本发明专利技术公开了一种基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置及测量方法，其测量方法包括如下步骤：定位标识、装置组装、CCD传感器调节、初始位置测量、理论偏移值测量、标样溶液配制、实际偏移值测量、浓度标尺拟合、样品偏移值测量、样品浓度计算。该测量装置包括光路形成单元和图像采集单元；光路形成单元包括依光路设置的机关发射器、凸透镜和中空三棱柱透镜，形成折射光线；图像采集单元包括用于设置在折射光线投影面的光屏以及用于采集光屏图像的CCD传感器，CCD传感器与图像采集卡电连接实现图像的采集与存储。本发明专利技术具有测量简单快捷、可实时测量溶液浓度、测量结果误差小和重复性好的特点。复性好的特点。复性好的特点。
【技术实现步骤摘要】
基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置及测量方法
[0001]本专利技术设计液体浓度测量装置
，具体是指一种基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置。
技术介绍
[0002]浓度是表征溶液特性的重要物理量，溶液浓度的高精度测量在工业生产加工过程中具有重要作用。例如：在化工领域，石油试剂等化学品需要测量确定其溶液浓度的数值。在食品领域，根据食品中的溶液浓度可判断食品的品质。在农业领域，常常需要检测农药的浓度或农药的残留率。在环境领域，对水质浓度的测量可判断水域的水质情况。
[0003]传统的溶液浓度测量方法包括：比重法、声波法和光谱法。比重法利用液体比重天平测量待测液体的比重，根据液体比重确定相应的溶液浓度，但其操作步骤较繁琐；声波法利用声波的反射波特征、幅值特征、相位差特征、波普特征等对溶液浓度进行间接测量，但测量结果容易受环境因素的影响。光谱法主要是利用光的折射、干涉、衍射等特性对溶液浓度进行间接测量。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置具有测量简单快捷、可实时测量溶液浓度、测量结果误差小和重复性好的特点。
[0005]本专利技术可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术公开了基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度的测量方法，包括以下步骤：
[0007](1)、定位标识：在水平板台上面标注好激光发射器、凸透镜、水平台、中空三棱柱透镜、光屏(内含方格纸)、CCD传感器放置的具体位置并将其放置在水平面上；
[0008](2)、装置组装：以激光发射器所在位置为起始点，凸透镜距激光发射器设置，水平台放置在距凸透镜另外一侧，在水平台上确定中空三棱柱透镜放置的位置并安装固定支架，使得激光发射器的光束经凸透镜后成为平行光束，平行光束可以穿过盛有溶液的中空三棱柱透镜后会发生相应的折射，可左右移动的光屏距水平台设置，CCD传感器放置位置不固定可根据具体情况放置，CCD传感器通过图像采集卡连接进行数据采集和储存；
[0009](3)、CCD传感器调节：调节CCD传感器的焦距和亮度，使得CCD在电脑上所呈现的画面清晰；
[0010](4)、初始位置测量：启动激光发射器，调整经凸透镜后的平行光束与光屏内的方格纸纵边重合，该边位置记为y1；
[0011](5)、理论偏移位置测量：往三棱镜中倒入蒸馏水，倒入溶液体积控制在三棱镜体积的一半，三棱镜必须放置在同一位置，三棱镜每个面所在位置不能改变，此时光屏上y1下方发生偏移，偏移的光线记为y
′
,通过CCD传感器拍摄，并读出y
′‑
y1的值，重复此操作2次，总共记录下3个偏移量的读数并取平均值；
[0012](6)、标样溶液配制：选择合适的透明液体浓度梯度，并计算出对应浓度所需样品
质量；通过使用天平准确称取样品质量于称量纸中；将称量好的样品倒入烧杯中，加少量蒸馏水溶解样品；将烧杯的溶液倒入容量瓶中，再往烧杯中加少量蒸馏水清洗，将清洗液倒入容量瓶中，重复此操作3次，使用胶头滴管滴加蒸馏水将容量瓶内溶液体积定容，将容量瓶内溶液混合均匀；
[0013](7)、实际偏移值测量：往三棱镜中倒入少量配置好的溶液润洗2到3次，润洗完毕后，往三棱镜中加入配制好的溶液，倒入溶液体积控制在三棱镜体积的一半，此时光屏上y1下方发生偏移，偏移的光线记为y2,通过CCD传感器拍摄，并读出y2‑
y1的值，重复此操作2次，总共记录下3个偏移量的读数并取平均值；
[0014](8)、浓度标尺拟合：重复步骤(6)
‑
(7)，直至测完所设计的浓度梯度，拟合出一个关于浓度C与偏移量y2‑
y1的函数，根据所拟合出的函数制作浓度标尺；
[0015](9)、样品偏移值测量：配置一个未知浓度的样品溶液，作为实验的待测液，往三棱镜中倒入少量待测量润洗2到3次，润洗完毕后，往三棱镜中加入待测量的样品溶液，倒入溶液体积控制在三棱镜体积的一半，通过CCD传感器拍摄，并读出y2
‑′
的值，重复此操作2次，总共记录下3个偏移量的读数并取平均值；
[0016](10)、样品浓度计算：根据蒸馏水偏移量与初始位置的距离y
′‑1和蒸馏水偏移量与样品偏移量的距离y2
‑′
做差可得样品偏移量与初始位置之间的距离y2‑1，结合拟合的浓度标尺得到样品浓度。
[0017]进一步地，由于在标定过程中，实际y2的位置与理论y2的位置不完全一致，为了提高测量的准确性，需要对标定的刻度尺进行相应的校准。利用标定的溶液浓度刻度尺去测量已知浓度的溶液，设计多个样品浓度区间，每个区间选取1个浓度对不同区间浓度标尺进行标定，重复(6)
‑
(9)步骤，根据溶液浓度的实际值与溶液浓度的测量值可得相应的校准值。
[0018]进一步地，配制一已知浓度的样品溶液，通过浓度标尺进行测量样品溶液浓度，记录下数据计算平均值，测得相应的溶液浓度，计算得到相应的测量相对不确定度，相对误差。
[0019]本专利技术的另外一个方面在于保护基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置，中空三棱柱镜的中空内腔形成盛有透明溶液的液体容纳腔，包括光路形成单元和图像采集单元；光路形成单元包括依光路设置的机关发射器、凸透镜和中空三棱柱透镜，机关发射器发射的光束经凸透镜后成为平行光束，平行光束穿过盛有溶液的中空三棱柱透镜后会发生相应的折射；图像采集单元包括用于设置在折射光线投影面的光屏以及用于采集光屏图像的CCD传感器，CCD传感器与图像采集卡电连接实现图像的采集与存储。
[0020]进一步地，凸透镜设置在高度可调节的固定架上。
[0021]进一步地，中空三棱柱透镜设置在水平台上。
[0022]进一步地，中空三棱柱透镜的尺寸为41mm
×
35.5mm
×
49.8mm，厚度为2.491mm。
[0023]进一步地，激光发射器为红光一字型激光发射器，其参数为650nm、5mV。
[0024]进一步地，图像采集卡型号为MV
‑
U2000。
[0025]进一步地，凸透镜的焦距为30cm。
[0026]本专利技术一种基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置，具有如下的有益效果：
[0027]本专利技术提供了一种通过测量透明液体的折射光线偏移量进而直接得出溶液浓度的装置。该方法采用平行光源照射盛有溶液的中空三棱柱透镜，由于空气与溶液的折射率不一致，折射光线产生相应的偏移，测量折射光线的偏移量，根据溶液偏移量与溶液浓度间函数的关系，从而确定待测液体的浓度。该该装置的测量简单快捷，可实时测量溶液浓度，测量结果误差小，重复性好，在透明溶液浓度的实时动态测量中具有重要应用潜力。
附图说明
[0028]附图1为本专利技术一种基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装置的组成示意图；
[0029]附图2为平行光照射中空三棱柱本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于中空三棱柱透镜的透明溶液浓度测量装方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、定位标识：在水平板台上面标注好激光发射器、凸透镜、水平台、中空三棱柱透镜、光屏(内含方格纸)、CCD传感器放置的具体位置并将其放置在水平面上；(2)、装置组装：以激光发射器所在位置为起始点，凸透镜距激光发射器设置，水平台放置在距凸透镜另外一侧，在水平台上确定中空三棱柱透镜放置的位置并安装固定支架，使得激光发射器的光束经凸透镜后成为平行光束，平行光束可以穿过盛有溶液的中空三棱柱透镜后会发生相应的折射，可左右移动的光屏距水平台设置，CCD传感器放置位置不固定可根据具体情况放置，CCD传感器通过图像采集卡连接进行数据采集和储存；(3)、CCD传感器调节：调节CCD传感器的焦距和亮度，使得CCD在电脑上所呈现的画面清晰；(4)、初始位置测量：启动激光发射器，调整经凸透镜后的平行光束与光屏内的方格纸纵边重合，该边位置记为y1；(5)、理论偏移位置测量：往三棱镜中倒入蒸馏水，倒入溶液体积控制在三棱镜体积的一半，三棱镜必须放置在同一位置，三棱镜每个面所在位置不能改变，此时光屏上y1下方发生偏移，偏移的光线记为y
′
,通过CCD传感器拍摄，并读出y
′‑
y1的值，重复此操作2次，总共记录下3个偏移量的读数并取平均值；(6)、标样溶液配制：选择合适的透明液体浓度梯度，并计算出对应浓度所需样品质量；通过使用天平准确称取样品质量于称量纸中；将称量好的样品倒入烧杯中，加少量蒸馏水溶解样品；将烧杯的溶液倒入容量瓶中，再往烧杯中加少量蒸馏水清洗，将清洗液倒入容量瓶中，重复此操作3次，使用胶头滴管滴加蒸馏水将容量瓶内溶液体积定容，将容量瓶内溶液混合均匀；(7)、实际偏移值测量：往三棱镜中倒入少量配置好的溶液润洗2到3次，润洗完毕后，往三棱镜中加入配制好的溶液，倒入溶液体积控制在三棱镜体积的一半，此时光屏上y1下方发生偏移，偏移的光线记为y2,通过CCD传感器拍摄，并读出y2‑
y1的值，重复此操作2次，总共记录下3个偏移量的读数并取平均值；(8)、浓度标尺拟合：重复步骤(6)
‑
(7)，直至测完所设计的浓度梯度，拟合出一个关于浓度C与偏移量y2‑
y1的函数，根据所拟合出的函数制作浓度标尺；(9)、样品偏移值测量：配置一个未知浓度的溶液，作为实验的待测液，往三棱镜中倒入少量待测量润洗2到3次，润洗完毕后，往三棱镜中加入待测量的样品溶液，倒入溶液体积控制在三棱镜体积的一半，通过CCD传感器拍摄，并读出y2‑
y1的值，重复此操作2...
【专利技术属性】
技术研发人员：古迪，柯予豪，朱伟玲，李容，李康彬，黄诗琪，陈昊，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：
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