一种β-环糊精溶液浓度检测装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种β-环糊精溶液浓度检测装置及方法。解决现有技术中的装置和方法对糖浓度检测精度低、操作繁琐的问题。装置包括控制终端和数据采集机构，数据采集机构包括工作台、电极间距调节平台、容器、第一电极和第二电极，电极间距调节平台通过升降机构连接在工作台上，平台上设置有渐开线移动槽，在渐开线移动槽内侧壁上设置有运动机构，第二电极移动连接在移动槽内。通过检测两电极之间电流密度值，代入二阶线性系统随机共振模型，计算得到信噪比特征值，根据浓度计算公式得出溶液浓度。本发明的优点是检测精度更好，装置结构简单，操作方便快捷，重复性高。
【专利说明】一种环糊精溶液浓度检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种溶液浓度检测技术，尤其是涉及一种精度高、操作简单的环 糊精溶液浓度检测装置及方法。
【背景技术】
[0002] 在化工、食品和医疗卫生等众多领域，常常需要对溶液的浓度进行检测。现有糖浓 度检测技术有仪器分析检测法和化学检测法。仪器分析检测法虽然操作简单，但是存在检 测精度低的缺陷，而化学检测法存在操作繁琐，重复性差的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明主要是解决现有技术中的装置和方法对糖浓度检测精度低、操作繁琐的问 题，提供了一种检测精度高、操作简单的3 -环糊精溶液浓度检测装置，以及采用该装置的 检测方法。
[0004] 本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种环糊精 溶液浓度检测装置，包括控制终端和数据采集机构，所述数据采集机构包括工作台、电极间 距调节平台、容器、设置在电极间距调节平台下方的第一电极和第二电极，所述电极间距调 节平台通过升降机构连接在工作台上，容器设置在电极调节平台下部，在电机距离调节平 台上设置有渐开线移动槽，在渐开线移动槽内侧壁上设置有在渐开线移动槽内移动的运动 机构，所述第一电极上连接第一连杆，第一连杆向上转动连接在渐开线移动槽基圆所在中 心处，且第一连杆上端穿过平台位于平台上部，所述第二电极上连接第二连杆，第二连杆向 上连接在运动机构上，且第二连杆上端穿过平台位于平台上部，在第一连杆和第二连杆上 端设置有正对调节机构，工作台内还设有处理模块，所述第一电极、第二电极与处理模块连 接，处理模块与控制终端相连接。本发明装置控制终端为计算机，计算机与工作台内的处理 模块连接，接收处理模块对信息进行处理、控制工作台上各机构部件工作，并发送的信息给 控制终端，最终得出溶液浓度值。第一电极和第二电机伸入到溶液内对溶液浓度进行检测， 检测到的数据发送给处理模块。运动机构能在渐开线移动槽内往返运动，第二电极连接在 运动机构上，第一电极转动连接在渐开线移动槽基圆所在中心处，这样运动机构带动第一 电极运动时，可以逐渐调节两个电极之间的相对距离。正对调节机构用于保持两个电极始 终正对。本发明装置自动实现了对溶液检测过程，结构简单，操作方便。
[0005] 作为一种优选方案，所述渐开线移动槽包括工作槽和过渡槽，工作槽为沿渐开线 设置的上下贯穿的槽体，所述过渡槽平缓连接在工作槽两端之间，将整个渐开线移动槽连 接成一封闭槽，所述运动机构包括设置在渐开线移动槽内侧壁上的限位导轨，所述限位导 轨截面为T形，在限位导轨上配合套置有移动带，在移动带的外表面上设置有齿体，在过渡 槽处还设置有电机驱动的齿轮，所述齿轮与移动带表面齿体相啮合，在移动带上还固定有 固定套，所述固定套位于在工作槽内，所述第二连杆连接在固定套上。渐开线移动槽整个为 封闭的槽体，移动带为一圈，包在渐开线移动槽内侧壁上，通过齿轮转动带动移动带移动， 工作槽为渐开线结构，移动带移动则固定套呈渐开线方向移动，即使得第二电极绕第一电 极以渐开线趋势移动，逐渐调节两电极之间的距离。
[0006] 作为一种优选方案，所述正对调节机构包括分别设置在第一连杆上端和第二连杆 上端的平板，两平板相平行且表面相正对，在两平板之间固定有一伸缩杆，所述伸缩杆分别 与两平板垂直固定。两平板正相对，伸缩杆两端固定在两平板的中心，这使得两平板始终保 持正对。第一连杆为转动连接在电极间距调节平台上，这样当第二杆体在渐开线移动槽内 移动时，在伸缩杆的带动下，第一连杆转动，这样就使得两电极始终正对。
[0007] 作为一种优选方案，所述过渡槽为带底部的槽体，过渡槽的宽度小于工作槽的宽 度，在过渡槽两端与工作槽两端相连处分别形成有挡体，在挡体上分别设置有行程开关，所 述形成开关与处理模块相连。该过渡槽平缓连接在工作槽两端，使得移动带能往复移动，另 外固定套只在工作槽内移动，无需在过渡槽内移动，过渡槽只需让工作带通过即可，且过渡 槽具有底部这样将渐开线移动槽内部部分与外部部分连接在一起成为一个整体，同时工作 槽和过渡槽宽度不同在彼此连接处形成挡体，在固定套运动至工作槽端头时可以阻止固定 套继续向前运动，另外还通过设置行程开关，挡固定套运动至工作槽端头时就会触碰行程 开关，形成开关发送信息给处理模块，处理模块则控制运动机构停止或反转。
[0008] 作为一种优选方案，还包括有搅拌机构，搅拌机构包括安装在容器底部的旋转叶 片，以及安装在容器下部工作台内的磁性驱动器，所述磁性驱动器为电机，电机与处理模块 连接，在电机轴上横向设置有摆杆，摆杆中心连接在电机轴上，在摆杆的两端上分别设置有 磁体，所述旋转叶片上设置有金属片。搅拌机构用于对容器内溶液进行搅拌，旋转叶片转动 安装在容器底部上，磁性驱动器则安装在工作台内，容器放置在磁性驱动器上部，这样在电 机驱动摆杆旋转时，由于磁性的作用，带动了旋转叶片进行旋转。该搅拌机构结构简单合 理，通过磁性带动旋转，省去了水密封设计。
[0009] 作为一种优选方案，所述升降机构包括坚直安装在工作台上的液压杆，液压杆的 移动端上固定有连接套，所述电极间距调节平台与连接套相固定。升降机构的液压杆控制 电极间距调节平台上下移动。
[0010] 作为一种优选方案，所述第一电极为泡沫铜电极，所述第二电极为钼片电极。
[0011] 一种0 -环糊精溶液浓度检测方法，采用权利要求4-7任一项中的装置，包括以下 步骤：
[0012] 步骤一：检测工作电极和对电极是否合格，如果合格则进行下一步骤，否则更换工 作电极和对电极；
[0013] 步骤二：取25ml的0.lmol/LNaOH溶液加入容器内，搅拌机构工作持续搅拌溶液， 处理模块在第一电极和第二电极之间施加+〇. 5V的恒电压；
[0014] 步骤三：取0. 05ml的0.lmol/L0 -环糊精溶液加入容器内，控制终端通过处理模 块检测电流密度，同时控制终端通过运动机构调整第二电极在渐开线移动槽上的位置，检 测第二电极位于渐开线移动槽内不同位置时的电流密度，最后使第二电极停留在检测的电 流密度处于最大值处，并记录此时的电流密度值S(t)及容器内溶液的0 -环糊精浓度X;
[0015] 步骤四：每间隔50秒取0. 05ml的0.lmol/L0 -环糊精溶液加入容器内，控制终 端通过处理模块检测一次电流密度，如此循环检测9次，并记录每一次检测的电流密度值 S(t)及其对应的容器内溶液的0 -环糊精浓度X;
[0016]步骤五：控制终端将检测的10个电流密度值s(t)进行同样的数据处理，计算出 10个信噪比特征值，对每个电流密度值s(t)进行的数据处理包括以下步骤：
【权利要求】
1. 一种β-环糊精溶液浓度检测装置，其特征在于：包括控制终端（19)和数据采集机 构，所述数据采集机构包括工作台（1)、电极间距调节平台（2)、容器（3)、设置在电极间距 调节平台下方的第一电极（4)和第二电极（5)，所述电极间距调节平台通过升降机构连接 在工作台上，容器设置在电极调节平台下部，在电机距离调节平台上设置有渐开线移动槽 (10)，在渐开线移动槽内侧壁上设置有在渐开线移动槽内移动的运动机构，所述第一电极 上连接第一连杆￠)，第一连杆向上转动连接在渐开线移动槽基圆所在中心处，且第一连杆 上端穿过平台位于平台上部，所述第二电极上连接第二连杆（7)，第二连杆向上连接在运动 机构上，且第二连杆上端穿过平台位于平台上部，在第一连杆和第二连杆上端设置有正对 调节机构，工作台内还设有处理模块，所述第一电极、第二电极与处理模块（18)连接，处理 模块与控制终端相连接。
2. 根据权利要求1所述的一种β_环糊精溶液浓度检测装置，其特征是所述渐开线移 动槽（10)包括工作槽（11)和过渡槽（12)，工作槽为沿渐开线设置的上下贯穿的槽体，所 述过渡槽平缓连接在工作槽两端之间，将整个渐开线移动槽连接成一封闭槽，所述运动机 构包括设置在渐开线移动槽内侧壁上的限位导轨（16)，所述限位导轨截面为T形，在限位 导轨上配合套置有移动带（13)，在移动带的外表面上设置有齿体（17)，在过渡槽处还设置 有电机驱动的齿轮（21)，所述齿轮与移动带表面齿体相啮合，在移动带上还固定有固定套 (14)，所述固定套位于在工作槽内，所述第二连杆连接在固定套上。
3. 根据权利要求2所述的一种β-环糊精溶液浓度检测装置，其特征是所述正对调节 机构包括分别设置在第一连杆（6)上端和第二连杆上端的平板（8)，两平板相平行且表面 相正对，在两平板之间固定有一伸缩杆（9)，所述伸缩杆分别与两平板垂直固定。
4. 根据权利要求1或2或3所述的一种β-环糊精溶液浓度检测装置，其特征是所述 过渡槽（12)为带底部的槽体，过渡槽的宽度小于工作槽的宽度，在过渡槽两端与工作槽两 端相连处分别形成有挡体（22)，在挡体上分别设置有行程开关（15)，所述行程开关与处理 模块（18)相连。
5. 根据权利要求1或2或3所述的一种β-环糊精溶液浓度检测装置，其特征是还包括 有搅拌机构，搅拌机构包括安装在容器（3)底部的旋转叶片（23)，以及安装在容器下部工 作台（1)内的磁性驱动器（24)，所述磁性驱动器为电机，电机与处理模块连接，在电机轴上 横向设置有摆杆（25)，摆杆中心连接在电机轴上，在摆杆的两端上分别设置有磁体（26)， 所述旋转叶片上设置有金属片（27)。
6. 根据权利要求1或2或3所述的一种β-环糊精溶液浓度检测装置，其特征是所 述升降机构包括坚直安装在工作台（1)上的液压杆（28)，液压杆的移动端上固定有连接套 (20)，所述电极间距调节平台（2)与连接套相固定。
7. 根据权利要求1或2或3所述的一种β-环糊精溶液浓度检测装置，其特征是所述 第一电极⑷为泡沫铜电极，所述第二电极（5)为钼片电极。
8. -种β-环糊精溶液浓度检测方法，采用权利要求4-7任一项中的装置，其特征是包 括以下步骤： 步骤一：检测工作电极和对电极是否合格，如果合格则进行下一步骤，否则更换工作电 极和对电极； 步骤二：取25ml的0.lmol/LNaOH溶液加入容器内，搅拌机构工作持续搅拌溶液，处理 模块在第一电极和第二电极之间施加+0. 5V的恒电压； 步骤三：取0. 05ml的0.lmol/Lβ-环糊精溶液加入容器内，控制终端通过处理模块检 测电流密度，同时控制终端通过运动机构调整第二电极在渐开线移动槽上的位置，检测第 二电极位于渐开线移动槽内不同位置时的电流密度，最后使第二电极停留在检测的电流密 度处于最大值处，并记录此时的电流密度值S(t)及容器内溶液的β-环糊精浓度X; 步骤四：每间隔50秒取0. 05ml的0.lmol/Lβ-环糊精溶液加入容器内，控制终端通 过处理模块检测一次电流密度，如此循环检测9次，并记录每一次检测的电流密度值S(t) 及其对应的容器内溶液的β-环糊精浓度X; 步骤五：控制终端将检测的10个电流密度值S(t)进行同样的数据处理，计算出10个 信噪比特征值，对每个电流密度值S(t)进行的数据处理包括以下步骤： 代入 二阶线 性 系 统 随 机 共 振模型 + [2r+邱)+妃2(t)j(/) =Jcos(f21) +rS⑴中，并使二阶线性系统随机共振drdt 模型共振， 其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，1*和ω分别是设定的衰减系数和线性振 动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2α)的系数，ξ(t)为三 歧噪声，€(0^{-￡1，〇，&}， ￡1>〇，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为1)3(￡1)= ps(-a) =q，ps(0) =l_2q，其中 0 <q< 0· 5， 噪声均值与相关性遵循〈ξ(t) > = 0,〈ξ(t)ξ(t+τ) > = 2qa2e_Aτ, ,^4(I) 1 其中λ为相关率，三歧噪声ξ⑴的平直度为0 = _ $ ΓλΩ, +Ια?Γbc(iT-Ω) ]+2qcrb+ 5r-cr 计算得到信噪比特征值SNR_ ; 步骤六：根据10个信噪比特征值SNRmax及其对应的10个容器内溶液的β-环糊精浓 度X线性拟合得到浓度计算公式=SNRmax = 0. 7412+1. 02417Χ; 步骤七：将容器清洗干净，将待测β-环糊精溶液加入容器内，控制终端通过处 理模块检测一次电流密度，将检测的电流密度值S(t)代入二阶线性系统随机共振模 型，计算得到信噪比特征值SNRmax，将信噪比特征值SNRmax代入浓度计算公式：SNRmax = 0. 7412+1. 02417X，计算出β-环糊精溶液的浓度。
9.根据权利要求8所述的一种β-环糊精溶液浓度检测方法，其特征是步骤一还包括 以下步骤： Α.取25ml的0.lmol/LNaOH溶液加入容器内并搅拌均匀，处理模块在工作电极和对电 极之间施加电压范围为-0. 2V-0. 7V、扫描速度0. 05V/S的扫描电压进行扫描，处理模块检 测电流密度，并将其发送到控制终端，控制终端获取电流密度最大值和电流密度最小值，并 计算出电流密度最大值和电流密度最小值之间的差值Al; B.将容器清洗干净，取15ml的0.lmol/LNaOH溶液和IOml的0.lmmol/Lβ-环糊 精溶液加入容器内并搅拌均匀，电化学工作站在第一电极和第二电极之间施加电压范围 为-0. 2V-0. 7V、扫描速度0. 05V/S的扫描电压进行扫描，处理模块检测电流密度，并将其发 送到控制终端，控制终端获取电流密度最大值和电流密度最小值，并计算出电流密度最大 值和电流密度最小值之间的差值A2 ; C.如果^^ < 5%，则控制终端判断工作电极和对电极是合格的，如果Al >5%，则控制终端判断工作电极或对电极不合格。 Al
10.根据权利要求8所述的一种β-环糊精溶液浓度检测方法，其特征是所述步骤三中 控制终端控制第二电极停留在通槽内检测的电流密度处于最大值处之后还执行以下步骤： 控制终端通过升降机构带动电极间距调节平台上下运动，从而调整第一电极和第二电极浸 入容器内溶液的深度，检测第一电极和第二电极浸入溶液不同深度时的电流密度，最后使 第一电极和第二电极浸入溶液的深度为电流密度处于最大值处，并记录此时的电流密度值 S(t)及容器内溶液的β-环糊精浓度X。
【文档编号】G01N35/00GK104459171SQ201410502305
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】惠国华, 金姣姣, 常原镜, 张月东, 夏海娜, 洪静雯 申请人:浙江工商大学