基于光电技术的浓缩乳胶中干胶含量测量系统技术方案

本实用新型专利技术所述的是基于光电技术的浓缩乳胶中干胶含量测量系统，它是基于光电传感技术，涉及一种光电传感器的新型结构和浓缩乳胶中干胶含量的测量数据处理流程，其中，光电传感器中的发光模块由４个不同波长的ＬＥＤ组成，ＬＥＤ以感光模块光电二极管为圆心整齐的环绕在感光模块外围，并以１５度角斜入射到乳胶表面，通过透光转盘使得每次只有某一个ＬＥＤ光入射到样品上以及通过可升降载物台来调节样品与感光模块之间的距离，浓缩乳胶中干胶含量的测量数据处理流程由数据预处理及数据计算组成，数据预处理即在采样多次测量数据后进行有效性筛选，而后再进行均值处理，数据计算是对预处理后的数据代入标准方程进行计算，确定所测样品干胶含量值。这种基于光电技术的浓缩乳胶中干胶含量测量系统具有廉价，测量快速，体积小易于携带的优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术所述的是一种基于光电技术的浓縮乳胶中干胶含量测量系统，它是基于光电传感技术，涉及一种光电传感器的物理结构，浓縮乳胶中干胶含量的测量数据处理流程以及整个系统测量稳定性，其中，使用了环状分布方式的LED和光电二极管作为光电传感 器的信号发生器和接收器，通过可升降载物台调节样品与感光模块之间的距离，同时采用 多元线性回归分析法处理测量数据，并增加一路参考信号用消除温漂对系统测量稳定性的 影响。二
技术介绍
天然橡胶是一种重要工业原料，它是从含胶植物中提取出来的，橡胶与钢铁、石油 和煤炭号称四大工业原料。天然橡胶由于具有诸多优越性质，因此市场的需求量大，并且作 为可再生资源，浓縮乳胶比起以石油为原料的合成橡胶具有相当大的生态优势。近年来，由 于全球性的环保政策使得天然橡胶的需求进一步的大幅度上升，造成价格的激增，而橡胶 乳胶中的干胶含量是决定橡胶价格的关键因素。 在实现对浓縮乳胶中干胶含量的测量中，通常采用标准化学分析方法，基本原理 是将浓縮乳胶试料稀释至总固体含量为20%，并用乙酸酸化。然后将凝固的橡胶压成薄片， 在7(TC下干燥，最后进行称量计算。 此外，也采用一些间接测量法，使用基于微波技术的测量方法和基于电容式传感 器的测量方法。微波测量法主要是测量微波通过乳胶衰减程度，利用高精度步进电机驱动、 计算机自动控制、信号处理、电子液晶显示等技术研制的测胶仪。电容式传感器测量技术主 要利用电容测量技术，基本原理是电容的容量正比与极板面积，介质的介电常数，反比与极 板之间的距离。如果极板面积和极板之间的距离保持不变，则电容容量正比于介质的介电 常数，通过测量电容容量来研究被测物质的浓度性质。 在上述的浓縮乳胶中干胶含量标准化学测量法中，整个操作过程需要非常仔细的 操作，并且每个细节操作必须按照相应的国家标准来进行，既费时又费力。如果两次平行测 定结果超过均值的O. 1%，就需要重新测定。尽管该方法从理论上讲是比较完美的，国际上 也有类似标准ISO 126:2005，但是其测量设备笨重，测量周期长，同时又为有损测量，测量 操作麻烦，其中系统设备如分析天平和恒温箱价格昂贵，同时还需一个熟练的工作人员来 使用这些仪器。 同样的，在上述的浓縮乳胶中干胶含量微波测量系统，其高昂的价格使一些小型 胶厂，研究所，产胶园望而生却，并且维护要求高，需要定期维护，原因是它的定标曲线使用 较长时间(l-2年)后，各参数会发生变化，这将引起定标曲线形状，宽窄幅度的变化，从而 导致检测过程产生较大误差。不管怎样调整定标点，都无法将定标曲线拉回至标准位置。因 而，定标曲线必须重新进行测定，才能保证检测结果的准确性，同时改定标操作较为复杂。 而电容传感器测量法还尚在实验室研究当中。 近年来，激光技术和光谱分析技术的高速发展使得红外光谱分析技术等广泛的应3用在乳胶中干胶含量测量系统的研究中，其中廉价的LED使得系统光源不必去采用笨重的 传统白光发光源与分光器(光栅或A0FT)的组合却照样拥有较高精度的输出信号，同时适 用于感光模块光电流信号放大的高性能的运放也已经集成化市场化。本专利技术提出基于光电 技术的浓縮乳胶中干胶含量测量系统，利用光谱分析原理，采用环状结构的光电传感器，只 需将样品放入可升降载物台即可得到干胶含量测量值。该系统与通常使用的标准化学分析 测量设备相比，在测量速度，测量操作，设备价格以及维护方面都是很有进展的，因此可实 现廉价便携式快速测量浓縮乳胶中干胶含量。三
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个问题是设计一种高精度的光电传感器；第二个问题是设计配套的硬件电路，其中最主要的是设计优秀的光电流前置放大模块电路来对微电流信号进行放大以及设计二级去温漂放大模块电路来减少温度变化对系统测量的影响；第三个问题 是设计数据处理流程实现对专用信号的处理，对所获得的信号进行有效值筛选，排序和均 值处理等，进而通过标准方程计算干胶含量值。 为了达到上述的专利技术目的，本专利技术的技术方案为基于光电技术的浓縮乳胶中干胶 含量测量系统，组成框图如图1所示，系统由光电传感器100和测量系统主体150组成，具 体包括下列模块 发光模块102，用于产生不同单波长光信号，将发出的光汇聚到乳胶表面，作为光 电传感器的光信号发生器，采用4个不同波长较高稳定性的LED，其波长选择由乳胶中干胶 特征反射波长决定。不同波长LED均发出单波长光信号，但每次只有某个波长的光能透过 透光转盘，并以15度角斜入射到乳胶表面，入射光信号通过与乳胶表面以及内部物质相互 作用后，承载浓縮乳胶干胶含量信息的光信号从浓縮乳胶表面出射。 感光模块101，用于接受光信号，并且用于将光信号转变成电流信号，作为光电传 感器的光信号接收器，采用高线性度的光电二极管，其波长选择应能响应发光模块的各个 光信号波长。应该注意，光电传感器中的发光模块和感光模块之间的物理位置具有一定的 分布方式，如图2所示，发光模块以感光模块为圆心成圆形分布，整齐的环绕在感光模块外 围，图中未画出透光转盘。这种环状分布方式使得不同波长的发光模块与感光模块之间的 位置关系具有等同性。 透光转盘模块103，用于对不同波长光信号的选择透过，其物理结构为圆形，表面只开一个孔，使得每次只能使一个LED透光。透光转盘由电机控制转动，分为4个档位转动，每个档位对应一个LED，电机根据处理器发出的控制消息进行档位转动。 光学系统104，用于汇聚浓縮乳胶表面出射光，作为光电传感器的光信号汇聚器，主要由短焦距透镜组成，其功能是使得反射或散射回来的光信号汇聚到感光模块，提高光电信号的耦合率。 可升降载物台105，用于调节样品与感光模块之间的距离，由高精度步进电机和机 械模块组成。 上述光电传感器包括这样的功能，即，当将被测样品放在可升降载物台105上，发 光模块102发送4个光信号，其中一个光信号透过透光转盘入射到乳胶，并与其物质表面 和内部作用后从乳胶表面出射，由光学系统104汇聚到感光模块IOI，进而输出光电流信号到达测量系统主体150，信号处理模块113响应有待测样品，并开始根据得到的感光模块输 出信号大小通过可升降载物台调节样品与感光模块之间的距离。这是一个循环过程，直到 输出光电流最大，停止测量光程调节。类似的，记录该次测量数据后，信号处理模块发出控 制消息到透光转盘转动电机，转动透光档位，另一波长LED的光信号入射，如此重复上述过 程，直到4个波长LED光信号的测量数据记录完毕。 光电流信号前置放大模块110，用于放大光电流信号并将电流信号转换为电压信 号，作为测量主体的核心部分，该模块基于微电流放大原理以及高精度，高增益的ICL 7650 运放来实现微弱光信号的放大转换。在这里，对光信号高精度放大原理以及基于ICL 7650 运放的微电流放大电路进行说明。 微电流放大原理如图3所示。对于输入阻抗与放大倍数均为无穷大的理想运放， 输出电压V。二 -1^&，其中L是被测电流，Rf是反馈电阻。理论上，只要Rf取得足够大，即 使电流Is很小，也可得到较大的输出电压V。。例如，Rf = 1010Q，IS= 10—"A，则V。 =-Is*Rf =0. IV。实际上，运放输入阻抗不是无穷大，反馈电阻Rf的增大要受到运放输本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于光电技术的浓缩乳胶中干胶含量测量系统，包括下列模块：　　ａ）发光模块，用于产生不同单波长光信号，将发出的光汇聚到乳胶表面；　　ｂ）感光模块，用于接受光信号，并且用于将光信号转变成电流信号；　　ｃ）透光转盘模块，该透光转盘模块由电机驱动，并连接到信号处理模块，用于对不同波长光信号的选择透过；　　ｄ）光学系统模块，该光学系统模块由一个透镜构成，用于汇聚浓缩乳胶表面出射光；　　ｅ）可升降载物台模块，该可升降载物台模块由步进电机驱动，并连接到信号处理模块，用于调节样品与感光模块之间的距离；　　ｆ）光电流信号前置放模块，用于放大光电流信号并将电流信号转换为电压信号；　　ｇ）二级去温漂放大模块，用于减少温度变化对系统测量影响，同时也用于电压信号的放大；　　ｈ）信号转换模块，用于将输出的模拟电压信号转为数字信号，信号转换模块的转换参数由信号处理模块设置；　　ｉ）数据存储模块，用于存储测量数据；　　ｊ）数据显示模块，采用ＬＥＤ作为显示器，基于共阳连接和静态显示，用于显示测量所得的数据；　　ｋ）信号处理模块，用于控制透光转盘模块和可升降载物台模块，并用于对信号转换器中转换参数的设置和根据数据处理流程对输出数据的相应处理，以及控制数据存储模块和数据显示模块存储和显示测量结果。　　其特征在于，发光模块采用不同波长的ＬＥＤ，其中ＬＥＤ以感光模块为圆心成环状分布，通过透光转盘模块来选择不同波长光信号的入射以及通过可升降载物台来调节样品与感光模块之间的距离，并采用测量信号和参考信号两路差值信号作为信号输出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志敏，金小东，张林，陈刚，宋旸，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]