【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于测量，具体是一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置和测量方法。
技术介绍
1、固态、液态、气态是人们常说的“物质三态”，随着现代科学技术的发展，在化工、农业、生物等领域，物质的物理性质常常需要被测量。就液体而言，浓度值的测量是常见的。测量液体浓度的方法有很多，常见的检测办法有韦式天平法，滴定分析法，超声波法等。折光法也是一种常见的浓度测量办法，其利用光的折射原理，建立浓度与折射率的关系，在实际运用中具有操作简单、设备体积小、精度高、响应能力快等优点。
2、在申请号为cn94117961.3的专利文件中提出了一种“液体浓度在线测量仪”，该系统包括：一种光学传感头，该光学传感头包括一个密封腔体及设置在其底部中心开口处横向并排的两光学棱镜共同构成的液体棱镜，设置在棱镜表面上方的透镜构成准直聚焦透镜组，以及设置在棱镜表面上方的固定在二维调节架上的光位敏器，通过将此光学传感头插入待测液体实现浓度检测，但该系统无法实现非接触测量，且浸入深度只能由人为主观把控，待测溶液与传感器内部直接接触，无法解决装置内部被腐蚀损坏的问题，影响检测精度。在申请号为cn02240516.x的专利文件中提出了“一种盐水浓度测量装置”，该系统包括：氦氖激光光源、参考水槽、测量水槽、直角反射棱镜、倾斜光学透射窗、会聚透镜、窄带滤光片、光电位置敏感器件、数据处理电路以及计算机信号处理与显示单元，通过折射率差引起入射光线偏移来实现盐度测量，但该系统将光源置于中部的设计，使参考水槽、测量水槽组成的折射光路体积过大，单次测量消耗的待测溶液过多，会增加成
3、综上所述，不断优化测量酒精浓度的方法，成为本领域科研人员的重点研究方向。
技术实现思路
1、本专利技术要提供一种采用液体楔镜测量酒精浓度的方法，以克服现有技术存在的成本高、不能测量挥发性溶液、操作复杂和精度不够高的问题。
2、为达到本专利技术的目的，本专利技术的技术解决方案为：一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，包括激光器，激光器的水平光路上依次设置有准直镜、液体楔镜组件、汇聚成像组件、光能/位置转换器件，所述液体楔镜组件由密闭的楔形容器、带阀滴液管和废液缸组成，楔形容器上小下大，顶部设置有进液小孔，楔形容器的底部设置有出液小孔，其上连通有带阀滴液管，带阀滴液管的下端联通废液缸；光能/位置转换器件与处理显示系统相接。
3、进一步的，上述液体楔镜、汇聚成像组件、光能/位置转换器件横向固定设置于同一载物台上。
4、进一步的，上述楔形容器的楔角为13.5°。
5、进一步的，上述的汇聚成像组件组合焦距为15.75mm。
6、进一步的，上述装置测量酒精浓度的方法，包括以下步骤：
7、(1)打开激光器，调整准直镜，发射光作为测量入射光线；
8、(2)将参考溶液装入注射器，注射器的针头插入楔形容器顶部进液小孔，推动注射器的活塞，向楔形容器注入参考溶液；
9、(3)光线穿过楔形容器，经汇聚成像组件在光能/位置转换器件形成光斑，肉眼观察光斑位置及明暗程度，调整光能/位置转换器件纵向高度，获得明亮清晰的光斑；
10、(4)固定光能/位置转换器件纵向高度，查看处理显示系统，记录输出位置数据y0；
11、(5)控制带阀滴液管阀门，将阀门推至全开状态，排出楔形容器中的液体至废液缸中，排尽后将阀门置于关闭状态；
12、(6)将待测酒精溶液装入注射器，光能/位置转换器件高度不变，查看处理显示系统，记录输出位置数据yi；
13、(7)重复步骤(6)，以5％浓度为间隔，将测量得到的数据进行线性拟合，得到酒精浓度和光斑位置变化图；
14、(8)算出5％浓度为间隔溶液与参考溶液y0方向的差值，进行数据拟合得到一条酒精浓度和δy的“近似直线”
15、δy＝yi-y0 (1)
16、c＝-2.7909δy (2)
17、(9)将公式(1)、(2)作为已知条件，测量未知浓度的酒精溶液时，只要测定其光斑位置，通过公式(1)、(2)计算出该酒精的浓度。
18、进一步的，上述装置测量酒精浓度的方法还包括使用参考溶液对系统进行修正，具体步骤是：将光能/位置转换器件的纵向高度固定，以等离子水作为参考溶液，光线通过参考溶液时，使形成的光斑位于光能/位置转换器件的中央。
19、与现有技术相比，本专利技术的优点为：
20、1、本专利技术结构简单，准直镜、液体楔镜、汇聚成像组件、光能/位置转换器件横向相对位置固定，安装于同一载物台上，大大减小检测装置体积及制作成本；注射器、楔形容器和带阀滴液管构成密闭检测环境，可以减少液体挥发，提高对挥发性液体检测精度；采用固定角度的液体楔镜，实现非接触式测量的同时，使光学现象更为明显，保证了测量精度。采用二维psd光能/位置转换器件，分辨率达微米级别，具有高效性的同时保障了检测的高精度。
21、2、本专利技术利用折光法原理测量液体折射率。本专利技术将待测液体装入具有特定倾角的树脂梯形容器中，使待测液体形成具有特定楔角的液体楔镜，准直测量光线穿过待测液体，出射光线经汇聚后在光能/位置转换器件表面汇聚形成一个光斑。相较于一些利用平行平板或透光水槽的同类酒精检测装置，此方法在不增加其它光学元件的情况下，仅使用液体楔镜就能显著增大不同被测液体出射光斑之间的位置差异，从而更容易被psd光能/位置转换器分辨，快速完成酒精浓度的测量，并获得准确的测量结果。此方法中的梯形容器不仅是容纳待测液体的器具，同时也是形成液体楔镜的光学部件之一，除此之外整个系统中无需再加入其它任何折光元件，即可完成酒精浓度的测量。本专利技术方案中，入射、出射面之间的楔角为13.5°(楔角可根据不同psd的靶面大小及整个测量系统长度要求等进行设计)，该特定的参数使不同浓度酒精的光斑成像位置差异明显，能通过psd光能/位置转换器区分开，再通过计算标定，实现快速精准的浓度测量。
22、3、梯形容器结构便于测量液体的注、排，在其上下两面分别设有注入孔和排液阀，不仅方便被测液体的更换，同时也使对酒精的检测在相对密闭的环境中完成，避免了测试过程中因酒精挥发而造成浓度测试结果的失真。
23、4、本专利技术方法独特：本专利技术利用多组已知浓度的酒精标准液对装置进行定标，在定标时，记录不同浓度酒精溶液光斑的yi值，同时计算出此时yi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，包括激光器(1)，其特征在于：所述激光器(1)的水平光路上依次设置有准直镜(2)、液体楔镜组件、汇聚成像组件(7)、光能/位置转换器件(8)，所述液体楔镜组件由密闭的楔形容器(4)、带阀滴液管(5)和废液缸(6)组成，楔形容器(4)上小下大，顶部设置有进液小孔，楔形容器(4)的底部设置有出液小孔，其上连通有带阀滴液管(5)，带阀滴液管(5)的下端联通废液缸(6)；光能/位置转换器件(8)与处理显示系统(9)相接。
2.根据权利要求1所述的一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，其特征在于：所述液体楔镜组件、汇聚成像组件(7)和光能/位置转换器件(8)横向固定设置于同一载物台上。
3.根据权利要求2所述的一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，其特征在于：所述楔形容器(4)的楔角为13.5°。
4.根据权利要求3所述的一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，其特征在于：所述的汇聚成像组件(7)组合焦距为15.75mm。
5.根据权利要求1所述的一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置的测量酒精浓度的方法，其特征在
6.根据权利要求5所述的一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置测量酒精浓度的方法，其特征在于：还包括使用参考溶液对系统进行修正，将光能/位置转换器件(8)的纵向高度固定，以等离子水作为参考溶液，光线通过参考溶液时，使形成的光斑位于光能/位置转换器件(8)的中央。
...【技术特征摘要】
1.一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，包括激光器(1)，其特征在于：所述激光器(1)的水平光路上依次设置有准直镜(2)、液体楔镜组件、汇聚成像组件(7)、光能/位置转换器件(8)，所述液体楔镜组件由密闭的楔形容器(4)、带阀滴液管(5)和废液缸(6)组成，楔形容器(4)上小下大，顶部设置有进液小孔，楔形容器(4)的底部设置有出液小孔，其上连通有带阀滴液管(5)，带阀滴液管(5)的下端联通废液缸(6)；光能/位置转换器件(8)与处理显示系统(9)相接。
2.根据权利要求1所述的一种采用液体楔镜测量酒精浓度的装置，其特征在于：所述液体楔镜组件、汇聚成像组件(7)和光能/位置转换器件(8)横向固定设置于同一载物台上。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：杨陈，王媛，陈阳，李世杰，薛一帆，王志东，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。