多通道液體折射率測量儀的製作方法

2023-07-19 22:57:51

專利名稱：多通道液體折射率測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測量液體折射率的裝置。
背景技術：
人們通過對液體折射率的測量，可了解被測液體的濃度、成分、比重等，而被廣泛應用於食品、醫藥、生物、石化等領域。現有的測液體折射率的方法有目視法和用數字式液體折射率儀兩種。目視法因受視覺差主觀因素影響，誤差較大；數字式液體折射率儀是用電荷耦合器(CCD)或PSD位置傳感器進行測量。電荷耦合器(CCD)檢測光強分布曲線上的光強突變點，來確定被檢測液體的折射率。使用電荷耦合器(CCD)折射率儀測量精度高、範圍大、讀數直觀，且能實現實時在線檢測，但由於電荷耦合器(CCD)價格昂貴及象素尺寸較大，故這種數字式液體折射率儀成本高，體積大。使用PSD位置傳感器測量光斑的重心位置，利用光斑的重心位置與折射率的對應關係來確定液體的折射率。這種數字式液體折射率儀雖幾何尺寸小，但精度較低，量程短。由於電荷耦合器(CCD)和PSD位置傳感器都只能傳遞一維方向上的光強信號，所以不能使用在多通道的測量儀上。此外，高折射率液體的物理性質不穩定，這兩種單通道液體折射率測量儀對高折射率定標非常困難。

發明內容
鑑於上述，本實用新型的目的是提供一種高精度、寬量程、價廉、體積小、便於攜帶的多通道液體折射率測量儀。
本實用新型技術解決方案的關鍵是利用面陣CMOS圖像傳感器測量稜鏡上光斑圖像的邊緣位置，由於光斑圖像的邊緣位置與折射率有著明確的對應關係，所以可用來確定液體的折射率。
多通道液體折射率測量儀包括若干個光源、由若干個折射率不同的稜鏡和遮光隔板依次交替粘合在一起構成的多稜鏡、裝被測液體的樣品槽、多狹縫板、多透鏡、濾色片、面陣CMOS圖像傳感器及信息處理裝置和顯示器，上述的構成多稜鏡的折射率不同的稜鏡數量與光源的數量相同，多狹縫板上分布有與稜鏡一一對應的縫，多透鏡由與多狹縫板上的縫一一對應的透鏡並置構成，樣品槽安裝在多稜鏡上，槽底與多稜鏡相通，各光源發出的光束分別經折射率不同的稜鏡斜入射到稜鏡與被測液體界面，形成的臨界角全反射光分別穿過多狹縫板上的縫入射到多透鏡的各透鏡，各光束分別經透鏡匯聚後進入濾色片，通過濾色片濾色後分別進入面陣CMOS圖像傳感器，面陣CMOS圖像傳感器輸出的光斑圖像的邊緣位置數位訊號輸入用於將光斑圖像的邊緣位置信號轉換成折射率值的信息處理裝置，信息處理裝置的輸出端與顯示器相連，由顯示器顯示液體折射率值。
多通道液體折射率測量儀的光源、稜鏡、分布在多狹縫板上的縫和透鏡的數量是一致的，每一通道具有一個光源、一個稜鏡、一個縫和一個透鏡。通過不同折射率的稜鏡可以測量不同的液體折射率區間，滿足了寬量程的要求。使用水在最低折射率稜鏡上的全反射光對所有測量通道定標，滿足了對高折射率定標的要求。每一通道對應一定的量程，用戶可以根據量程需要選擇通道數量。
上述的面陣CMOS圖像傳感器是一個二維器件，能傳遞二維方向上的光斑圖像的邊緣位置數位訊號，可以選擇整幅圖像的數據，也可以只選擇圖像的部分行數據由信息處理裝置進行轉換成折射率值的處理，得到被測液體的折射率。
上述的信息處理裝置可採用市售的MSP430微處理器。
由於本實用新型提供的多通道液體折射率測量儀採用折射率不同的多稜鏡，因此可分別用來測量折射率不同的液體折射率，滿足了寬量程的要求。且面陣CMOS圖像傳感器是一種價格低、體積小、象素小(5.6um)的面陣光電傳感器件，使得多通道液體測量儀具有高精度、寬量程、價廉、體積小、便於攜帶等優點。


圖1是本實用新型的一種具體結構示意圖；圖2是圖1的雙稜鏡的剖面圖；圖3是信息處理裝置與其它部件連接的電路圖。
具體實施方式
以圖1所示的雙通道液體折射率測量儀為例。
雙通道液體折射率測量儀包括雙光源1、由兩個折射率不同的稜鏡3.1和位於該兩個稜鏡中間的遮光隔板3.2粘合在一起構成的雙稜鏡3(參見圖2)、裝被測液體的樣品槽4、雙縫板5、雙透鏡6、濾色片7、面陣CMOS圖像傳感器8及信息處理裝置9和顯示器10，雙縫板5上的兩個縫5.1與稜鏡3.1對應，雙透鏡6由兩個透鏡並置構成，樣品槽4安裝在雙稜鏡3上，槽底與雙稜鏡相通，被測液體置於樣品槽4內，雙光源可以用兩個發光二極體，其發出的兩路光線分別經兩塊稜鏡3.1斜入射到稜鏡與被測液體界面，所形成的臨界角全反射光分別穿過雙縫板的縫入射到雙透鏡6，經透鏡匯聚後進入濾色片7，通過濾色片7濾色後分別進入面陣CMOS圖像傳感器8，面陣CMOS圖像傳感器輸出的光斑圖像的邊緣位置數位訊號輸入信息處理裝置9，由其將反映被測液體折射率的光斑圖像的邊緣位置數位訊號經過計算轉換成相應的折射率值，並顯示在顯示器10上。
通常，為提高測量精度，在測量液體折射率時，要考慮環境溫度的影響，可採用溫度傳感器，在圖示結構中，還設有溫度傳感器11，可將溫度傳感器設置在安裝稜鏡3的架子上，將溫度傳感器輸出的溫度信號輸入信息處理裝置，由其對液體折射率值實行溫度補償計算。
圖3的電路中，CMOS圖像傳感器的時鐘信號由MSP430來提供，CMOS圖像傳感器輸出的時序信號和數據信號分別與MSP430的I/O口相連接，即可由MSP430讀入CMOS圖像傳感器輸出的數據。本例中使用的顯示器是液晶顯示器，該顯示器的COM端與MSP430的COM端相連，其他的引腳與MSP430的各個S腳相連。系統中使用的溫度傳感器是熱敏電阻，使用一個參考電阻與之串連，通過將兩電阻之間的電壓值進行AD轉換來得到溫度值。
本實用新型可廣泛用於食品、醫藥、生物、石化等領域，測量液體的糖度值、濃度值、比重、成分等。
權利要求1.多通道液體折射率測量儀，其特徵是它包括若干個光源(1)、由若干個折射率不同的稜鏡(3.1)和遮光隔板(3.2)依次交替粘合在一起構成的多稜鏡(3)、裝被測液體的樣品槽(4)、多狹縫板(5)、多透鏡(6)、濾色片(7)、面陣CMOS圖像傳感器(8)及信息處理裝置(9)和顯示器(10)，上述的構成多稜鏡(3)的折射率不同的稜鏡(3.1)數量與光源(1)的數量相同，多狹縫板(5)上分布有與稜鏡(3.1)一一對應的縫(5.1)，多透鏡(6)由與多狹縫板(5)上的縫(5.1)一一對應的透鏡並置構成，樣品槽(4)安裝在多稜鏡(3)上，槽底與多稜鏡相通，各光源發出的光束分別經折射率不同的稜鏡(3.1)斜入射到稜鏡與被測液體界面，形成的臨界角全反射光分別穿過多狹縫板(5)上的縫(5.1)入射到多透鏡(6)的各透鏡，各光束分別經透鏡匯聚後進入濾色片(7)，通過濾色片(7)濾色後分別進入面陣CMOS圖像傳感器(8)，面陣CMOS圖像傳感器(8)輸出的光斑圖像的邊緣位置數位訊號輸入用於將光斑圖像的邊緣位置信號轉換成折射率值的信息處理裝置(9)，信息處理裝置的輸出端與顯示器(10)相連。
2.按權利要求1所述的多通道液體折射率測量儀，其特徵是信息處理裝置(9)是MSP430微處理器。
3.按權利要求1所述的多通道液體折射率測量儀，其特徵是在安裝多稜鏡(3)的架子上裝設溫度傳感器(11)，將溫度傳感器的輸出信號輸入信息處理裝置(9)。
專利摘要本實用新型公開了一種多通道測量液體折射率的測量裝置。該裝置把被測液體置於折射率不同的多稜鏡上，多路光源光束分別從與光源數量一致的多稜鏡斜入射到稜鏡與被測液體的界面，得到臨界角全反射光分別透過多狹縫板的縫入射到多透鏡，由多透鏡分別匯聚再經濾色片濾色後進入面陣CMOS圖像傳感器，由信息處理部件將面陣CMOS圖像傳感器輸出的圖像信號進行處理，得到折射率值在顯示器顯示。該液體折射率測量裝置精度高、量程寬，價廉、體積小、便於攜帶，本裝置可廣泛用於食品、醫藥、生物、石化等領域，測量液體的濃度、成分、比重等。
文檔編號G01N21/41GK2708303SQ200420037040
公開日2005年7月6日 申請日期2004年6月24日 優先權日2004年6月24日
發明者陸祖康, 徐進 申請人:浙江大學