一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，包括控制位于三棱镜一侧的多色光源发出光束以一定角度入射到三棱镜与待测液体临界面，在所述临界面上发生全反射，反射光线行经聚焦透镜后投射到位于三棱镜另一侧的感光器件上；获取所述感光器件上所有像素的光强度信息，找到每个波长对应的光强度的峰值位置P；根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P

【技术实现步骤摘要】
一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及浓度测量
，尤其涉及一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]液体的折射率与其中的可溶性固体物总量相关，通过对液体折射率的测量，可以推算出液体中溶解的糖或其他固体物总量。测量液体的折射率，一种常见的方法是使用折射仪，其原理是依据斯涅尔折射定律(Snell
’
s Law)，通过测量三棱镜对入射光线的折射角，计算出折射率。
[0003]目前，大多数的折射仪都会使用带通滤光片(Bandpass Filter)过滤得到单一波长的光进行折射率的测量，原因是在固定的波长下，折射率与折射角度有唯一的对应关系。然而这样的测量方式存在一定问题，例如某些液体可能会吸收特定波长的光线，如果用于测量的光被待测液体吸收将导致测量结果不准确。另外，该种测量方式也容易受到周围的环境光影响，从而干扰测量结果。因此，如何提高现有折射仪浓度测量的准确性和仪器的抗干扰性是非常具有研究意义的课题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，包括
[0007]控制位于三棱镜一侧的多色光源发出光束以一定角度入射到三棱镜与待测液体临界面，在所述临界面上发生全反射，反射光线行经聚焦透镜后投射到位于三棱镜另一侧的感光器件上；
[0008]获取所述感光器件上所有像素的光强度信息并记录；
[0009]在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P1,P2,
…
,P
M
，其中M为光谱中的波长数量；
[0010]根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P
M
的关系计算不同波长对应的液体折射率；
[0011]根据公式c＝k*n+b计算不同波长对应的液体浓度，其中c是液体的浓度，k和b对于特定波长是常数；
[0012]取不同波长对应的液体浓度的平均值作为测定的液体浓度。
[0013]进一步，所述感光器件为线性CCD/CMOS阵列，其包含多个像素且所述多个像素沿光色散的直线方向一维线性排列。
[0014]进一步，所述多色光源发出光束的步骤包括：控制单元根据输入或自动生成的指
令生成触发信号，将所述触发信号发送到所述多色光源携带的驱动电路，所述驱动电路根据所述触发信号控制所述多色光源发出红、黄、蓝光中的一种或多种混合而成的光。
[0015]进一步，所述驱动电路通过脉冲信号调制，控制所述多色光源的发光参数，所述发光参数至少包括发光强度、发光时间中的一种或多种。
[0016]进一步，所述获取所述感光器件上所有像素的光强度信息并记录的步骤包括：控制单元根据输入或自动生成的指令生成触发信号，将所述触发信号发送到所述数据读取电路，所述数据读取电路根据所述触发信号读取所述感光器件上所有像素的光强度信息，将所述光强度信息存放在存储单元内。
[0017]进一步，所述数据读取电路根据所述触发信号读取所述感光器件上所有像素的光强度信息的步骤包括：采用电子增益的方式将电信号放大，对放大后的电信号进行数字化采样，获取光强度的信号数值。
[0018]进一步，在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P1,P2,
…
,P
M
的步骤包括：将获取的所有像素的光强度信号数值用一维数组G表示为G＝[g1,g2,...,g
k
]，其中k为像素的个数，根据所述多色光源发射出的光所包含的波长种类，划分数组G的变化区间，确定每一区间内的最大值所在的位置为所述峰值位置P。
[0019]进一步，根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P
M
的关系计算不同波长对应的液体折射率包括以下步骤：
[0020]根据斯涅耳反射定律，反射的角度与折射率之间存在如下关系：
[0021]n2＝n1*sin(θ)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0022]其中，θ是反射角，n1是所述三棱镜的折射率，n2是所述待测液体的折射率，sin()表示正弦函数；
[0023]柯西色散公式指出，折射率随着波长发生变化：
[0024]n(λ)＝A+B/λ2+C/λ4ꢀꢀꢀ
(2)
[0025]其中，n是折射率，λ是光的波长，A,B和C是常数；
[0026]根据公式(3)从所述峰值位置P推算出全反射的角度θ：
[0027]sin(θ)＝f(P)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0028]其中，函数f()采用近似线性关系来拟合：f(x)＝a*x+c,a和c的数值，取决于三棱镜、聚焦透镜、感光器件之间摆放的几何关系；
[0029]结合公式(1)
‑
公式(3)得出：
[0030]n
j
＝(A+B/λ2+C/λ4)*f(P
j
)
ꢀꢀꢀ
(4)。
[0031]根据本专利技术的另一方面提供一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测系统，包括多色光源、三棱镜、感光器件；
[0032]其中，所述多色光源设置在所述三棱镜的一侧，其发射光线向三棱镜与待测液体的临界面投射，所述感光器件设置在所述三棱镜的另一侧，所述发射光线经所述临界面反射后的反射光线投射到所述感光器件上，所述感光器件连接一数据读取电路用于获取所述感光器件上所有像素的光强度信息，所述读取电路和多色光源均连接到一控制单元上；
[0033]所述控制单元包括指令输入/生成模块、触发信号生成模块、存储模块、计算模块、显示模块、控制模块；
[0034]所述指令输入/生成模块用于接收或生成控制指令；所述触发信号生成模块用于
根据所述控制指令生成触发信号发送给所述多色光源的驱动电路或所述数据读取电路；所述存储模块用于存储数据；所述计算模块用于在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P1,P2,
…
,P
M
，其中M为光谱中的波长数量，根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P
M
的关系计算不同波长对应的液体折射率，根据公式c＝k*n+b计算不同波长对应的液体浓度，其中c是液体的浓度，k和b对于特定波长是常数，以及取不同波长对应的液体浓度的平均值作为测定的液体浓度；所述显示模块用于显示折射率和/或浓度值；所述控制模块用于控制上述各个模块。
[0035]根据本专利技术的又一方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述指令、程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法中所执本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，包括控制位于三棱镜一侧的多色光源发出光束以一定角度入射到三棱镜与待测液体临界面，在所述临界面上发生全反射，反射光线行经聚焦透镜后投射到位于三棱镜另一侧的感光器件上；获取所述感光器件上所有像素的光强度信息并记录；在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P1,P2,
…
,P
M
，其中M为光谱中的波长数量；根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P
M
的关系计算不同波长对应的液体折射率；根据公式c＝k*n+b计算不同波长对应的液体浓度，其中c是液体的浓度，k和b对于特定波长是常数；取不同波长对应的液体浓度的平均值作为测定的液体浓度。2.根据权利要求1所述的一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，所述感光器件为线性CCD/CMOS阵列，其包含多个像素且所述多个像素沿光色散的直线方向一维线性排列。3.根据权利要求1所述的一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，所述控制多色光源发出光束的步骤包括：控制单元根据输入或自动生成的指令生成触发信号，将所述触发信号发送到所述多色光源携带的驱动电路，所述驱动电路根据所述触发信号控制所述多色光源发出红、黄、蓝光中的一种或多种混合而成的光。4.根据权利要求3所述的一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，所述驱动电路通过脉冲信号调制，控制所述多色光源的发光参数，所述发光参数至少包括发光强度、发光时间中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，所述获取所述感光器件上所有像素的光强度信息并记录的步骤包括：控制单元根据输入或自动生成的指令生成触发信号，将所述触发信号发送到所述数据读取电路，所述数据读取电路根据所述触发信号读取所述感光器件上所有像素的光强度信息，将所述光强度信息存放在存储单元内。6.根据权利要求5所述的一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，所述数据读取电路根据所述触发信号读取所述感光器件上所有像素的光强度信息的步骤包括：采用电子增益的方式将电信号放大，对放大后的电信号进行数字化采样，获取光强度的信号数值。7.根据权利要求1所述的一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，其特征在于，在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P1,P2,
…
,P
M
的步骤包括：将获取的所有像素的光强度信号数值用一维数组G表示为G＝[g1,g2,...,g
k
]，其中k为像素的个数，根据所述多色光源发射出的光所包含的波长种类，划分数组G的变化区间，确定每一区间内的最大值所在的位置为所述峰值位置P。8.根据权利要求1所述的一种液体中可溶性固体物含量...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢捷斌，
申请(专利权)人：厦门希烨科技有限公司，
类型：发明
国别省市：