度值的讀取。圖1用紅(3a)、綠(3b)、藍色(3c)的發光二極體(LED)做光源。圖2中用通用性白色發光二極體(White-lightLED)(22)，安裝這種裝置是為了滿足液體或溶液樣品的要求，該裝置也能夠應用於其他任何光能透射的樣品。例如，固體、粉末、顆粒等。在樣品是液體的情況下，要使用透明容器(Transparentcontainer)(1)，例如，瓶狀、筒狀、正方形或圓形的透明玻璃或塑料製品。然而在圖1中光源分別是由紅、綠、藍色的發光二極體組成的三色發光二極體，下文稱為「RGBLED」。此發光二極體將三個顏色的發光二極體置於一個發光二極體中，或是將三色發光二極體分離，每個依次為紅、綠、藍色。微控制器(11)(Microcontroller)應用於整個系統裝置。在發光二極體(3a，3b，3c)部分有發光二極體驅動電路(10)，用於控制RGBLED並向其輸送由工作者根據需要設定的電流。電子開關(9)用於控制每次每個發光二極體的照射，進行交替照射，直到三色齊全。當紅、綠、藍色的入射光(5)照到被測樣品物質(2)上，在穿過透明器皿(1)過程中，有些光被吸收，剩餘的光(7)將透射過被測樣品。每種顏色的透射光強度值將隨著樣品物質的種類和樣品物質的顏色而變化。為得到進行測量所需的光線可以加入透鏡(4)(6)，紅、綠、藍色透射光的強度將用光電探測器或測光頭(8)來測量。例如，光電二極體等，測光頭將把光信號轉換成電信號，來自測光頭的電流值將被轉化為光的強度值。由於來自測光頭的信號往往信號值很低，所以一定要使用前置放大器(Pre-amplifier)和放大器(Amplifier)來適當調節信號。模數轉換器(A/DConverter)用於轉換來自測光探頭，或通過濾光鏡輸入的、由光電二極體採集的電信號，並將其轉換為數位訊號(digital)。即，依次為紅色信號R、綠色信號G、和藍色信號B，用於比較數位訊號P(R，G，B)在透射率中的變化，以及存在於圖表數據記憶單元中的比較顏色圖表中的值的變化。以便通過計算求得與儲存在該儀器的記憶單元(17)中的比較顏色圖中的參考值相近的化學元素的濃度值，以及用終端顯示屏(12)顯示所得濃度值的結果。圖2表示安裝用於測量另一種半透明樣品物質的顏色或濃度的光學儀器。這種情況下，光源是白色發光二極體或燈泡，例如白熾燈。驅動發光二極體電路(10)用於控制發光二極體的工作，微控制器(11)用於控制整個系統的工作。當光(5)照射到被測樣品物質上，在穿過透明器皿(1)過程中，有些光被吸收，剩餘的光(7)將透射過被測樣品。每種顏色的透射光強度值將隨著樣品物質的種類和樣品物質的顏色而變化。為得到進行測量所需的光線可以加入透鏡(4)(6)。樣品物質的透射光(7)將被分為三種顏色紅色、綠色和藍色。使用特定的第一種窄帶濾光器(Narrow-bandfilter)(16)使紅光可以透射，第二種使綠光可以透射，第三種使藍光可以透射。測量三種顏色光的強度要使用三個相同的測光探頭(16a，16b，16c)，與每種濾光鏡相同，測光探頭需安裝在窄帶濾光器後部，測光探頭會將光信號轉換為電信號。每種顏色的透射光值將隨著樣品物質的種類和樣品物質的顏色而變化。一般情況下，由於來自測光探頭的信號值很低，所以一定要使用前置放大器(Pre-amplifier)(14)。多路轉換器(Multiplexer)(23)匯集來自三個測光探頭的信號，信號將被放大器(13)放大。模數轉換器(A/DConverter)用於轉換來自測光探頭，或通過濾光鏡輸入的、由光電二極體採集的電信號，並將其轉換為數位訊號(digital)(15)。即，依次為紅色信號R、綠色信號G、和藍色信號B，用於比較數位訊號P(R，G，B)在透射率中的變化，以及存在於圖表數據記憶單元中的比較顏色圖表中的值的變化。以便通過計算求得與儲存在該儀器的記憶單元(17)中的比較顏色圖中的參考值相近的化學元素的濃度值，以及用終端顯示屏(12)顯示所得濃度值的結果。安裝用於測量不透光樣品顏色的光學儀器對於不透光的樣品，例如，試紙，用測量反射強度來測量顏色。因此先前所提的強度值P(R，G，B)，表示反射光強度。圖3和圖4表示安裝用於測量各種不透光樣品物質顏色或濃度的裝置。圖3用由紅(3a)、綠(3b)、藍色(3c)組成的三色發光二極體(LED)或RGBLED做光源。RGBLED發光二極體將三個顏色的發光二極體置於一個發光二極體中，或是將三色發光二極體分開，每個依次為紅、綠、藍色。其他裝置與圖1相同。當紅、綠、藍色的入射光(20)照到需要測量的樣品物質(18)上，一定要測量照射在色點區域(19)內的入射光(20)。有些光將被吸收，剩餘的光產生反射(21)。每種顏色的反射光強度值將隨著樣品物質的種類和樣品物質的顏色而變化。來自測光頭的數據或強度P(R，G，B)將被用來收集結果以便繼續計算樣品物質的顏色和濃度。根據先前所說的比較顏色的原理，所讀取的濃度結果將通過終端顯示設備(12)顯示。圖4表示安裝用於測量另一種不透明樣品物質的顏色或濃度的光學儀器。這種情況下，光源是白色發光二極體或燈泡，例如，白熾燈。其他裝置與圖2相同。當入射光(20)照到需要測量的樣品物質(18)上，定要測量照射在色點區域(19)內的入射光(20)。有些光將被吸收，剩餘的光由被測樣品物質的反射(21)產生。每種顏色的反射光強度值將隨著樣品物質的種類和樣品物質的顏色而變化。來自樣品物質的反射光(21)將被分為三種顏色紅色、綠色和藍色。使用特定的第一種窄帶濾光器(Narrow-bandfilter)(16)使紅光可以透射，第二種使綠光可以透射，第三種使藍光可以透射。測量三種顏色光的強度要使用三個相同的測光探頭(16)，與每種濾光鏡相同，測光探頭需安裝在窄帶濾光器後部。每種顏色的反射光強度值將隨著樣品物質的種類和樣品物質的顏色而變化。所得的數據被轉換成反射率，以便測量強度P(R，G，B)，然後用微控制器(11)收集結果以便繼續計算樣品物質的濃度。根據先前所說的比較顏色的原理，所讀取的濃度值結果將通過終端顯示設備(12)顯示。在圖3、圖4中安裝光學儀器，將光源放在垂直的方向並與被測樣品物質相垂直。換句話說，光的入射角與被測樣品物質的垂直線成0℃角，把測光探頭放置在與被測樣品物質垂直線成0～90℃的任一個角度上。但常用角度為與被測樣品物質的垂直線成45℃角。這樣的安裝叫做0℃/45℃式安裝。相反的，可以交換圖3和圖4中的光源單元和測光探頭的位置。例如，45℃/0℃式安裝。總之，本發明用於檢測化學元素量或樣品物質的物理性質。例如，土壤或水的酸鹼性(PH)、飲用水或遊泳池中含氯量、飲用水中含砷量、或人體中化學元素的含量等。本發明還可以普遍應用於許多
技術領域：
，在每種
技術領域：
中使用時，其可能性和適應性不同。然而對於現場作業，此技術應用得很廣。將反應物混合在樣品物質中，當反應物與被測化學元素發生反應並產生顏色時，所產生顏色的特性能夠指明被測化學元素含量。在有些情況下，樣品需要在液體或溶液狀態中測量，反應物和化學元素在溶液中產生反應，將改變溶液的顏色。或在有些情況下，顏色將在試紙上產生，這要取決於需要測量的化學元素或反應物的性質。將產生顏色與已知濃度顏色樣本相比較的最容易的方法是用肉眼直接觀察，但這種方法誤差高。因為有多種因素影響，例如，每人眼球對顏色的反應不一，觀察到的顏色的種類和強度受光源影響。此發明將有助於解決這些問題。可以將已知濃度顏色樣本存於該工具的記憶單元，此發明就能立即讀出樣品的顏色，並與已知濃度顏色樣本比較，然後顯示被測化學元素含量的結果。這樣，使用將更簡便，比用肉眼直接觀察的準確性更高，並且不受外界光源的影響。本發明被進一步發展為適用於價格低廉的現場測量作業的工具。在農業、環境、控制生產質量和醫藥方面，可以應用於樣品顏色的讀取。例如，紙、液體或固體。所得樣品顏色的強度可以指明一些化學元素的濃度和種類。當把讀取的顏色與已知濃度顏色樣本比較時，可以得出被測化學元素的濃度或種類。與用肉眼比較顏色相比，此工具的準確性更高。因為測量不受外界光線及操作者的影響。此發明的另一個特性是能夠用同一工具測量多種化學元素。儘管此發明已用附圖等方式加以詳細說明，但難免會被相關
技術領域：
的專業人士所修改。例如，紅、綠和藍色的濾鏡可以用黃、品紅(Magenta)和青色(Cyan)代替。或在需要的情況下使用準確率更高的模數轉換器(A/DConverter)代替8bit的電子器件。總結三原色光源即紅、綠、藍測量比較顏色儀應用於測量化學元素濃度。產生的光照射在試紙反應區或透射過需要檢測的溶液射入光電探測器裡，三種顏色反射光或透射光的強度將被拿來計算並比較後得出與何種已知濃度顏色樣本(查表(look-uptable))中的顏色相同，並保留一定數量的Pi(Ri，Gi，Bi)和Ci的值。Pi(Ri，Gi，Bi)是第i個標準樣品物質的光的強度，Ci是第i個樣品物質的化學濃度值，i的取值範圍是1，2，3……n，n是比較和檢驗的全部標準樣品數量。如果P(R，G，B)指的是每次被測樣品的光的強度，該裝置將通過計算求出P(R，G，B)與Pi(Ri，Gi，Bi)之間每點的色差的方法，並得到被測樣品物質的濃度，選擇帶有色差Pi(Ri，Gi，Bi)值的數據中的兩個最小值，進而得出被測化學元素的濃度值，該濃度值與標準樣品物質的化學元素濃度值相等。此外，在不用增加標準樣品物質的數量的情況下，當需要更精確的讀取濃度值時，儀器將選擇Pi(Ri，Gi，Bi)值中色差值最小的前兩個數，根據求色差比例的原理進行插值法(interpolation)處理，以便更精確地得出被測化學元素的濃度值。權利要求1.一種測量化學元素濃度的色度讀取器，其特徵在於，包括一組光源；安裝在上述光源照射不透光物體所產生的反射光的光路上的至少一個測光探頭，其將所接收的反射光轉換為相應的模擬電信號；與所述測光探頭連接的轉換單元，其將所接收的所述測光探頭輸出的模擬電信號轉換為數位訊號輸出；存儲有標準參考色度以及程序的記憶單元；與所述轉換單元、記憶單元連接的控制器，該控制器根據所述記憶單元中存儲的程序進行控制，以及接收所述轉換單元輸出的數位訊號，並將對應於所述一組光源的光發射而產生的一組數位訊號與記憶單元中存儲的標準參考色度相比較，獲得被測化學元素的濃度值；與所述控制器連接的顯示單元，其接收並顯示所述控制器輸出的被測化學元素的濃度值。2.根據權利要求1所述的色度讀取器，其特徵在於，所述一組光源包括紅、綠、藍三原色光源。3.根據權利要求1所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的標準參考色度的化學元素濃度值作為被測化學元素的濃度值。4.根據權利要求1所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的前兩個或多個標準參考色度的化學元素濃度值進行插值運算，獲得被測化學元素的濃度值。5.一種測量化學元素濃度的色度讀取器，其特徵在於，包括一組光源；安裝在上述光源照射半透明物體所產生的透射光的光路上的至少一個測光探頭，其將所接收的透射光轉換為相應的模擬電信號；與所述測光探頭連接的轉換單元，其將所接收的所述測光探頭輸出的模擬電信號轉換為數位訊號輸出；存儲有標準參考色度以及程序的記憶單元；與所述轉換單元、記憶單元連接的控制器，該控制器根據所述記憶單元中存儲的程序進行控制，以及接收所述轉換單元輸出的數位訊號，並將對應於所述一組光源的光發射而產生的一組數位訊號與標準參考色度相比較，獲得被測化學元素的濃度值；與所述控制器連接的顯示單元，其接收並顯示所述控制器輸出的被測化學元素的濃度值。6.根據權利要求5所述的色度讀取器，其特徵在於，所述一組光源包括紅、綠、藍三原色光源。7.根據權利要求5所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的標準參考色度的化學元素濃度值作為被測化學元素的濃度值。8.根據權利要求5所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的前兩個或多個標準參考色度的化學元素濃度值進行插值運算，獲得被測化學元素的濃度值。9.一種測量化學元素濃度的色度讀取器，其特徵在於，包括光源；安裝在適於接收上述光源照射不透光物體所產生的反射光的位置上的一組濾光鏡；安裝在所述反射光通過所述一組濾光鏡之後的光路上、與所述濾光鏡平行的至少一個測光探頭，其接收通過所述濾光鏡的所述反射光，並將所接收的該反射光轉換為相應的模擬電信號；與所述測光探頭連接的轉換單元，其將所接收的所述測光探頭輸出的模擬電信號轉換為數位訊號輸出；存儲有標準參考色度以及程序的記憶單元；與所述轉換單元、記憶單元連接的控制器，其根據所述記憶單元中存儲的程序進行控制，以及接收所述轉換單元輸出的數位訊號，並將對應於通過所述一組濾光鏡之後的所述反射光而產生的一組數位訊號與標準參考色度相比較，獲得被測化學元素的濃度值；與所述控制器連接的顯示單元，其接收並顯示所述控制器輸出的被測化學元素的濃度值。10.根據權利要求9所述的色度讀取器，其特徵在於，所述光源包括白光源；所述一組濾光鏡包括可通過紅、綠、藍三原色光的濾光鏡。11.根據權利要求9所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的標準參考色度的化學元素濃度值作為被測化學元素的濃度值。12.根據權利要求9所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的前兩個或多個標準參考色度的化學元素濃度值進行插值運算，獲得被測化學元素的濃度值。13.一種測量化學元素濃度的色度讀取器，其特徵在於，包括光源；安裝在適於接收上述光源照射半透明物體所產生的透射光的位置上的一組濾光鏡；安裝在所述透射光通過所述一組濾光鏡之後的光路上、與所述一組濾光鏡平行的至少一個測光探頭，其接收通過所述濾光鏡的所述透射光，並將所接收的該透射光轉換為相應的模擬電信號；與所述測光探頭連接的轉換單元，其將所接收的所述測光探頭輸出的模擬電信號轉換為數位訊號輸出；存儲標準參考色度以及程序的記憶單元；與所述轉換單元、記憶單元連接的控制器，其根據所述記憶單元中存儲的程序進行控制，以及接收所述轉換單元輸出的數位訊號，並將對應於通過所述一組濾光鏡之後的所述透射光而產生的一組數位訊號與標準參考色度相比較，獲得被測化學元素的濃度值；與所述控制器連接的顯示單元，其接收並顯示所述控制器輸出的被測化學元素的濃度值。14.根據權利要求13所述的色度讀取器，其特徵在於，所述光源包括白光源；所述一組濾光鏡包括可通過紅、綠、藍三原色光的濾光鏡。15.根據權利要求13所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的標準參考色度的化學元素濃度值作為被測化學元素的濃度值。16.根據權利要求13所述的色度讀取器，其特徵在於，所述控制器採用對應於與所述一組數位訊號色差最小的前兩個或多個標準參考色度的化學元素濃度值進行插值運算，獲得被測化學元素的濃度值。專利摘要本實用新型涉及測量化學元素濃度的色度讀取器，該色度讀取器具有三原色光源，使其能夠更廣泛地覆蓋化學元素與光的作用區，能夠準確測量多種化學元素濃度。文檔編號G01N21/27GK2844906SQ20042005090公開日2006年12月6日申請日期2004年5月10日優先權日2003年10月31日發明者布恩松·薩塔普,阿莫特·索姆布齊,拉撒薩塔·阿瑪裡特,斯塔鮑恩·坎霍姆申請人:泰國國家科技發展署