一种检测pH值的方法及便携式pH值快速检测仪与流程

本发明属于酸碱度检测技术领域，具体涉及一种检测ph值的方法及便携式ph值快速检测仪。

背景技术：

目前ph值的测定主要有ph计等电子器械，这种器械是利用原电池的工作原理实现的，通常将参比电极直接插入待测溶液样品中，这种测试方法需要待测溶液样品在50ml以上才便于测试，操作也相对比较繁琐。这种传感器较精密，需要经常校准和维护，而且电极容易损坏和受到干扰。传统的酸碱值测定采用ph试纸，通常用清洁的滴管或玻璃棒从待测液体中取一滴约0.1ml沾染到ph试纸上，然后将试纸变化稳定后的颜色与标准比色卡的颜色进行比对，从而判断待测液体的ph值。这种方法由于需要人眼辨识比对颜色，受到主观影响和环境光线影响，测量精度不高，且使用的灵活性较差。在工业上，某些表面处理工艺采用酸洗，为了控制工艺参数需要监控检测表面酸碱值，但是表面残留物较少，无法采用ph计和试纸进行直接测量。

技术实现要素：

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种检测ph值的方法及便携式ph值快速检测仪，能够采用非接触方式获取ph值，获得的ph不受检测者的主管因素的影响，适用于多种检测环境。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种检测ph值的方法，包括：a、获取待检测颜色cd的rgb值，根据颜色空间距离公式求与待检测颜色cd距离最小的预设颜色cs的rgb值，得到预设颜色cs对应的酸碱值ph；b、根据步骤a得到的预设颜色cs对应的酸碱值ph以及设定的间隔δph，求取与步骤a中的预设颜色cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率；c、根据步骤b得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色cd对应的酸碱值。

进一步地，所述间隔δph是指在酸碱值测量范围[a,b]内，按间隔δph设置若干组预设颜色，并将这些预设颜色的rgb值作为电子比色卡。

进一步地，按间隔δph预设若干组预设颜色的方法是：在酸碱值测量范围[a,b]内，先按间隔δph为单位1设置预设颜色，如果设定组数小于5个，则按间隔δph为单位0.1设置预设颜色。

进一步地，所述步骤b具体为：

如果预设颜色cs对应的酸碱值ph＝a，根据颜色空间距离公式求：酸碱值ph对应的预设颜色cs与待检测颜色cd的空间距离d、酸碱值ph+δph对应的预设颜色cs+与待检测颜色cd的空间距离d+、酸碱值ph对应的预设颜色cs与酸碱值ph+δph对应的预设颜色cs+的空间距离δd+，如果d<δd+，求距离比率k＝d/(d+d+)；如果预设颜色cs对应的酸碱值ph＝b，根据颜色空间距离公式求：酸碱值ph对应的预设颜色cs与待检测颜色cd的空间距离d、酸碱值ph-δph对应的预设颜色cs-与待检测颜色cd的空间距离d-、酸碱值ph对应的预设颜色cs与酸碱值ph-δph对应的预设颜色cs-的空间距离δd-，如果d<δd-，求距离比率k＝d/(d+d-)；如果预设颜色cs对应的酸碱值a<ph<b，根据颜色空间距离公式求：酸碱值ph+δph对应的预设颜色cs+与待检测颜色cd的空间距离d+、酸碱值ph-δph对应的预设颜色cs-与待检测颜色cd的空间距离d-，求距离比率k＝d-/(d++d-)；

进一步地，在所述步骤c中，待检测颜色cd对应的酸碱值为：

一种便携式ph值快速检测仪，包括：探测器，用于采集物体表面的颜色并传送给微控制器；微控制器，用于接收探测器采集的物体表面的颜色并按照前述的检测ph值的方法，获取待检测颜色cd对应的酸碱值。

进一步地，所述探测器通过iic数据接口与微控制器连接。

进一步地，所述探测器和微控制器设置在可手持的便携式小型箱体内，所述箱体上设有与探测器相匹配的探测器窗口，所述探测器窗口的两端设有补足光源窗口，所述补足光源窗口内的补足光源与微控制器电连接，所述微控制器还与ups电源、显示屏和按键电连接。

进一步地，所述显示屏采用spi接口与微控制器连接。

进一步地，所述补足光源为白光led光源。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

(1)本发明通过采集物体表面残留物的颜色，将颜色rgb值与标准ph比色卡上的颜色rgb值进行比对，获取物体表面残留物的ph值，适用于多种检测环境，尤其适用于酸洗工艺中，产品表面残留物较少的情况；

(2)本发明通过采集物体表面残留物的颜色判断物体表面残留物的ph值，结果客观，不受测试者的技术水平和主管因素的影响，测试结果具有一致性；

(3)本发明检测过程快速，结果可靠，提高了检测者的工作效率，改善了检测者的工作环境，降低了劳动成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种便携式ph值快速检测仪的硬件系统框图；

图2是本发明实施例提供的一种便携式ph值快速检测仪的微控制器接口扩展框图；

图3是本发明实施例提供的一种便携式ph值快速检测仪的平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

一种检测ph值的方法，包括：a、获取待检测颜色cd的rgb值，根据颜色空间距离公式求与待检测颜色cd距离最小的预设颜色cs的rgb值，得到预设颜色cs对应的酸碱值ph；b、根据步骤a得到的预设颜色cs对应的酸碱值ph以及设定的间隔δph，求取与步骤a中的预设颜色cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率；c、根据步骤b得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色cd对应的酸碱值。

本实施例中，在酸碱值测量范围[a,b]内，先按间隔δph设置若干组预设颜色，并将这些预设颜色的rgb值作为电子比色卡。以检测酸洗产品表面的残留物的ph为例：

(1)先通过传感器采集产品表面残留物的颜色信息，获取待检测颜色cd，进一步获取待检测颜色cd的rgb值，根据颜色空间距离公式求与待检测颜色cd距离最小的预设颜色cs的rgb值，得到预设颜色cs对应的酸碱值ph；

(2)根据(1)中得到的预设颜色cs对应的酸碱值ph以及设定的间隔δph，求取与预设颜色cs相邻的预设颜色之间的颜色空间的距离比率，具体为：

如果预设颜色cs对应的酸碱值ph＝a，根据颜色空间距离公式求：

酸碱值ph对应的预设颜色cs与待检测颜色cd的空间距离d、酸碱值ph+δph对应的预设颜色cs+与待检测颜色cd的空间距离d+、酸碱值ph对应的预设颜色cs与酸碱值ph+δph对应的预设颜色cs+的空间距离δd+，如果d<δd+，求距离比率k＝d/(d+d+)；

如果预设颜色cs对应的酸碱值ph＝b，根据颜色空间距离公式求：

酸碱值ph对应的预设颜色cs与待检测颜色cd的空间距离d、酸碱值ph-δph对应的预设颜色cs-与待检测颜色cd的空间距离d-、酸碱值ph对应的预设颜色cs与酸碱值ph-δph对应的预设颜色cs-的空间距离δd-，如果d<δd-，求距离比率k＝d/(d+d-)；

如果预设颜色cs对应的酸碱值a<ph<b，根据颜色空间距离公式求：

酸碱值ph+δph对应的预设颜色cs+与待检测颜色cd的空间距离d+、酸碱值ph-δph对应的预设颜色cs-与待检测颜色cd的空间距离d-，求距离比率k＝d-/(d++d-)；

(3)根据(2)中得到的颜色空间的距离比率获得待检测颜色cd对应的酸碱值；待检测颜色cd对应的酸碱值为：

本实施例中，按间隔δph预设若干组预设颜色的方法是：在酸碱值测量范围[a,b]内，先按间隔δph为单位1设置预设颜色，如果设定组数小于5个，则按间隔δph为单位0.1设置预设颜色；本实施例中共设置10组预设颜色。本发明通过采集物体表面残留物的颜色，将颜色rgb值与标准ph比色卡上的颜色rgb值进行比对，获取物体表面残留物的ph值，适用于多种检测环境，尤其适用于酸洗工艺中，产品表面残留物较少的情况；测试结果客观，不受测试者的技术水平和主管因素的影响，测试结果具有一致性。

实施例二：

如图1～图3所示，基于实施例一所述的检测ph值的方法，本实施例提供一种便携式ph值快速检测仪，包括：探测器1，用于采集物体表面的颜色并传送给微控制器3；微控制器3，用于接收探测器1采集的物体表面的颜色并按照实施例一所述的检测ph值的方法，获取待检测颜色cd对应的酸碱值。

探测器1和微控制器3设置在可手持的便携式小型箱体7内，箱体7上设有与探测器1相匹配的探测器窗口，探测器窗口的两端设有补足光源窗口，补足光源窗口内的补足光源2与微控制器3电连接，微控制器3还与ups电源5、显示屏4和按键6电连接；箱体7上开设有与显示屏4和按键6相匹配的容纳窗口。

本实施例中，箱体7上还设有microusb通讯和充电接口。microusb通讯接口与微控制器3电连接，用于与上位机进行数据交换，充电接口与ups电源5电连接，用于给ups电源5充电。探测器1为具有颜色识别功能的传感器，具有红色、蓝色和绿色三种光电信号分量解算功能，通过iic数据传输功能接口与微控制器3电连接进行数据传输。补足光源2为白光led光源，可通过pwm(脉冲宽度调制)方式控制光源强度级别。微控制器3配置一颗微控制器芯片，并具有足够扩展探测器1、补足光源2、显示屏4、ups电源5和按键6等的全部接口引脚数量。微控制器可以采用单片机，单片机优选具有16个引脚以上，带1个isp编程接口，1个uart串口或usb通讯接口，4个以上控制按键的通用i/o引脚，1个控制led光源的pwm专用或通用可模拟pwm功能的i/o引脚，1个与颜色传感器连接通讯的iic接口，1个与显示模块连接通讯的spi接口。所述程序是写入单片机的可执行程序，程序具有控制led光源强度的功能，能够响应按键功能，能够通过iic接口读取颜色传感器的数据并将数据计算成对应颜色的rgb值，能够进行颜色空间的白平衡校正，并将对应颜色rgb值按照实施例一的方法转化为酸碱值。显示屏4可以是采用tft(玻璃基板技术)、oled(有机电致发光显示技术)、stn(超扭转向列技术)、tn(扭曲向列技术)等工艺制备的单色或彩色显示模块。ups电源5包含一颗聚合锂电池芯，具有高效升压稳压能力和停电不间断供电的功能。按键6可以是3到5位的薄膜式或弹簧按钮式的各种轻触开关。

如图1所示，系统中微控制器检测光源按键开关，点亮白光led，led照射待测表面，反射光照到tcs34725颜色识别传感器上。tcs34725通过自身电路可实现对红色、绿色和蓝色滤波器的选通和ad转换，并将对应的信号值保持到寄存器。微控制器对这3个信号值进行处理后，将其转换为标准rgb值，并在lcd上显示。本实施例中，微控制器采用的单片机型号为：atmega328。如图2所示，颜色传感器模块带有tcs34725颜色识别传感器和两颗白光led灯，并集成r,g,b颜色分量解算芯片，可采用集成mcu解算和单独传感器两种模式。微控制器主板扩展采集接口和lcd接口，集成avr8位微控制器，可根据实际应用情况提高芯片性能选型。液晶屏可根据实际应用情况调整为段码式液晶，使设计更加轻便。uart和isp接口为用于调试和烧录程序的接口，微控制器通过iic接口与tcs34725传感器进行通信。扩展其他外设包括显示屏、按键和led光源。

本实施例所述便携式ph值快速检测仪的操作步骤：先按下电源开关，打开led光源，枪头垂直对准测量区域，距离4-10cm，按下检测键，液晶屏上显示一个值，即为本仪器检测的酸度值。重复以上操作三次，取平均值得出最终酸度值。

本实施例所述便携式ph值快速检测仪的工作流程：在按下检测键后，仪器的微处理器先控制颜色传感器计算得到对应红色、绿色和蓝色滤波器输出的3个信号值，然后根据传感器的白平衡校正系数进行处理，将其转换为标准rgb色度值。最后，微处理器根据上述对应rgb值转化为酸碱值的算法计算出对应酸度值，并输出到显示屏上。

本实施例所述便携式ph值快速检测仪基于颜色传感器进行非接触式酸碱值采集，同时可以生成电子比色卡，并可对电子比色卡进行增加和删除编辑，实现ph值测量的数字化和简便性。检测过程快速，结果可靠，提高了检测者的工作效率，改善了检测者的工作环境，降低了劳动成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。