国内外溶液浓度检测技术研究现状
时间:2017-06-28 20:46 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 从国内外关于液体浓度检测系统研究的文献来看，检测液体浓度的方法有很多种：如戴新宇等人基于虚拟示波器的动态判别方法；金清理基于掠入射法的浓度检测方法[5]；张娜等人的基于位移传感器的浓度检测方法等等[6]。下面简单介绍几种检测方法的原理与装置。10852 1 基于虚拟示波器的判别方法 光电式传感器通常由光源、光通路和光电元件组成。在本实验测量装置中，使用光敏二极管作为光电元件，光敏二极管中的PN结可以光电导效应工作，也可以光生伏特效应工作。处于反向偏置的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流很小。当光照时，结区产生电子空穴对，在结电场作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成光电流，方向与反向电流一致。光的照度愈大，光电流愈大。由于无光照时的反偏电流很小，一般为纳安量级，因此光照时的反向电流基本上与光强成正比。 当液滴通过光通路时，对LED发出的平行光束产生了一定的遮挡与会聚作用，而这种作用使得光照在光敏二极管上的光强发生了相应的变化。用虚拟示波器来监测光敏二极管两端的电压值。由于液体的表面张力，当小液滴作自由落体运动时，液滴近似球状。显然无外界干扰的情况下每个液滴接触光束时的速度都是一样的。将LED发出的光束约束成扁平光束，调整液滴下落的路径，使液滴中心轨迹接近平行光中心。根据光在球形凸透镜中的折射规律可以知道，当液滴下边缘与光束接触后一段时间内，液滴使LED发出的光偏离原路线，从而会聚在光敏二极管上的光强度变大。因为溶液浓度与其折射率有定量的对应关系，而具有不同折射率的液滴使光会聚的程度不一致，所以根据示波器所显示的波形不同可以判别不同浓度的液体。 判别系统主要由三部分组成：液滴生成部分、光电传感器和检测电路。采用医用输液器用为产生液滴的工具，将针头固定在精密光具座上。这样做不仅液滴产生的速度可以控制，而且液滴下落的途径与大小都可以精确控制。光电传感器的光源、光通路、光电元件采用的是北京青锋仪器厂生产的光电门。检测电路的主要仪器是HP54600B型数字存储示波器，同时还使用了电脑虚拟示波器来精细比较波形。检测装置示意图见图1-1[7]。 图1-1虚拟示波器判别溶液浓度的检测装置 2 基于棱镜内反射传感器的方法 已经假设光是从光密介质入射到光疏介质，反射率表达式已由菲涅耳公式得出，当入射角远小于临界角时，反射光能量较小，且随入射角改变而变化缓慢，但在入射角逐渐接近临界角时，反射光能量开始逐渐增大且变化加大，当入射角与临界角之差很小时，反射率迅速上升，并在临界角的位置时进入全反射状态。入射角大于临界角后，全反射率应该始终保持为1， 但实际情况并非如此。如果以某些波长入射时，会产生明显的衰减全反射现象。理论与实验表明，反射光能量既与入射角有关，也与介质的复折射率有关。在衰减全反射过程中，入射光实际上是进入了光疏介质，经过一段传播距离后，从另一点重新回到光密介质中。如果在光疏介质里，入射光的波长λ处于介质的吸收波长附近，则会出现光的吸收，造成了光能的损耗，致使全反射率小于1。 显然，光在光疏介质中传播距离的长短对光吸收影响较大，可以用穿透深度来表示光深入光疏介质的程度。穿透深度D与入射角θi有密切关系,可表示为： 式中C是常数。入射角越接近临界角，穿透深度越大，光被吸收的能量越多，反射光能量也越小。当入射角远离临界角时，穿透深度迅速下降，光的损耗减少，反射光能量也较大。综上所述，不论入射角小于还是大于临界角，反射光能量都与入射角有关。如果入射角固定不变，但光疏介质的折射率发生改变，这也会导致反射光能量的改变。这时，使反射光能量变化的因素是临界角θc的改变。如以s偏振为例，菲涅耳公式可改写为另一种形式： (责任编辑：qin) |