随着科学技术的快速发展，对于液体溶液浓度的测量精度提出了越来越高的要求。在化工、医药、粮油、酿酒等生产部门，有大量液态的溶液，中间产物以及最后成品，为了提高产品质量、降低成本和降低劳动强度，防止灾难性事故的发生就要求对这些溶液的成分进行实时、准确的分析并将所得的信息实时地进行反馈，以便及时调整生产流程达到最佳状态[1]。

因此，液体浓度的实时在线测量在工业生产中具有重要的意义。由于需要实时的控制生产，提高生产效率，而直接的测量方法，即化学测量法，耗费了大量的时间，提高了成本，因此通常用间接测量法，即通过测量溶液的某些参数，然后根据这些参数和浓度的关系来推算溶液的浓度。根据测量参数的种类将液体浓度测量方法划分为测量电学性能的电导法、电容法、电感法，测量光学性能的折射率法、吸光率法，测量对射线的吸收能力的射线法，测量声学性能的声速法以及直接测量比重性能的容重法等等[2]。相对而言，光学方法通常只能用于透光性较好的溶液，而电导法只能用于含导电杂质较少的溶液。论文网

1.2  国内外研究现状

1.2.1  非光学法测量液体浓度

1.2.2  光学法测量液体浓度

1.3  本课题的研究工作

本课题要研究的是液体浓度在线测量系统。基于液体浓度与液体折射率之间的对应关系，转化为测量液体折射率。设计出一种测量液体折射率来测定液体浓度的方法。具体的步骤如下：

（1）选定一种合适的测量折射率的方法

基于简单方便、易于操作，并能广泛应用于工业溶液浓度测量的原则。我选用一种方便的折射率测量方案，即通过测量光线透过不同物质是的偏移量来计算溶液的折射率。

（2）选用CCD元件测量光线的偏移量

CCD元件在各个领域有着广泛的应用，特别是在非接触测量方面，其有着很高的实用性。因此，本课题也选用CCD作为测量元器件。由于其驱动信号的产生电路和信号处理电路的比较复杂，所以本课题的研究重点将放在CCD驱动时序产生电路和信号处理电路上。

（3）基于CPLD/FPGA的驱动时序电路设计

 所需要的驱动时序脉冲和后续电路所需要的各种控制信号可以通过多种途径产生，在本课题中采用CPLD/FPGA技术，实现各时序信号的产生。由于不同的CCD器件对驱动波形的要求就不同，本课题根据选用的CCD元件的要求，设计时钟脉冲的波形和变化速率，并使其与要求的脉冲信号在波形及相位的方面达到一致的效果。

（4）驱动电路的设计

CCD的驱动时序产生后，需要有一个驱动电路才能连接到CCD元件上，从而让CCD正常的工作。驱动电路的目的是为了实现电平的转换，因为产生的驱动信号与CCD的工作信号所要求的TTL电平不同，所以必须要将电平转换。

本课题中采用74LVC4245芯片来实现CCD输入信号和驱动时序产生信号之间的电平转换。

（5）CCD信号处理电路的设计

CCD信号处理电路是对CCD输出的模拟信号进行处理，以此来得到想要的参数。由于CCD的输出信号微弱，需先将其放大，再通过二值化电路进行预处理，最后利用单片机对CCD输出信号处理，得到光线的偏移量。

2  液体浓度在线测量系统设计

2.1  液体折射率测量系统设计

液体浓度与折射率存在一定的关系，通过测量液体折射率的变化可以实现液体浓度的测量。液体的折射率由它的密度决定，而液体的密度与其温度和浓度有关。因此，在一定的条件下，液体的折射率与其浓度呈线性关系。