一种用于测量液体浓度的折光仪和方法与流程

本发明属于液体折射率测量领域，具体地涉及一种用于测量液体浓度的折光仪和方法。

背景技术：

1、咖啡折光仪是通过对咖啡的折射率测量来咖啡的tds(total dissolved solids,溶解性固体总量)的一种仪器。由于液体中的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液体中的固体可溶物含量的测量，因此测量折射率可以用来测量液体中的固体可溶物的含量。

2、然而，液体的折射率的会随着温度的变化而变化，因此对刚冲泡好的咖啡的浓度和对适宜喝时的咖啡的浓度测量的结果是不同的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种用于测量液体浓度的折光仪，包括：

2、光源模块、包括棱镜的反射模块、汇聚透镜、感光面阵、处理器、液体槽和交互界面；其中，

3、所述反射模块用于接收来自所述光源模块的光束，所述反射模块包括至少两种不同折射率的介质，以使所述光源模块的光束的部分在所述两种不同折射率的介质之间被全反射至所述汇聚透镜，并被所述汇聚透镜汇聚至所述感光面阵，在所述感光面阵输出的探测图像中形成用于自标定的第一亮度突变界线；

4、所述棱镜位于所述液体槽的底部，在所述液体槽内容置有待测液体且所述待测液体的折射率小于所述棱镜的折射率时，所述光源模块的光束的部分在所述棱镜和所述待测液体之间被全反射至所述汇聚透镜，并被所述汇聚透镜汇聚至所述感光面阵，在所述感光面阵输出的探测图像中形成用于测量所述待测液体的折射率的第二亮度突变界线；

5、所述处理器用于根据所述探测图像中的所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线计算所述待测液体的浓度；

6、所述交互界面用于显示所述待测液体的浓度。

7、可选的，所述处理器用于根据b*(pl-pg)+c*(pl-pg)2+d* (pl-pg)3计算所述待测液体的浓度，其中，pl表示所述第二亮度突变界线的位置，pg表示所述第一亮度突变界线的位置。

8、可选的，所述折光仪还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述棱镜接触，用于探测所述棱镜的温度；

9、所述处理器用于根据b*(pl-pg)+c*(pl-pg)2+d*(pl-pg)3+ e*t+f*t2+g*(pl-pg)*t计算所述待测液体的浓度，其中t代表所述第二温度传感器测得的温度。

10、可选的，所述第一温度传感器用于以预设测量频率多次测量，

11、所述感光面阵用于以预设输出频率输出多帧探测图像，

12、所述处理器还用于根据所述第一温度传感器多次测量的测量值和所述多帧探测图像中的第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线多次预测所述待测液体在第二温度时的浓度。

13、可选的，所述折光仪还包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述液体槽由导热材料制成，所述第一温度传感器与所述液体槽接触，用于探测所述液体槽的温度；所述第二温度传感器与所述棱镜接触，用于探测所述棱镜的温度；

14、所述处理器还用于根据所述第一温度传感器的测量值、所述第二温度传感器的测量值、所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线预测所述待测液体在第二温度时的预测浓度，其中所述第二亮度突变界线是所述待测液体在第一温度时形成的；

15、所述交互界面用于显示所述待测液体在所述第二温度时的浓度。

16、可选的，所述处理器还用于获取所述待测液体在第二温度时的浓度和温差之间的关系模型，以及根据所述关系模型、所述第一温度和所述第二温度预测所述待测液体在所述第二温度时的浓度。

17、可选的，所述关系模型包括：

18、brix预测＝m*(t棱镜-t液体槽)+n，

19、其中，brix预测为所述处理器预测的所述待测液体在所述第二温度时的浓度，且所述待测液体在所述第二温度时的浓度的单位是白利度brix。

20、可选的，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别用于按预设测量频率多次测量温度值；

21、所述感光面阵用于以预设输出频率输出多帧探测图像，

22、所述处理器还用于根据所述多帧探测图像中的第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线多次预测所述待测液体在第二温度时的浓度；

23、所述处理器还用于根据所述多次预测所述待测液体在第二温度时的浓度，以及所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的多次测量温度值，获取所述关系模型的系数。

24、可选的，所述处理器还用于根据所述关系模型和当前获取的关系模型的系数，以及当前测量的所述第一温度传感器和所述第二温度传感器，以及当前输出的探测图像，预测所述待测液体在第二温度时的浓度。

25、可选的，所述交互界面还用于显示实时测量结果曲线，所述测量结果曲线包含多次预测的所述待测液体的第二温度时的浓度。

26、可选的，所述交互界面还用于显示浓度预测最优值，所述浓度预测最优值是根据所述待测液体的多个第二温度时的预测浓度确定的；和/或，

27、所述交互界面还用于显示最新预测的所述待测液体在第二温度时的浓度。

28、可选的，所述处理器用于获取所述待测液体的白利度brix值，以及用于根据a1*brix+b1*brix2+c1*brix3计算所述待测液体的tds值。

29、可选的，所述棱镜成梯形体状，所述第二温度传感器贴设在所述棱镜的外侧面上；

30、所述液体槽为内侧面呈锥形面的结构件，固定在所述棱镜的底面上，所述内侧面围成的空间用于承载所述待测液体；所述第一温度传感器固定在所述结构件的外侧面延伸至棱镜底面之外的部位上。

31、可选的，所述折光仪还包括第三温度传感器，用于测量所述处理器的温度；

32、所述处理器还用于根据所述第三温度传感器的测量值预测所述待测液体在所述第二温度时的浓度。

33、可选的，所述第二温度为常温，或者，所述第二温度为预测的所述液体槽和所述棱镜达到热平衡后的温度。

34、可选的，所述两种不同折射率的介质包括所述棱镜和位于所述棱镜朝向所述液体槽的表面上的涂层，和/或，

35、所述棱镜表面上覆盖有透光防水层，用于将所述棱镜密封在所述折光仪内；所述透光防水层的表面对应所述液体槽的底面区域涂有疏水膜，且所述疏水膜的厚度小于100纳米。

36、本技术还提供一个测量液体浓度的方法，应用在折光仪中，该折光仪包括光源、反射模块、汇聚模块、感光面阵、液体槽和交互界面，所述方法包括：

37、通过所述光源出射的光束在所述反射模块内形成全反射，使得全反射的光束经所述汇聚模块汇聚后在所述感光面阵输出的探测图像中形成第一亮度突变界线；

38、通过所述光源出射的光束在所述反射模块和所述液体槽内的待测液体之间形成全反射，使得全反射的光束经所述汇聚模块汇聚后在所述感光面阵输出的探测图像中形成第二亮度突变界线；

39、根据所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线计算所述待测液体的浓度；

40、通过所述交互界面显示所述待测液体的浓度。

41、可选的，根据所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线计算所述待测液体的浓度，包括：

42、根据b*(pl-pg)+c*(pl-pg)2+d*(pl-pg)3计算所述待测液体的浓度，其中，pl表示所述第二亮度突变界线的位置，pg表示所述第一亮度突变界线的位置。

43、可选的，所述反射模块包括棱镜，所述方法还包括：通过第二温度传感器测量所述棱镜的温度；

44、根据所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线计算所述待测液体的浓度，包括：

45、根据b*(pl-pg)+c*(pl-pg)2+d*(pl-pg)3+e*t+f*t2+ g*(pl-pg)*t计算所述待测液体的浓度，其中t代表所述第二温度传感器测得的温度。

46、可选的，所述方法还包括：通过所述第一温度传感器以预设测量频率多次测量所述棱镜的温度，通过所述感光面阵以预设输出频率输出多帧探测图像，根据所述第一温度传感器多次测量的测量值和所述多帧探测图像中的第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线多次预测所述待测液体在第二温度时的浓度。

47、可选的，所述方法还包括：通过第一温度传感器测量所述液体槽的温度；通过第二温度传感器测量所述反射模块中的棱镜的温度；所述根据所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线计算所述待测液体的浓度，包括：根据所述第一温度传感器的测量值、所述第二温度传感器的测量值、所述第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线预测所述待测液体在第二温度时的预测浓度，其中所述第二亮度突变界线是所述待测液体在第一温度时形成的；通过所述交互界面显示所述待测液体在所述第二温度时的浓度。

48、可选的，所述方法还包括：获取所述待测液体在第二温度时的浓度和温差之间的关系模型，以及根据所述关系模型、所述第一温度和所述第二温度预测所述待测液体在所述第二温度时的浓度。

49、可选的，所述关系模型包括：

50、brix预测＝m*(t棱镜-t液体槽)+n，

51、其中，brix预测为所述处理器预测的所述待测液体在所述第二温度时的浓度，且所述待测液体在所述第二温度时的浓度的单位是白利度brix。

52、可选的，所述方法还包括：通过所述第一温度传感器和所述第二温度传感器按预设测量频率多次测量温度值；通过所述感光面阵以预设输出频率输出多帧探测图像，根据所述多帧探测图像中的第一亮度突变界线和所述第二亮度突变界线多次预测所述待测液体在第二温度时的浓度；根据所述多次预测所述待测液体在第二温度时的浓度，以及所述第一温度传感器和所述第二温度传感器的多次测量温度值，获取所述关系模型的系数。

53、可选的，所述方法还包括：实时更新所述关系模型的系数；根据更新系数后的关系模型，以及当前测量的所述第一温度传感器和所述第二温度传感器，以及当前输出的探测图像，预测所述待测液体在第二温度时的浓度。

54、可选的，所述方法还包括：通过所述交互界面显示实时测量结果曲线，所述测量结果曲线包含多次预测的所述待测液体的第二温度时的浓度。

55、可选的，所述方法还包括：通过所述交互界面显示浓度预测最优值，所述浓度预测最优值是根据所述待测液体的多个第二温度时的预测浓度确定的；和/或，通过所述交互界面显示最新预测的所述待测液体在第二温度时的浓度。

56、可选的，所述方法还包括：获取所述待测液体的白利度brix值；根据 a1*brix+b1*brix2+c1*brix3计算所述待测液体的tds值。

57、可选的，所述第二温度为常温，或者，所述第二温度为预测的所述液体槽和所述棱镜达到热平衡后的温度。

58、本实施例中的折光仪通过在反射模块内固定有至少两种不同折射率的介质，通过光束在入射至该两种不同折射率的介质之间被全反射至汇聚透镜，继而被汇聚透镜汇聚至感光面阵，以在感光面阵所输出的探测图像上形成第一亮度突变界线，来测量该两种介质中的其中一介质的折射率，并使用该介质的测量结果对待测液体的测量结果进行校正，提高折光仪的测量结果的准确度；另外，通过在折光仪内设置贴在液体槽上的第一温度传感器和贴在棱镜上的第二温度传感器，以及该两个温度传感器分别测到的温差变化及与待测液体的浓度之间的关系，可以在棱镜和液体槽的未达到热平衡时预测出液体降温后的浓度并显示，使得用户无需在等待液体降温后才能测量液体的浓度。