一种多光谱折射仪的制作方法

1.本实用新型涉及浓度测量技术领域，尤其涉及一种多光谱折射仪。


背景技术：

2.液体的折射率与其中的可溶性固体物总量相关，通过对液体折射率的测量，可以推算出液体中溶解的糖或其他固体物总量。测量液体的折射率，一种常见的方法是使用折射仪，其原理是依据斯涅尔折射定律(snell’s law)，通过测量三棱镜对入射光线的折射角，计算出折射率。
3.目前，大多数的折射仪都会使用带通滤光片(bandpass filter)过滤得到单一波长的光进行折射率的测量，原因是在固定的波长下，折射率与折射角度有唯一的对应关系。然而这样的测量方式存在一定问题，例如某些液体可能会吸收特定波长的光线，如果用于测量的光被待测液体吸收将导致测量结果不准确。另外，该种测量方式也容易受到周围的环境光影响，从而干扰测量结果。因此，如何提高现有折射仪浓度测量的准确性和仪器的抗干扰性是非常具有研究意义的课题。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在克服现有技术的不足，提供一种多光谱折射仪。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种多光谱折射仪，包括多色光源、三棱镜、感光器件，所述多色光源设置在所述三棱镜的一侧，其发射光线向三棱镜与待测液体的临界面投射，所述感光器件设置在所述三棱镜的另一侧，所述发射光线经所述临界面反射后的反射光线投射到所述感光器件上，所述感光器件连接一数据读取电路用于读取感光器件中不同波长的光所在区域的光信号强度信息，所述读取电路和多色光源均连接到一控制单元上，所述控制单元控制所述多色光源发出单色、双色混合或三色混合光并根据所述数据读取电路读取到的光信号强度信息计算所述待测液体的折射率和浓度并显示。
7.进一步，所述三棱镜的另一侧与感光器件之间的反射光线的光路上设置聚焦透镜，所述反射光线行经所述聚焦透镜后汇聚到所述感光器件上。
8.进一步，所述感光器件为线性ccd/cmos阵列，其包含多个像素且所述多个像素沿光色散的直线方向一维线性排列。
9.进一步，所述多色光源为三色led灯，其至少可以发出红、黄、蓝光中的一种或多种混合而成的光，所述三色led灯连接一驱动电路，所述驱动电路根据所述控制单元的触发信号，控制所述三色led灯光的颜色。
10.进一步，所述驱动电路通过脉冲信号调制控制所述三色led灯的发光强度、发光时间。
11.进一步，所述三棱镜为等腰梯形棱镜，其长边设置在上，所述待测液体位于所述长边所在的镜面外侧，所述梯形棱镜底部开槽放置光阑，开槽的大小跟所述光阑尺寸一致。
12.进一步，所述光阑使用不透光的材料做成，其形状为矩形或三角形。
13.进一步，所述梯形棱镜底部内角的范围为120-160
°
。
14.进一步，所述聚焦透镜为凸透镜，其焦距范围是3mm-30mm。
15.进一步，所述三棱镜的材料为硼硅酸盐玻璃(k9)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
16.本实用新型的有益效果：
17.本实用新型提出了采用多光谱(三色led灯)的设计方案，利用三棱镜对不同波长的光折射角度不同的原理，将不同波长的光线聚焦在感光器件不同的位置，从而实现多光谱测量液体中的可溶性固体物含量。与传统单一波长的方案相比，本方案具有更好的抗干扰性，更高的精度和准确度。
附图说明
18.图1为本实用新型一实施例的一种多光谱折射仪的结构示意图。
19.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
21.在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”、“一面”、“另一面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.以下结合实施例详细阐述本实用新型的内容。
24.请参阅图1，根据本实用新型的一种实施方式提供一种多光谱折射仪，包括多色光源1、三棱镜2、感光器件3，三棱镜2放置在三者的中间位置，三棱镜2为倒梯形，其上表面接触待测液体4。所述梯形棱镜2底部内角的范围为120-160
°
。优选的，梯形棱镜2底部内角可以是135
°
。进一步，三棱镜2的材料可以是硼硅酸盐玻璃(k9)或聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)。
三棱镜2的一侧放置所述多色光源1，多色光源1发射出的光线向三棱镜2与待测液体的临界面投射，入射光线与临界面之间的夹角可通过调整多色光源1的位置进行调整。该入射角的大小与感光器件3的位置相适配，且大于0
°
，小于90
°
。优选的，该入射角为30-60
°
左右。三棱镜2的另一侧放置所述感光器件3，发射光线经所述临界面反射后的反射光线投射到所述感光器件3上。感光器件3连接一数据读取电路5用于读取感光器件3中不同波长的光所在区域的光信号强度信息，所述读取电路5和多色光源1均连接到一控制单元6上，所述控制单元6控制所述多色光源1发出单色、双色混合或三色混合光并根据所述数据读取电路5读取到的光信号强度信息计算所述待测液体4的折射率和浓度并显示。数据读取电路5具体的可以包含放大电路和采样电路。该放大电路可采用电子增益的方式将微弱的电信号放大10倍至100倍。该采样电路可将电子信号进行数字化采样，获取光强度的信号数值。该显示方式具体的可以通过连接于控制单元6的lcd/led显示屏显示。
25.所述三棱镜2与感光器件3之间的反射光线的光路上还可进一步设置聚焦透镜7，所述反射光线行经所述聚焦透镜7后汇聚到所述感光器件3上。根据本实用新型的一种具体实施方式，所述聚焦透镜可以是凸透镜，其焦距范围可以是3mm-30mm。感光器件3是一种将光信号转换为电子信号的传感器，具体的可以是线性电荷耦合元件(ccd)，或者线性互补金属氧化物半导体(cmos)，其包含多个像素且所述多个像素沿光色散的直线方向一维线性排列。所述像素的数量具体的可以是32-1000个，优选的，可以是100-1000个。每个像素可以包含感光二极管、存储单元、放大电路等组件。所述控制单元6控制感光器件3及数据读取电路5以读取感光器件的数据信息，存放在存储单元内。
26.所述多色光源1为三色led灯，其可以发出红、黄、蓝光中的一种或多种混合而成的光。其中红光的波长为650nm，黄光的波长为580nm，蓝光的波长为440nm，通过调配三种颜色或任意两种的比例可以得到各种颜色的光。所述三色led灯带有一驱动电路11可控制其发出不同波长的光线，所述驱动电路11可由所述控制单元6控制，根据所述控制单元6提供的触发信号，驱动电路11可以控制所述三色led灯每个颜色依次发光，或者使两个颜色的led同时发光，或者使三个颜色的led同时发光。驱动电路11还可以通过脉冲信号调制控制所述三色led灯的发光强度、发光时间。
27.三棱镜2的底部还可开槽放置一个隔光板21，称之为光阑，开槽的大小跟所述光阑尺寸一致。光阑插入三棱镜2底部的深度以即不影响入射光照射到临界面上，又可以防止光源发出的光线直接进入到感光器件3中为宜。光阑的高度可以是三棱镜2高度的45-70％左右。优选的，光阑的高度为三棱镜2高度的70％左右。光阑使用不透光的材料做成，形状为矩形或三角形，其作用可以是防止光源发出的光线直接进入到感光器件3中。
28.本实用新型提出了一种多光谱折射仪，利用三棱镜对不同波长的折射角度不同的原理，将不同波长的光线聚焦在感光器件的不同位置上，从而实现多光谱测量。与传统单一波长的方案相比，本方案具有更好的抗干扰性，更高的精度和准确度。
29.上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本实用新型的优选实施例进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本实用新型的保护范围。