一种通用折光仪模块及系统的制作方法

1.本发明属于折射率测量领域，具体地涉及一种通用折光仪模块及系统。


背景技术：

2.折光仪是一种测量液体折射率的装置。因为固体可溶物溶解后会增加液体的折射率，通过折射率测量可以实现固体可溶物含量的测量，因此折光仪可以用来测量液体中的固体可溶物的含量。水溶液中的固体可溶物通常是糖，所以这种设备在饮料(果汁、咖啡等)中被称为糖度计。
3.图1所示为常见通过反射原理来测定液体或者固体折射率的原理图，其原理利用了全反射角是由界面两种材质的折射率决定的。根据折射定律
4.sin(α
折射角
)*n
液体
＝sin(α
入射角
)*n
玻璃
5.全反射角β发生在
[0006][0007]
也就是说在玻璃入射角度大于全反射角β时，是只有反射的，而当玻璃入射角小于全反射角β时，透射和反射并存，而反射的亮度会比全反射时小，从而可以在全反射角β这个角度附近看到一个明显的亮度变化界面，通过这个亮度变化界面可以测到全反射角β，由此算出n
待测液体
(待测液体的折射率)。
[0008]
现有的折光仪，都集成有电源模块、棱镜、光电传感器和处理器，光电传感器用于采集经棱镜反射的光线，处理器用于对光电传感器采集到的信号进行处理计算，得出待测液体的折射率，电源模块(如电池)为折光仪的光源、光电传感器和处理器供电，因此，现有的折光仪体积大，尺寸大，不方便携带，成本高，且为了降低成本，处理器的性能较低，计算能力较差，影响测量性能。


技术实现要素：

[0009]
本发明的目的在于提供一种通用折光仪模块用以解决上述存在的技术问题。
[0010]
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种通用折光仪模块，包括壳体、光源和棱镜，光源和棱镜设置在壳体内，棱镜具有一与待测液体接触的接触界面，壳体的顶部设有液槽，棱镜的接触界面密封设置在液槽的底部，壳体上设有一连接部，连接部用于与具有摄像头的电子终端可拆卸连接，连接部处设有一出光通道，光源被配置为光源发射的光经过棱镜的入射面进入棱镜并照射至接触界面，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后经出光通道出光而被电子终端的摄像头接收。
[0011]
进一步的，所述壳体的顶部设有通孔，棱镜的接触界面通过密封圈密封设置在通孔的底部而形成液槽。
[0012]
进一步的，所述连接部为一插设槽。
[0013]
更进一步的，所述插设槽由壳体的第一侧壁向与第一侧壁相对的第二侧壁凹陷形
成，出光通道设置在插设槽的顶面。
[0014]
更进一步的，还包括反射单元，从接触界面反射的光经棱镜的出射面出射出棱镜后，被反射单元反射进入出光通道，经过出光通道出光而被电子终端的摄像头接收。
[0015]
进一步的，还包括电池，电池为光源供电。
[0016]
更进一步的，所述电池设置在位于插设槽下的壳体内。
[0017]
进一步的，所述光源为单波长的led光源，中心波长在500-600nm之间。
[0018]
进一步的，所述电子终端为手机、平板或电脑。
[0019]
本发明还提供了一种通用折光仪系统，包括上述的通用折光仪模块和具有摄像头的电子终端，电子终端通过连接部与通用折光仪模块可拆卸连接，电子终端的摄像头与出光通道耦合连接，用于接收由出光通道出射的光。
[0020]
本发明的有益技术效果：
[0021]
本发明的通用折光仪模块的部件少，无需光电传感器和处理器，甚至无需电池、光电传感器和处理器，结构紧凑，体积小，便于携带，成本低，且可以利用现有电子终端的计算能力，提升测量性能。
附图说明
[0022]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]
图1为现有的通过反射原理来测定液体或者固体折射率的原理图；
[0024]
图2为本发明具体实施例的通用折光仪模块的结构示意图；
[0025]
图3为本发明具体实施例的通用折光仪模块的另一视角的结构示意图；
[0026]
图4为本发明具体实施例的通用折光仪模块的另一视角的结构示意图；
[0027]
图5为本发明具体实施例的通用折光仪模块的分解图；
[0028]
图6为本发明具体实施例的通用折光仪模块的剖视图；
[0029]
图7为本发明具体实施例的通用折光仪系统的结构示意图；
[0030]
图8为本发明具体实施例的通用折光仪系统的部分分解图；
[0031]
图9为本发明具体实施例的通用折光仪系统的光路示意图。
具体实施方式
[0032]
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
[0033]
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
[0034]
如图2-9所示，一种通用折光仪模块100，包括壳体1、光源2和棱镜3，光源2和棱镜3设置在壳体1内，棱镜3具有一与待测液体200接触的接触界面31，壳体1的顶部(以图1为方向基准)设有液槽13，用于容放待测液体200，棱镜3的接触界面31密封设置在液槽13的底
部，壳体1上设有一连接部，连接部用于与具有摄像头301的电子终端300可拆卸连接，连接部处设有一出光通道14，光源2被配置为光源2发射的光经过棱镜3的入射面32进入棱镜3并照射至接触界面31，从接触界面31反射的光经棱镜3的出射面33出射出棱镜3后经出光通道14出光而被电子终端300的摄像头301接收，电子终端300的处理器对摄像头301接收到的光斑图像进行处理计算而得出待测液体200的折射率。
[0035]
本具体实施例中，壳体1优选为长方体结构，长度方向沿上下方向，使得整体结构更紧凑小巧，但并不限于此，在一些实施例中，壳体1的形状也可以实现正方体、圆柱体等其它结构。
[0036]
本具体实施例中，壳体1包括壳体本体11和上盖12，壳体本体11的顶部开口设置，上盖12盖设在壳体本体11的开口上共同围合形成一安装腔体，光源2和棱镜3设置在安装腔体内，采用该壳体1结构，结构简单，易于组装和维护，但并不以此为限，在一些实施例中，壳体1也可以采用其它壳体结构来实现。上盖12可以采用超声焊接、卡接等固定在壳体本体11的开口上。
[0037]
上盖12上设有一通孔121，棱镜3的接触界面31通过密封圈4密封设置在通孔121的底部而共同形成液槽13，密封圈4可以采用硅胶、橡胶等密封材料制成。
[0038]
优选的，本实施例中，通孔121呈喇叭状结构，通孔121外端的尺寸大于通孔121内端的尺寸，便于放入待测液体200，使用简便，但并不限于此。
[0039]
本具体实施例中，电子终端300优选为手机300
′
，手机被广泛地使用，几乎人人都有手机，且手机小巧轻便，易于使用，但并不限于此，在一些实施例中，电子终端300也可以是具有摄像头的平板、笔记本电脑等其它电子终端。
[0040]
本具体实施例中，连接部为一插设槽5，手机300
′
可拆卸地插设在插设槽5内而与通用折光仪模块100可拆卸连接，摄像头301与出光通道14耦合连接，即摄像头301对准出光通道14，用于接收由出光通道14出射的光。连接部采用插设槽5来实现，结构简单，易于实现，成本低，且使得通用折光仪模块100整体结构更紧凑，小型化，但并不限于此，在一些实施例中，连接部也可以采用现有的其它可拆卸的连接结构来实现，如采用夹持结构来实现，采用夹持机构，还可以适应于不同尺寸的电子终端300。
[0041]
优选的，本具体实施例中，插设槽5由壳体本体11的第一侧壁向与第一侧壁相对的第二侧壁凹陷形成，即插设槽5与壳体1的顶面平行设置，出光通道14设置在插设槽5的顶面。采用该插设槽5结构，结构简单紧凑，且使用时，手机300
′
可以平放，使用更便捷舒适，但并不限于此，在一些实施中，插设槽5也可以与壳体1的顶面倾斜或垂直设置。
[0042]
本具体实施例中，出光通道14为一出光通孔，朝上下方向设置，结构简单，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，出光通道14也可以由可透光的部件构成，从而提升壳体1的安装腔体的密封性。
[0043]
优选的，本具体实施例中，还包括反射单元6，从接触界面31反射的光经棱镜3的出射面33出射出棱镜3后，被反射单元6反射进入出光通道14，经过出光通道14出光而被手机300
′
的摄像头301接收，通过设置反射单元6，使得棱镜3的设计更简单，自由度更大，但并不限于此，在一些实施例中，也可以不设置反射单元6，而是通过设置棱镜3的折射率、出射面33的角度等参数，使得从接触界面31反射的光经棱镜3的出射面33出射出棱镜3后直接进入出光通道14。
[0044]
本具体实施例中，反射单元6为反射镜，易于装配，但并不限于此，在一些实施例中，反射单元6也可以是固定在安装腔体内壁的反射层等。
[0045]
本具体实施例中，还包括电池7，电池7为光源1供电，通过设置电池7，使得测量时，无需外界电源给通用折光仪模块100供电，使用更便捷，当然，在一些实施例中，为了使通用折光仪模块100的部件更少，也可以不设置电池7，而是设置一电源接口，使用时，通过电源线，如usb接线，与电子终端300的电源端口连接取电为光源1供电。
[0046]
优选的，本具体实施例中，电池7设置在位于插设槽5下的壳体本体11内，使得整体结构更合理紧凑。
[0047]
本具体实施例中，光源2优选采用led光源，具有成本低，体积小，环保等优点，但并不以此为限，在其它实施例中，光源2也可以采用现有的其它光源来实现。
[0048]
优选的，本实施例中，光源2采用led灯条来实现，结构简单，易于实现，成本低，且体积更小，当然，在一些实施例中，光源2也可以采用其它led光源，如led面光源等来实现。相应地，摄像头301工作在无穷远对焦模式下。
[0049]
现有的电子终端300的摄像头301大多数是采用cmos图像传感器，市面上已有的cmos图像传感器有些是彩色的，对于g通道会分辨率更高更灵敏，因此，本具体实施例中，光源2的波长优选为500nm-600nm，以响应g通道，更优选为520nm。
[0050]
本具体实施例中，棱镜3采用玻璃材料制成，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用塑料、树脂等其它透明材料制成。
[0051]
如图7和8所示，本发明还提供了一种通用折光仪系统，包括上述的通用折光仪模块100和具有摄像头301的电子终端300，电子终端300通过连接部与通用折光仪模块100可拆卸连接，电子终端300的摄像头301与出光通道14耦合连接，即摄像头301对准出光通道14，用于接收由出光通道14出射的光，电子终端300的处理器对摄像头301接收到的光斑图像进行处理计算而得出待测液体200的折射率。
[0052]
本发明的通用折光仪模块100巧妙地利用了现有电子终端300的摄像头301和处理器，而无需设置光电传感器和处理器，甚至无需设置电池、光电传感器和处理器，大大减少所需部件，使得整体结构紧凑，体积小，便于携带，成本低，且可以充分利用电子终端300的处理器的计算能力，提升测量性能，甚至可以利用电子终端300(如手机300
′
)的网络等资源，实现数据闭环服务，提高用户体验，从而提高市场竞争力。
[0053]
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。