一种动态监控溶液浓度变化的装置和方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及分析检测设备，具体涉及一种动态监控溶液浓度变化的装置和方法。
【背景技术】
[0002] 目前应用较为广泛的测定溶液浓度的方法是分光光度法。分光光度法是通过测定 被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸光度或发光强度，对该物质进行定性和定 量分析的方法。通过对已知浓度溶液吸光度的测量，得到溶液浓度与吸光度之间的关系曲 线，利用比尔-朗伯定律即可测得溶液的浓度。分光光度法不但精度高、重复性较好，而且操 作简便快捷。
[0003] 但是，分光光度法所使用的分光光度计是一种精密仪器，其对工作环境与操作方 法的要求较为严格，对操作人员要求高，且价格较为昂贵。同时分光光度计不能实时检测溶 液浓度。
[0004] 而便携式二氧化氯溶液浓度测定仪器虽然具有能够实时监控二氧化氯的浓度，并 且设备精简，采用电池供电，拜托了对交流电的依赖，无需在试样中加入其他试剂等优点， 但其使用范围较小，只能用来测量二氧化氯溶液浓度。其用途具有很大的局限性。
[0005] 因此开发一种设备精简，操作简便，用途广泛，能够实时监测，价格低廉的浓度测 定仪器，提供给学校教学，工农业生产等使用就显得十分必要。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种动态监控溶液浓度变化的装 置，该装置可以对穿过溶液后的光进行拍照，并将RGB图像转化成灰度值，通过灰度值的变 化实时监测溶液浓度变化，可用于实验教学与对精度要求不高的工农业生产中，经济可行；
[0007] 本发明的第二目的在于提供一种动态监控溶液浓度变化的方法，该方法经济可 行，可以用于实时监测溶液浓度变化，且准确度高。
[0008] 上述目的是通过如下技术方案实现的：
[0009] -种动态监控溶液浓度变化的装置，包括光源、溶液槽、光屏、摄像头、计算机和光 具座;所述光源、溶液槽、摄像头和光屏依次固定在所述光具座上，光源的高度与溶液槽和 光屏高度一致;所述摄像头对着光屏放置，并与计算机连接;所述光源、溶液槽、光屏和摄像 头设于暗箱内；所述溶液槽为透光的溶液槽。
[0010]进一步地，所述光源为激光源。
[0011] 进一步地，所述溶液槽为石英材质。
[0012] 进一步地，所述光源、溶液槽、摄像头和光屏依次可移动地固定在所述光具座上。
[0013] 进一步地，所述溶液为吸光性溶液。
[0014] -种利用上述的装置动态监控溶液浓度变化的方法，包括如下步骤：
[0015]步骤S1，开启光源、摄像头和计算机；
[0016]步骤S2,计算机控制摄像头对光屏拍照，并将拍照获得的RGB图像按照如下公式 (1)转换成灰度值，记作未添加待监控溶液前的灰度值Lo;
[0017] L = 0.2989 XR+0.5870 XG+0.1140 XB (1)
[0018] 步骤S3,将待监控溶液添加到溶液槽中，待监控溶液的液面高度高于光源穿过溶 液槽的高度，记录待监控溶液浓度初始值Co;
[0019] 步骤S4,计算机控制摄像头对光屏拍照，并将拍照获得的RGB图像按照公式（1)转 换成灰度值，获得添加待监控溶液后的初始灰度值U; T时刻当溶液槽中的待监控溶液的浓 度变化时，计算机控制摄像头对光屏再次拍照，并将拍照获得的RGB图像按照公式（1)转换 成灰度值，获得T时刻的灰度值L T;
[0020] 步骤S5，按照如下公式(2)计算T时刻待监控溶液的浓度CT;
[0021]
[0022 ]进一步地，所述待监控溶液为吸光性溶液。
[0023]进一步地，所述T时刻溶液槽中的待监控溶液的浓度变化由于被稀释浓度变化或 溶液分解浓度变化。
[0024]本发明的有益效果：
[0025] 1、本发明提供的动态监控溶液浓度变化的装置可以对穿过溶液后的光进行拍照， 并将RGB图像转化成灰度值，通过灰度值的变化实时监测溶液浓度变化，可用于实验教学与 对精度要求不高的工农业生产中，经济可行。
[0026] 2、本发明提供的动态监控溶液浓度变化的方法简易可行，可以用于实时监测溶液 浓度变化，经过对比研究证明该方法的准确度高;实际应用中，可以用于工业上两种液体混 合过程中的浓度变化监控或者用于检测溶液中化学物质降解等出现浓度变化的情况。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明提供的动态监控溶液浓度变化的装置；
[0028] 图2是激光通过柠檬黄溶液后灰度值与浓度的关系图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例详细说明本发明的技术方案。
[0030] 如图1所示的一种动态监控溶液浓度变化的装置，包括光源1、溶液槽3、光屏5、摄 像头4、计算机7和光具座2;所述光源1、溶液槽3、摄像头4和光屏5依次固定在所述光具座2 上，光源1的高度与溶液槽3和光屏5高度一致;所述摄像头4对着光屏5放置，并与计算机7连 接;所述光源1、溶液槽3、光屏5和摄像头4设于暗箱6内。所述溶液槽3为透光的溶液槽。
[0031] 为了提高光源的非散射性，所述光源1为激光源。
[0032] 为了提高溶液槽的机械强度和透光效果，所述溶液槽3为石英材质。
[0033]为了便于调整光源1、溶液槽3、摄像头4和光屏5之间的距离，所述光源1、溶液槽3、 摄像头4和光屏5依次可移动地固定在所述光具座2上。
[0034] 上述装置适用于吸光性溶液的浓度监控。
[0035] -种利用上述的装置动态监控溶液浓度变化的方法，包括如下步骤：
[0036]步骤S1，开启光源、摄像头和计算机；
[0037] 步骤S2,计算机控制摄像头对光屏拍照，并将拍照获得的RGB图像按照如下公式 (1)转换成灰度值，记作未添加待监控溶液前的灰度值Lo;
[0038] L = 0.2989 XR+0.5870 XG+0.1140 XB (1)
[0039] 步骤S3，将待监控溶液添加到溶液槽中，待监控溶液的液面高度高于光源穿过溶 液槽的高度，记录待监控溶液浓度初始值Co;
[0040] 步骤S4,计算机控制摄像头对光屏拍照，并将拍照获得的RGB图像按照公式（1)转 换成灰度值，获得添加待监控溶液后的初始灰度值U;当溶液槽中的待监控溶液的浓度变 化至T时刻时，计算机控制摄像头对光屏拍照，并将拍照获得的RGB图像按照公式（1)转换成 灰度值，获得T时刻的灰度值L T;
[0041 ] 击骤SFi,桉照加下公忒（2H+笪T时刻待蓝控溶液的浓度Ct。
[0042]
[0043 ] 上述方法适用于吸光性溶液的浓度监控。
[0044] 该方法的原理如下：
[0045] 1、比尔-朗伯定律
[0046] 根据比尔-朗伯定律，当一束平行单色光通过均匀吸光性溶液，溶液对光的吸光度 A与光在溶液中经过的光程d以及溶液的浓度c呈正比，公式为：
[0047] A = k*c*d
[0048] k为光的比例吸收系数，是一个常数。只要测出光程d以及某时刻吸光度A，就可以 求出浓度c。
[0049] 2、图像处理一 RGB三基色法 [0050] 2.1 RGB 模式
[0051 ] 国际照明委员会（CIE)规定700nm(红色Red)，546 · lnm(绿色Green)，435.8nm(蓝色 Blue)三个色光为三基色，又称为物理三基色(RGB) AGB模式又称RGB色空间。它是一种加色 法模式，通过R、G、B的辐射量，可描述出任一颜色。计算机定义颜色时R、G、B三种成分的取值 范围是0-255,0表示没有刺激量，255表示刺激量达最大值。R、