一种折光仪、探测装置和探测折射率的方法与流程

1.本发明属于液体折射率测量领域，具体地涉及一种折光仪、探测装置和探测折射率的方法。


背景技术：

2.折光仪是一种测量液体折射率的装置。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，所以折光仪在测量饮料(例如果汁、咖啡等)时也被称为糖度计。
3.图1是一种现有的折光仪的结构示意图。该折光仪包括狭缝1
′
、led光源2
′
、一维的感光线阵3
′
、三角棱镜4
′
和处理器(图未示)。折光仪的原理利用了全反射角是由界面两种材质的折射率决定的。在折光仪置于待测液体内时，若待测液体的折射率低于三角棱镜4
′
的折射率，根据折射定律sin(α
折射角
)*n
待测液体
＝sin(α
入射角
)*n
三棱镜
可知，光束在三角棱镜4
′
内与液体相接的一面5
′
上的入射角满足时发生全反射。也即在led光源2
′
为一个点光源的情况下，入射至面5
′
的光束中，入射角大于全反射角的部分发生全反射，而入射角小于全反射角时，透射和反射并存，且反射的亮度比全反射时的亮度小。因此，可以在一维的感光线阵3
′
所成的一维图像中，图像上的不同位置的像素对应该点光源以不同角度入射至面5
′
的光束，在对应于以全反射角入射至面5
′
的光束的像素附近可以看到一个明显的亮度突变处。处理器通过这个亮度突变处可以测到全反射角，并由此算出计算出待测液体的折射率。
4.然而，由于工艺限制led光源的发光面具有一定面积，因此led光源2
′
以不同入射角入射至面5
′
的光束可能会被反射到感光线阵3
′
上的同一个点，导致从而无法区分出这些光的角度，进而难以确定全反射角。因此现有的折光仪在led光源2
′
的出射光路上设置有狭缝1
′
，使得光源在平行于感光线阵3
′
的方向上是很小的点光源，来定义打到感光线阵3
′
上每束光的角度。狭缝1
′
的本质上是解耦了光线的位置和方向，使得折光仪只需探测光线的方向而不被光线的位置干扰。但该设计会导致感光线阵3
′
的尺寸非常大，尤其在对折射率测量范围要求比较大的情况下。具体原因如下。
5.如图2所示，感光线阵3
′
的尺寸为2*tan(α/2)*d，d代表的是从led光源2
′
到感光线阵3
′
的光程距离，α是led光源2
′
的出射光的整体张角。在对折射率测量范围要求比较大的情况下(比如要测量不同折射率的液体)，α需要具有较大的数值，因此感光线阵3
′
的尺寸也需要跟着变大。这不利于折光仪的小型化。
6.对于ccd或cmos这种半导体芯片来说，越大的物理尺寸以为这越高的成本，在考虑有限半导体晶圆大小的情况下，器件尺寸的变大会导致出货率和良率的降低。大尺寸芯片还意味着封装和贴片的难度增加，贴片翘曲率增加，这些都会导致成本的增加。通常情况下，因为这么大的半导体尺寸要求，只有线阵(一维阵列)才能满足成本的要求。而线阵在垂
直于它自身方向的安装位置和精度要求非常高，在光路出现偏差时(热胀冷缩、冲击或机械变形等引起)无法自动修正，而且容易被环境光或者杂散光影响，导致测量出现偏差。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于为解决上述问题而提供一种成本低，体积小，测量范围大，鲁棒性好的折光仪、具有该折光仪的智能杯和探测折射率的方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种折光仪，包括光源模块、反射模块、汇聚模块、感光面阵、控制模块和处理器；所述控制模块用于控制所述光源模块出射光束；所述反射模块用于接收来自所述光源模块的光束，当来自所述光源模块的光束在所述反射模块内满足全反射条件时，所述光束在所述反射模块内发生全反射，并入射至所述汇聚模块；所述汇聚模块用于将来自所述反射模块的光束汇聚至所述汇聚模块的焦平面上；所述感光面阵位于所述汇聚模块的焦平面上，所述控制模块还用于控制所述感光面阵对接收到的光束进行探测并输出探测图像；处理器，用于根据所述探测图像确定所述探测图像中的亮度突变界线，以及根据所述亮度突变界线的位置确定所述亮度突变界线对应的折射率。
8.本发明还提供了一种探测装置，包括上述折光仪。
9.本发明还提供了一种利探测折射率的方法，包括：向折光仪内的反射模块发射光束；通过汇聚模块将被所述反射模块至少全反射的光束汇聚至位于所述汇聚模块的焦平面上的感光阵列；利用所述感光阵列对接收的光束成像，生成探测图像；根据所述探测图像确定所述探测图像中的亮度突变界线；根据所述亮度突变界线在所述探测图像中的位置确定所述亮度突变界线对应的介质的折射率。
10.本发明的折光仪通过将感光面阵设置在透镜模块的像方焦平面上，透镜模块采用无穷远对焦成像方式，使得可以采用非点光源来作为光源，从而由光源的尺寸来分担感光面阵的尺寸，使得感光面阵的尺寸可以很小，具有成本低，体积小，测量范围大，鲁棒性好的优点；而且，折光仪采用面阵cmos探测图像传感器，成本更低，精准度更高，降低安装的要求，且可以实现许多一维传感器无法做到的事情，如提高精准度、提升抗干扰能力、增加其它测量功能等。
附图说明
11.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。
12.图1为一种现有的折光仪的结构示意图；图2为将图1中将感光线阵等效到液面那一侧的示意图；图3为折光仪的一种结构的截面示意图；图4为透镜单元采用无穷远对焦的成像原理示意图；图5是折光仪的一个等效光学系统示意图；图6和图7分别为本技术中采用不同尺寸的光源模块和透镜模块的折光仪的结构示意图；图8是折光仪在探测一种待测液体时感光面阵对所接收到的光束所成的探测图像；图9为折光仪的一种示例的结构示意图；图10a～c是对一种无影胶和清水的折射率随温度变化的实验结果示意图；图11和图12分别为探测图像的两个示例的示意图；图13为图9所示折光仪的俯视图的一个示例；图14为三棱
镜、三棱镜表面的涂层、防水件和待测液体的一个位置关系示意图；图15-17为探测图像的一个示意图；图18左侧是感光面阵对接收的光束所成的探测图像上的一个像素行的像素值曲线；图19是一种智能杯的结构示意图；图20是一种智能称的结构示意图；图21为本技术中的利用折光仪探测待测液体的折射率的方法的一个实施例的示意图。
具体实施方式
13.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本实用新型相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
14.在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
15.应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。
16.下面对本技术中的折光仪的一种结构进行示例描述。在该示例中，相比现有技术中在光源出射端设置小孔来实现在一个维度(也即平行于感光线阵的方向)上对感光线阵的入射光束的角度和位置进行解耦，本实施例中采用位于感光模块的光束入射侧的汇聚模块来实现对感光模块的入射光束的角度和位置进行解耦，而且汇聚模块可以实现在两个维度上的解耦，因此感光模块可以采用感光面阵对光束进行探测，进而实现自标定用的折射率探测光路和待测液体的折射率探测光路可以共用光源和感光面阵，避免了两套探测光路之间的偏移(例如半导体芯片一致性差、安装结构一致性差、安装偏差、机械冲击或者温度漂移等等导致的偏移)带来的计算偏差。
17.另外，由于通过在感光阵列前方增加汇聚模块，利用无穷远对焦来解耦光线的位置和方向，因此不需要光源模块很小也能实现以一个出射角从反射模块出射的光都能被汇聚到传感器的同一个位置上。现有技术中由于需要光源模块的发散角较大，但led光源的发散角本身不是很大，因此采用现有技术的方案需要找特制的大角度小发光面的led光源。相比现有技术，本技术中的光源模块不需要负担区分角度和位置的功能，对光源模块中的发光单元的选型限制较小。
18.而且，相比现有技术由于小孔的设置需采用线阵进行探测，本实施例中采用面阵对光束进行探测，可以获取到相比线阵更多的信息，有利于提高待测液体的折射率的准确度，甚至可以获取到待测液体更多信息。而且，折光仪采用面阵cmos探测图像传感器，成本更低，精准度更高，降低安装的要求，且可以实现许多一维传感器无法做到的事情，如提高精准度、提升抗干扰能力、增加其它测量功能等。而且，相比现有技术的折光仪中需要在液面范围内全反射面界面的反射性质保持一致，由于本技术中可以直接测量光线方向，即使在棱镜的探测面处有气泡或者待测液体没有完全覆盖全反射界面的情况下，亮度突变界线仍然清晰可分辨。
19.由于液体的折射率会随着温度的变化而发生漂移，导致在根据液体的折射率确定
液体的固体可溶物含量时会出现偏差。为了保证折光仪测量的精确度，现有的一种方案是对折光仪的感光线阵所成图像中对应某个固定浓度的液体(例如0brix的液体)的亮度突变处进行标定，以保证折光仪的测量准确度。具体的，折光仪内预设有0brix亮度突变处的位置。折光仪通过实时测量清水，在感光线阵的成像上形成一个亮度突变处作为自标定位置，然后在折光仪测量待测液体的折射率和固体可溶物的含量时根据该0brix亮度突变处和自标定位置对实时测量结果进行校正；但这样需要在测量之前先利用清水自标定后再测量。如果要实现测量的同时标定，采用现有计算的方案的话，由于需要形成自标定位置，需要设置两个发射光源和对应的两个感光线阵，一个发射光源和对应的感光线阵用于探测自标定用的液体，另一个发射光源和感光线阵用于探测待测液体。然而，在折光仪使用过程中，探测自标定用的液体和探测待测液体为两套不同的结构，容易出现折光仪中的探测两套光路的偏移带来的自标定结果不准确而导致的计算偏差。
20.本实施例中的折光仪还可以通过在反射模块内固定有第二介质替代现有技术的清水来作为自标定用的物体，通过光束在入射至第二介质前全反射来在感光面阵所成图像上形成亮度突变界线，来测量第二介质的折射率，并使用该第二介质的测量结果对待测液体的测量结果进行校正。相比现有技术，由于采用汇聚模块和感光面阵的配合来解耦光束的位置和方向，且感光面阵是二维的，可以使得第二介质和待测液体的测量采用相同的接收器来探测，甚至可以用相同的发射光源来在感光面阵上形成第二介质和待测液体对应的亮度突变界线，可以避免现有技术中不同感光线阵和光路的差异带来的测量误差，提高折光仪的测量结果的准确度。而且由于引入第二介质来对待测液体的折射率进行标定，相比现有技术中的折光仪，本实施例中的折光仪可以去除清水标定的流程，更可以更准确地测量高温液体，具有更广的应用场景。
21.下面对图3所示实施例进行具体描述，图3为折光仪的一种结构的截面示意图。如图3所示，折光仪包括光源模块1、反射模块2、汇聚模块3、感光面阵4、控制模块(图未示)和处理器(图未示)。其中，控制模块用于控制光源模块1出射光束，以及用于控制感光面阵4进行光探测。可选的，控制模块中包括光源控制器和感光控制器，用于分别控制光源模块1和感光面阵4。反射模块2用于接收来自光源模块1的光束。来自光源模块1的光束入射至反射模块2后，当满足全反射条件时，其中入射角大于或等于全反射角的光束发生全反射，入射角小于全反射角的光束在该发生部分透射和部分反射，经反射和全反射的光束从反射模块2出射后入射至汇聚模块3。汇聚模块3用于将来自反射模块2的光束汇聚至位于该汇聚模块3的焦平面上的感光面阵4。控制模块还用于控制感光面阵4对接收到的光束进行探测并输出探测图像。
22.该汇聚模块3可以是一个透镜，则汇聚模块3的焦平面指的是该透镜的焦平面；或者是至少两个透镜组成的透镜组，则汇聚模块3的焦平面则是该透镜组的等效焦平面。采用透镜组的方案中，还可以通过透镜的光学设计减少汇聚模块成像的像差和畸变。
23.下面结合图4以汇聚模块是一个透镜为例对汇聚模块的作用进行解释。如图4所示，理想情况下平行光可以被透镜汇聚到焦平面上的一个汇聚点上。该汇聚点是从透镜的光心按该平行光方向延伸至与焦平面相交的交点，因此，该汇聚点只跟光线的方向有关，与光线的出射位置无关。利用该原理，本实施例通过在感光面阵前方设置汇聚模块，就可以解耦光线的位置和方向，使得在过汇聚模块的光心的任意一个平面中，该平面内以同一出射
角被反射模块的不同位置全反射的光线都会被汇聚至感光面阵4的同一位置处，最终在感光面阵4上形成一条对应全反射角的亮度突变界线。由于汇聚模块的设置，探测图像中亮度突变界线的不同位置对应着以不同全反射角被全反射的光束，因此处理器可以通过获取该亮度突变界线位置来确定该亮度突变界线对应的全反射角，继而根据该全反射角计算对应的折射率。
24.在一个示例中，光源模块1包括led灯条，或者包括由多个led灯珠通过贴片或者封装的方式组合而成的光源。led的波长需要能够兼容cmos感光阵列的波长响应，该波长可以位于300nm至1000nm之间，例如该波长可以位于400nm至500nm之间，或者位于500nm至600nm之间，或者位于600nm至700nm之间，或者位于700nm至800nm之间，或者位于800nnm至900nm之间。可选的，led的波长为绿光波段，例如中心波长位于500nm至600nm之间。由于市面上一种常见的感光面阵是贝尔图形(bayer pattern)为rggb的cmos传感器，这类感光面阵对于g通道会分辨率更高更敏感，采用绿光波段可以更好地与感光面阵配合。
25.在一个示例中，如图3所示，反射模块2的探测面到感光阵列4之间的光路上设有匹配光源模块1的出射光的滤光片7，用于透射该光源模块1的出射光以及反射其他波段的光束，以降低背景光对探测结果的干扰。可选的，光源模块1的出射光是单波长的，以便更容易匹配窄带滤光片做背景光消除。
26.在一个示例中，反射模块2包括第一介质21。折光仪还包括设置在第一介质表面上的探测区，用于在该折光仪对待测液体5进行探测时承载该待测液体5。当该探测区覆盖有待测液体，且待测液体的折射率低于所述第一介质的折射率时，光束的至少部分被待测液体全反射。处理器可以通过该全反射的光束在探测图像中对应的亮度突变界线位置来计算待测液体的折射率。
27.该第一介质可以是棱镜，该棱镜21包括光入射面212、探测面211和光出射面213，探测区设置在探测面211的表面上。来自光源模块1的光束从光入射面212入射至棱镜21的探测面211上，当探测区上的物体5的折射率低于棱镜的折射率，且光束在探测面211上的入射角满足一定条件时，光束在探测面211上发生全反射，并从光出射面213出射。可选的，该棱镜21为三棱镜。可选的，该棱镜21为等腰棱镜，例如为等腰直角棱镜，这样棱镜结构更紧凑，使得整体结构更小型化。
28.可选的，该棱镜的光入射面212和光出射面213上设置有增透膜，以提高光束的透射率。棱镜21可以采用玻璃材料制成，或者，也可以采用塑料、树脂等其它透明材料制成。可选的，探测区的大小与光源模块1的出射光的发散角匹配，使得该出射光在探测区上形成的光斑恰好覆盖该探测区或者稍小于该探测区，以有利于折光仪的小型化。在其他示例中，该第一介质也可以是其他具有高折射率的光学元件，或者由其他具有高折射率的介质构成。
29.透镜的视场角由透镜的焦距f和孔径大小d决定，然而折光仪要实现待测液体的大折射率探测范围不仅仅取决于透镜的视场角，还需要确保该视场角内的光线能被反射模块反射并入射到汇聚模块中，因此需相应的增加光模块的发光面尺寸。最终汇聚模块能够收到的光束的角度范围由光源模块的发光面尺寸和汇聚模块的尺寸共同决定。下面结合图5所示的等效光学系统进行详细解释。在该等效光学系统中，汇聚模块3、感光面阵4和处理器被镜像到反射模块背向光源模块1的一侧，汇聚模块3以一个等效的透镜为例进行示例。
30.如图5所示，感光面阵4能够探测的角度范围α由边缘的两条线所定义：光源模块1
的发光面的最上端到透镜3的通光孔径的最下端的光线r1，和光源模块1的发光面的最下端到透镜的通光孔径的最上端的光线r2。该角度范围α由光源模块1的发光面的尺寸、透镜3的通光孔径、光源模块1的发光面与透镜3之间的距离这三个变量决定。因此，在感光面阵4的探测角度范围α相同的情况下，相比图1所示的采用狭缝设计的折光仪，本技术中感光面阵的尺寸可以由光源模块1的发光面的尺寸和透镜的通光孔径一同分担。也即在感光模块在一个维度上的探测角度范围α相同的情况下，图1所示折光仪中的感光模块在该维度上的口径＝本技术中的光源模块1的发光面的口径+透镜的通光孔径。因此相比现有技术，本技术在相同的探测角度范围下可以实现更小的光源模块和感光模块，可以实现产品的小型化以及降低成本；而且，本技术可以选择由光源的尺寸来分担感光面阵的尺寸，使得感光面阵的尺寸可以很小，具有成本低，体积小的优点。
31.在一种示例中，光源模块1的发光面的口径大于或者等于汇聚模块3的通光孔径。例如，如图6所示，光源模块1的发光面的口径和汇聚模块3的通光孔径相同或者相差小于该发光面的口径的1/5。这样，在感光面阵4的探测角度范围α相同的情况下，本技术的折光仪中的感光面阵的口径上现有技术中的折光仪的感光面阵的口径的一半，可以减少折光仪的成本和量产难度。
32.又例如，如图7所示，光源模块1的发光面的口径大于汇聚模块3的通光孔径的2倍。这样，在感光面阵的探测角度范围α相同的情况下，本技术的折光仪中的感光面阵的口径的尺寸可以做到非常小，由于增大光源模块的尺寸相比增大感光面阵的尺寸所需成本和量产难度要低得多，通过让光源模块承担更多的尺寸可以更大程度降低成本和量产难度。
33.可选的，感光面阵的探测角度范围α覆盖反射模块的全反射角范围，其中反射模块的全反射角范围指的是在反射模块内可以发生全反射的所有角度，以保证折光仪的大折射率探测范围。可选的，反射模块采用高折射率的介质，以减小汇聚模块的全反射角范围。然而，由于高折射率的玻璃色散较为严重，这是因为不同波长的光线透过玻璃的时候，高折射率的反射模块会导致不同波长的光束的折射率变化较大，进而导致感光面阵获取到的探测图像中全反射边界会产生模糊现象，会降低全反射角的探测精度。一个示例中，折光仪可采用波长带宽较窄的光源模块，或者在光源模块的出射光路上设置窄带滤光片，以降低光源模块的出射光的波长带宽，以减少色散现象。例如，光源模块的出射光或者经窄带滤光片滤波后的出射光为具有5nm以下半高宽的光束。
34.如图8所示，图8是折光仪在探测一种待测液体时感光面阵对所接收到的光束所成的探测图像。折光仪被放置在待测液体中，使得探测区被待测液体覆盖，感光面阵形成探测图像。如图8所示，该探测图像中包括反射区域81和包围该反射区域81的非反射区域82。反射区域81包括全反射区域811和非全反射区域812。其中，全反射区域81指的是探测图像8的反射区域81中，被反射模块2的全反射界面21全反射的光束所入射的区域，非全反射区域812指的是探测图像8中以小于全反射角入射至反射模块2的全反射界面21时被反射的光束所入射的区域。由于未被全反射的光束中被反射的部分相比被全反射的光束亮度突降，全反射区域812和非全反射区域811的交界处形成有明显的亮度突变界线813，该亮度突变界线813对应在全反射界面21处以全反射角入射的光束。
35.由于汇聚模块的设置，探测图像中不同的像素位置对应着以不同角度从全反射界面出射的光束，因此处理器可以通过获取该亮度突变界线中的至少一个像素点的位置来确
定该亮度突变界线的位置，继而根据该亮度突变界线的位置对应的全反射角计算待测液体的折射率。
36.本技术中由于通过在感光阵列前方增加透镜模块解耦光线的位置和方向，因此不需要光源模块很小，只要有对应角度的光就能聚焦在对应的传感器位置上。相比现有技术，本技术中的光源模块不需要负担区分角度和位置的功能。现有技术中由于需要光源模块的发散角较大，但led光源的发散角本身不是很大，因此采用现有技术的方案需要找特制的大角度小发光面的led光源。但本技术由于对光源模块的要求放松很多，大角度的发光范围可以由多个led+匀光板实现。在一个示例中，如图3所示，光源模块1还包括位于发光面一侧的匀光片6。由于感光面阵感知的是来自不同方向的光束，匀光片可以提高各方向的光束的均匀度，进而提高感光面阵所成像的均匀度，也可以避免因不同角度的光强不一致导致测量精度降低的问题。
37.在一些示例中，反射模块内包含相邻的两个介质，该两个介质可以是除第一介质以外的介质，也可以包含第一介质；并通过使光源模块的出射光束在该相邻两个介质之间形成全反射继而在探测图像上形成除待测液体对应的亮度突变界线以外的、用于对待测液体的折射率进行校正的亮度突变界线，以降低由于液体的折射率会随着温度的变化而发生漂移所导致的待测液体的折射率的计算偏差，提高待测液体的折射率计算准确度。下面结合图9对本技术的折光仪的一个示例的结构进行举例描述。
38.图9为折光仪的一种示例的结构示意图。如图9所示，本实施例中，光源模块1用于出射第一光束和第二光束。反射模块包括至少两种介质，用于接收来自所述光源模块的光束。具体的，反射模块包括相邻设置的第一介质21和第二介质22。第一介质21的折射率大于第二介质22的折射率，第一介质21和第二介质22之间存在第一全反射区。反射模块还包括设置在第一介质21上方的探测区23。可选的，第二介质22和探测区23分别设置在第一介质21的同一个表面上的不同区域。
39.第一介质用于接收第一光束和第二光束。其中，第一光束的至少部分从第一介质21入射至第二介质22，由于第一介质21的折射率大于第二介质22的折射率，且第一光束的发射角使得在入射第二介质22时的入射角覆盖全反射角，因此入射第二介质22的第二光束的至少部分在该第一全反射区内发生全反射。当探测区23的一侧覆盖有待测液体5时，第二光束的至少部分从第一介质21入射至待测液体。在待测液体的折射率大于第一介质21的折射率的情况下，且第二光束的发散角满足在入射第二介质22时的入射角覆盖全反射角时，入射探测区23的第二光束中满足全反射条件的部分在探测区23上发生全反射。
40.其中，光源模块1可以包含一个或至少一个发光单元(例如led)。在光源模块1包含多个发光单元的情况中，第一光束和第二光束分别可以是来自光源模块1中的不同发射单元，也可以是分别来自光源模块1中的所有发射单元的不同出射角度的光束。在图9中以第一光束和第二光束分别来自光源模块1中的所有发射单元的不同出射角度的光束为例进行示意，例如，发射单元11出射的光束中光线l111和发射单元12出射的光束中l121属于第一光束，入射至第二介质21上发生全反射；发射单元11出射的光束中光线l112和发射单元12出射的光束中l122属于第二光束，入射至探测区23上发生全反射。
41.可选的，第一光束的发射角使得在入射第二介质22时的入射角全部或至少50％以上大于或等于全反射角，进而在该第一全反射区内全部或几乎全部发生全反射，以提高亮
度突变界线的亮度对比。可选的，该第二介质22的面积与第一光束的发散角匹配，使得该第一光束在该第二介质22上形成的光斑恰好覆盖该第二介质22或者稍小于该第二介质22，以有利于折光仪的小型化。
42.图9所示示例中，第一介质21为三棱镜。第二介质22为铺设在第一介质21的一个表面上的涂层。该表面被划分为并排的第一区域和第二区域。第一区域上背向光源模块的一面上固定有第二介质22，第二区域上未覆盖有第二介质22，为所述探测区23，在折光仪对待测液体进行测量时，使待测液体覆盖该第二区域。可选的，第一介质21的表面上设置有液体槽，第二介质为通过喷涂工艺或者印刷工艺或其他工艺设置在液体槽的部分区域上，液体槽的剩余区域上设置为探测区23。一些示例中，还需要对第二介质做防水处理。例如，液体槽的第一区域设好涂层后增加透光防水材料(例如玻璃片)24仅盖住该第一区域，或者覆盖住整个液体槽。
43.一些示例中，第二介质可采用折射率随温度变化的特性和清水的折射率随温度变化的特性的关联度较高的材料，可以提高对待测液体的折射率进行校正的精确度。可选的，第二介质的折射率随温度变化的数值位于-0.0003/deg c到0.0003/deg c之内。
44.第二介质可以是液体，例如可以是清水，清水封好固定在三棱镜表面的液体槽内。第二介质也可以是固体，例如光固化类涂层、高温固化类涂层或者自然固化类涂层等等。高温固化类涂层可以是高温固化后的聚四氟乙烯(poly tetra fluoroethylene,ptfe)。自然固化类涂层可以是自然固化后的氟碳树脂feve涂层。光固化类涂层可以是光固化后的无影胶。无影胶的折射率随温度变化的特性和清水的折射率随温度变化的特性的关联度较高，采用无影胶的测量结果来校正可以提高待测液体的折射率测量准确度。如图10a～c所示，图10a～c是对一种无影胶和清水的折射率随温度变化的实验结果示意图。其中，图10a是无影胶折射率随温度的提高而漂移的实验结果示意图，图10b是清水的折射率随温度的提高而漂移的实验结果示意图，图10c表示在各个温度下的折射率差值分布的示意图。其中，图10a～c中的纵坐标表示折射率对应的亮度突变界线在探测图像中的位置，横坐标为次数；不同位置对应不同折射率，不同次数对应不同温度。由图可看出，无影胶和清水两者的折射率随温度变化的特性的关联度较高。而且无影胶具有高透光率和低膨胀率等优点。可选的，无影胶固化后的折射率大于1.33且不大于1.6。
45.第一介质的第一区域和第二区域的位置关系可以有多种。在图9所示实施例中，光源模块1出射的光束在平行于纸面的截面内的发散角最大或者接近最大，在垂直于纸面的截面内的发散角最小。配合该光源模块的出射光，第一区域和第二区域沿该两个区域的宽度方向(也是垂直于纸面的方向)排布，第二区域在该两个区域的长度方向上(也是平行于纸面的截面)可以覆盖光源模块1的出射光的发散角。这样，可以实现第二区域能够测得的全反射角的范围更大，进而提高折射率测量量程，还可以使得第二光束在感光面阵4所成像中的第一成像区和第一光束在感光面阵4所成像中的第二成像区的交叠区域较窄，降低第一成像区和第二成像区的相互干扰程度。当然第一区域和第二区域也可以是其他位置关系，本实施例中由于第一区域只要能覆盖该第二介质对应的全反射角即可，第二区域优选可以覆盖第一光束尽量大的入射角度范围，以实现更大的折射率测量量程。
46.第一光束在第一全反射区内的全反射会造成在感光面阵的成像中固定形成第一亮度突变界线，在待测液体满足全反射条件时第二光束在待测液体和一侧的介质之间发生
的全反射会造成在感光面阵的成像中形成第二亮度突变界线。具体的，感光面阵的成像中包含对应第一光束的入射的第一成像区和对应第二光束的入射的第二成像区。第一成像区包含位于第一亮度突变界线两侧的区域，一侧亮度较高，对应全反射的部分光束(为描述方便，下文成为全反射区)，另一侧亮度较低，对应非全反射的部分光束(为描述方便，下文成为非全反射区)。同理，第二成像区包含位于第二亮度突变界线两侧的全反射区和非全反射区。
47.其中，如图11所示，第一成像区p1和第二成像区p2可以是成像中相互分开没有交集的两个区域，这样可以减少第一亮度突变界线l1和第二亮度突变界线l2之间的相互干扰，便于处理器更易检测出该两条界线。或者，如图12所示，也可以是成像中有交叠甚至重合的两个区域，在这种情况下，只要待测液体和第二介质的折射率不同，第一亮度突变界线l1和第二亮度突变界线l2的位置会有差异，处理器可以通过亮度的变化分别识别出第一亮度突变界线和第二亮度突变界线。可选的，第一亮度突变界线位于探测图像中靠近边缘的位置。可选的，探测图像包括相对的第一边缘和第二边缘，其中探测图像中的亮度突变界线距离该第一边缘越近时折射率越高，且第一亮度突变界线位于所述探测图像中第一边缘和所述折光仪的折射率测量量程中的最大折射率对应的亮度突变界线之间；这样可以在感光面阵的fov固定的情况下保证折光仪的折射率测量量程最大。可选的，第一亮度突变界线和第一边缘的距离大于探测图像的宽度的1/10，且和折光仪的折射率最大测量量程对应的亮度突变界线的距离大于该宽度的1/8，可以同时保证第一亮度突变界线的测量精度和第二亮度突变界线的测量精度。
48.实现第一成像区和第二成像区是相互分开没有交集的两个区域的方式有多种。一些示例中，可以通过在汇聚模块3之前的光路上设置结构使得第二光束和第一光束的光路分开，进而使得第一成像区和第二成像区是相互分开的两个区域。例如，在图9所示示例中，三棱镜21的光入射面上设置有入光口2111，用于限制来自光源模块1的光束仅能从该入光口2111入射至三棱镜21内部。三棱镜21的光出射面上设置有用于光束出射的第一出光口2121和第二出光口2122，除第一出光口2121和第二出光口2122之外的区域设置有反射光束或者吸收光束的材料。其中，第一出光口2121位于经第二介质22全反射和反射的第一光束的光路上，第二出光口位于经探测区23上的待测液体全反射和反射的第二光束的光路上。
49.在一个示例中，如图13所示，图13为图9所示折光仪的俯视图的一个示例。在该示例中，第一出光口2121的下边缘位于入光口2111的上边缘所在延长线的上方，第二出光口2122的上边缘位于入光口2111的下边缘所在延长线的下方，以减少第一光束从第一出光口2121出射的比例，以及大大减少第二光束从第二出光口2122出射的比例，进而使得从第一出光口2121出射的光束和从第二出光口2122出射的光束经汇聚模块汇聚后分别入射至感光面阵的两个不同区域，以在感光面阵所成像上形成的第一成像区和第二成像区分离开未有交叠。
50.当然，第一出光口下边缘和第二出光口的上边缘也可以不受此限制，即使无法完全分离从反射模块的出光口出射后的第二光束和第一光束，相比没有出光口的方案中还是可以降低第一成像区和第二成像区相互干扰的程度。
51.第一出光口和第二出光口可以通过在汇聚模块的出光面上进行丝印来实现，或者也可以通过在汇聚模块的出光面上或出光面一侧安装结构件来实现，在此不作限制。
52.一些示例中，由于光源的出射光的光分布特性，导致感光面阵的中心区域的亮度和周围区域的亮度不同。可选的，感光面阵中不同感光单元或者不同区域上的感光单元采用不同的曝光参数(例如不同的曝光强度、不同的曝光时长或不同的曝光次数)，以提高偏暗区域的亮度，进而提高探测信噪比。
53.一些示例中，第二介质和探测区的位置关系也可以不是并列设置在第一介质的同一个表面上，而是呈层叠排布的关系。例如，第二介质是铺设在第一介质的一个表面上的涂层，探测区设置在第二介质背向第一介质的上方。
54.第一光束和第二光束均依次入射至第一介质、第二介质和探测区。其中，第一介质和第二介质之间主要用于使得第一光束产生全反射，以在探测图像上形成第一亮度突变界线；第二介质和探测区上的待测液体之间主要用于使得第二光束产生全反射，以在探测图像上形成第二亮度突变界线。其中，光束在第一介质和第二介质之间的全反射角(为描述方便，下文称为第一全反射角)需大于在第二介质和待测液体之间的全反射角(为描述方便，下文称为第二全反射角)，因此，第二介质优选采用折射率大于待测液体的量程的最高点的材料。
55.可选的，通过对光源模块1的出射光进行整形或者调整光源模块1不同发光元件的发光亮度，使得光源模块1的出射光中入射至第二介质22时的入射角小于第一全反射角的部分占比大于50％，以减少由光源模块1的出射光经过第二介质后的大量衰减造成的待测液体对应的第二亮度突变界线的亮度变暗。
56.由于折光仪一般有防水的要求，因此第二介质还可以采用具有防水功能的材料，同时兼具防水的功能，以将第一介质密封在折光仪内。或者，可选的，第二介质背向第一介质的一侧还设有透光的防水件，用于将该第一介质和第二介质密封在折光仪内，探测区设置在防水件背向第二介质的一侧表面上。而且，防水件可以采用较高折射率的材料，以拉开和待测液体的折射率的差距，进而减少进入折光仪内的环境光，降低环境光对测量结果的影响。可选的，防水件的折射率大于折光仪的折射率测量量程中的的最大折射率。
57.在设置有防水件的示例中，由于防水件的过厚会影响到热传导，导致待测液体和第二介质的温度无法保持基本一致，会影响自标定的效果；而防水件过薄则会影响防水件的硬度。可选的，防水件的厚度位于0.05毫米到3个毫米之间，可以同时保证热传导和硬度。
58.相比第二介质和探测区的位置关系设置为同一层，将第二介质和探测区的位置关系设置成上下层的示例中可以简化工艺难度，更易实现防水，可以降低成本。防水件可以采用玻璃片或者其他透光防水的材料。其中，防水件的折射率可以大于第二介质的折射率，也可以小于第二介质的折射率。上面以第一介质为三棱镜，第二介质为三棱镜表面上的涂层为例进行举例描述，当然本技术中的第一介质和第二介质也可以指的是其他元件，下文中会进一步举例描述。下面分别结合图14～图17解释该三种示例。如图14所示，图14为三棱镜、三棱镜表面的涂层、防水件和待测液体的一个位置关系示意图。
59.示例一：第一介质为三棱镜，第二介质为涂层。第二介质的折射率大于防水件的折射率。由于全反射发生在光束由光密介质进入光疏介质中，因此，光束在依次穿过第一介质、第二介质、防水件、探测区上的待测液体，且待测液体的折射率小于防水件的折射率时，在光束覆盖所有相邻两层之间的全反射角的情况下，会在任意相邻两层之间发生全反射，进而在探测图像中形成对应的亮度突变界线。如图15所示，图15为探测图像的一个示意图。
在探测图像中，m1是光束在第一介质和第二介质之间发生全反射所产生的亮度突变界线，可用于计算第二介质的折射率。m2是光束在第二介质和防水件之间发生全反射所产生的亮度突变界线，可用于计算防水件的折射率。m3是光束在防水件和待测液体之间发生全反射所产生的亮度突变界线，可用于计算待测液体的折射率。该三条亮度突变界线在图像中从左到右依次排布。
60.可选的，通过对感光面阵4和汇聚模块3的位置关系设置，使得经第一全反射区全反射的光束经汇聚模块3汇聚后的位置位于感光面阵4之外，因此得到的探测图像中只能显示m2和m3，如图16所示。这样可以进一步减少第一亮度突变界线对其他亮度突变界线的检测的干扰；而且，m2距离图像的右侧边缘的距离增加，可以提高折光率对待测液体的折射率的测量量程。
61.示例二：第一介质为三棱镜，第二介质为涂层。防水件的折射率大于或等于第二介质的折射率。在待测液体的折射率小于防水件的折射率时，在光束覆盖所有相邻两层之间的全反射角的情况下，会在第一介质和第二介质之间，以及防水件和待测液体之间发生全反射，进而在探测图像中形成对应的亮度突变界线。如图17所示，图17为探测图像的另一个示意图。在探测图像中，m4是光束在第一介质和第二介质之间发生全反射所产生的亮度突变界线，可用于计算第二介质的折射率。m5是光束在防水件和待测液体之间发生全反射所产生的亮度突变界线，可用于计算待测液体的折射率。
62.相比示例一，示例二中由于在图像中减少一条亮度突变界线，可以降低对另两条亮度突变界线的检测的干扰，而且可以提高折光仪的测量量程。
63.示例三：第一介质是三棱镜表面上的涂层，第二介质是防水件，且涂层的折射率大于防水件的折射率。因此，第一全反射区指的是第一光束发生在涂层和防水件之间的全反射，对应产生第一亮度突变界线。第二亮度突变界线由第二光束发生在防水件和探测区上的待测液体之间的全反射产生。处理器通过该第一全反射区内发生的全反射光束形成的第一亮度突变界线来对对应待测液体折射率的第二亮度突变界线来进行校正。在该示例中，涂层优选采用折射率随温度变化而漂移的方向与清水的折射率随温度变化而漂移的方向相反的材料。
64.在第二介质和探测区的位置关系设置成上下层的示例中，由于光束在第一介质和第二介质之间已经发生过一次全反射，因此在第二介质和待测液体之间的全反射的光束会衰减较多，这导致可能第二亮度突变界线相比第一亮度突变界线暗许多，导致信噪比较低。
65.一个示例中，感光面阵用于连续输出包含多帧探测图像的探测图像序列，其中，对其中相邻两帧探测图像感光面阵采用不同的曝光参数。该曝光参数可以包括曝光强度、曝光时长或曝光次数。处理器还用于根据该相邻两帧探测图像合成一帧图像用于探测，以提高第二亮度突变界线的亮度，提高信噪比。
66.一个示例中，感光面阵用于连续输出包含多帧探测图像的探测图像序列，其中，在对应感光面阵分别形成其中相邻两帧探测图像的两个时段内，光源模块的发光强度不同。这样，通过提高对应其中一帧探测图像所对应的光源模块的发光强度，可以提高在第二介质和待测液体之间全反射的光束强度，进而提高第二亮度突变界线的亮度，同时避免第一亮度突变界线的饱和，同时避免提高信噪比。
67.上述各示例中，通过在折光仪中由待测液体所引发的全反射在图像上形成的亮度
突变界线来计算待测液体的折射率，以及设置第二介质引发光束产生全反射在图像形成的亮度突变界线来对待测液体的折射率进行校正。可选的，折光仪还可以设置进一步设置额外的至少一种介质，以引发光束产生全反射在图像上形成的额外的至少一条用于对待测液体的折射率进行校正的亮度突变界线。例如，在图9所示实施例中，还有至少第三介质和第二介质、探测区并列排布在第一介质的表面上，该第三介质用于接收来自光源模块的第三光束，用于引发该第三光束发生全反射，进而在图像上形成新的一条对应该第三介质的亮度突变界线。又例如，还有至少第三介质和第一介质、第二介质、探测区层叠排布，该第三介质用于在引发光束在入射该该第三介质或者在从该第三介质入射指相邻的另一种介质时发生全反射，进而在图像上形成新的一条对应该第三介质的亮度突变界线。
68.在对待测液体的折射率进行校正时，用于标定的介质的折射率随温度变化的特性与待测液体的折射率随温度变化的特性的关联性越强，则对待测液体的折射率校正的准确度越高。通过设置两种或两种以上用于对待测液体的折射率进行校正的介质，可以在对待测液体进行校正时选择与待测液体的特性更相关的介质，提高对待测液体的折射率校正的准确度。在设置两种或两种以上用于对待测液体的折射率进行校正的介质的示例中，在图像中根据该两种或两种以上的介质分别对应的亮度突变界线中选择其中一条对待测液体的折射率进行校正时，可以选择与待测液体对应的亮度突变界线最接近的一条亮度突变界线，或者根据该两种或两种以上的介质分别对应的亮度突变界线拟合出一条新的亮度突变界线来用于校正，或者可以采用机器学习的方法选择或生成用于校正的亮度突变界线。
69.处理器确定探测图像中的亮度突变界线的位置的方法有多种。例如，处理器可以分别计算探测图像中的反射区域中的各像素行的亮度梯度变化，将每行像素中梯度变化最大的像素点确定为亮度突变界线上的点。或者，处理器也可以通过边缘检测、模板匹配、机器学习等方法获取亮度突变界线的位置。可选的，在获取亮度突变界线的位置的过程中，处理器还可以获取当前温度和/或由装配公差导致的界线偏差，并根据该当前温度和/或界线偏差对获取到的亮度突变界线的位置进行补偿。确定亮度突变界线后，处理器可以在预先标定好的亮度突变界线和折射率的对应关系表中查表得到对应的折射率。
70.处理器从探测图像中确定出第一亮度突变界线和第二亮度突变界线，并根据该第二亮度突变界线的位置计算待测液体的折射率，以及根据该第一亮度突变界线的位置对该待测液体的折射率进行校正。根据第一亮度突变界线的位置对该待测液体的折射率进行校正的方式有多种。例如，处理器内存储有第一亮度突变界线和该待测液体对应的第二亮度突变界线的距离与漂移补偿的关系函数。通过该关系函数可以确定用于补偿第二亮度突变界线的漂移距离，让第二亮度突变界线回归到某个固定温度(例如20℃)下的位置。或者，也可以采用其他方法，例如机器学习的方法来根据第一亮度突变界线的位置对该待测液体的折射率进行校正。
71.在一个示例中，感光面阵可以是互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)传感器阵列。当然，感光面阵也可以采用ccd图像传感器等其它光电传感器来实现。可选的，感光面阵输出探测图像之后，处理器根据该探测图像统计探测图像亮度，当探测图像亮度满足预设条件之后才根据该探测图像计算折射率。该预设条件可以有多种，例如，该预设条件包括探测图像亮度与预设目亮度相差数值的绝对值大于阈值。
72.相比现有技术中采用线阵作为感光阵列，采用cmos传感器面阵不仅可以大幅降低安装的要求，还可以通过二维阵列的性质增加许多以前一维阵列无法做到的事情。例如，在根据感光面阵探测到的一帧探测图像计算折射率之前，处理器可以根据一帧探测图像中对应感光面阵上多行传感器测的像素值来进行滤噪，提高信噪比。其中，处理器可以对该帧探测图像在空间域或变换域上进行滤噪。在滤噪时，处理器可以基于窗口滑动平均滤波的方式进行滤噪，该滤波窗口的宽度可以是1至探测图像宽度之间的数值，高度可以是1至探测图像高度之间的数值。在一个具体例子中，处理器可以对多行传感器探测得到的像素值进行加权处理(例如平均处理)，得到滤噪后的结果，再根据该滤噪后的结果计算待检测介质的折射率。当然，处理器还可以采用其他滤噪的方法，例如采用机器学习的方法对该帧探测图像滤噪。
73.如图18所示，图18左侧是感光面阵对接收的光束所成的探测图像上的一个像素行的像素值曲线，右侧是对该行像素值及其上下多行像素值进行平均之后得到的像素值曲线，可以看出在利用多行像素值进行平均处理后可以降低噪声的影响。相比现有技术中仅有一行像素值(也即只有线阵传感器的探测结果)，本技术中采用感光面阵可以增加测量的精准度。
74.又例如，在根据探测图像中的反射区域中的多行像素值计算待测介质的折射率时，处理器可以剔除受杂散光影响的一行或多行像素值，或者降低受杂散光影响的该行或多行像素值的影响权重。
75.可以从一帧探测图像中选择受杂散光影响较小的一行测量结果来计算待测介质的折射率。杂散光是光学系统中由于表面磨损、脏污、雾气凝结或者器件位置偏移等原因形成的干扰光。杂散光的存在会降低折射率的计算准确度。采用感光面阵，处理器可通过对多行像素行的亮度进行比较分析，来确定受杂散光的像素行。相比现有技术中的线性传感器，本技术中采用感光面阵可以提高折射率测量的准确度。可选的，处理器还可以通过对多帧探测图像进行比较分析，来确定受杂散光的像素行。这样对于有杂散光影响时的折射率测量来说更加鲁棒。
76.在一个示例中，处理器在计算折射率之前，还可以根据多帧探测图像进行滤噪。举例来说，感光面阵在采集到多帧探测图像后，处理器可以对该多帧探测图像进行加权求和处理以合成一帧探测图像，再利用该合成的探测图像计算折射率。可选的，在计算折射率之前，处理器还可以采用上面描述的单帧滤噪的方法对该合成的探测图像进行进一步滤噪。
77.在一个示例中，控制模块还可以获取当前测量环境的亮度信息，并根据该亮度信息来调整感光面阵的探测图像画质，以获取一个更优的测量画质。其中，控制模块可以根据该亮度信息调节以下至少一项：光源模块的出射光强度、感光面阵的曝光时长、感光面阵的模拟增益、感光面阵的数字增益。其中，可以利用感光面阵在测量全反射光以外的时间段内测量环境光，或者，探测模块内还设有其他用于测量当前环境的亮度信息的传感器。
78.一种示例中，折光仪内设置有第一温度传感器和第二温度传感器，其中第一温度传感器用于测量第二介质的温度，第二温度传感器设置在探测区上，用来测量待测液体的温度。或者，第一温度传感器和第二温度传感器也可以不是直接与第二介质或者待测液体接触，而是通过导热性能较好的材料作为媒介接触。可选的，第一温度传感器可以安装在三棱镜的表面上，处理器还用于根据第一温度传感器所测量到的三棱镜表面的温度计算第二
介质的温度。实际工艺中将第一温度传感器固定在第二介质表面的难度较大，可通过安装在三棱镜的表面上来降低工艺难度，然后通过所测量到三棱镜表面的温度和预设的模型来计算第二介质的温度。
79.处理器还用于获取该第一温度传感器和第二温度传感器的测量结果，来对待测液体的折射率进行进一步校正。由于液体的折射率与液体的温度有关，而棱镜的温度决定了棱镜的热胀冷缩的比例，且棱镜的温度会导致光束的入射和出射角的偏移，因此，通过预先建立好的待测液体的温度、反射模块的温度与待测液体的折射率的关系模型，在计算待测液体的折射率时根据获取到的待测液体的温度和反射模块的温度和该关系模型来计算待测液体的折射率，可以提高折射率计算的准确度。
80.例如，在折光仪的第二介质和待测液体的温度相差较小的应用场景中，通过第一温度传感器和第二温度传感器可以计算出温度偏差，在采用第一亮度突变界线的位置对第二亮度突变界线的位置进行校正时，通过引入该温度偏差，可以更精准地对待测液体的测量结果进行校正。或者，在在折光仪的第二介质和待测液体的温度相差较大的应用场景中(例如在室温中测量高温待测液体的场景)在对待测液体进行测量时，由于温度差较大导致的温度传导相对慢些，通过两个温度传感器的设置，可以更精准测出两个温度，进而计算出第二介质和待测液体在达到热平衡时的温度。或者，进一步的，还可以根据两个温度传感器测得的温度来得到第二介质和待测液体的温度变化趋势，以及通过预设好的温度变化模型来更精准预测第二介质和待测液体的温度变化，结合该温度变化来对待测液体的测量结果进行校正。
81.在一个示例中，处理器还可以根据感光面阵输出的探测图像计算待测液体的浊度。光源模块的出射光中，从反射模块透射至待测液体的光束中遇到待测液体中的颗粒悬浮物会发生散射，其中部分散射光会透射该反射模块后入射到感光阵列上。散射按照散射颗粒的大小分为具有不同的角度分量的瑞利散射、米氏散射以及折射。通过对感光面阵探测到的探测图像分析，处理器可以获取探测图像光强分配，并根据该光强分布获取散射颗粒的大小及性质，进而判断液体的浊度。
82.例如，如图8所示，由液体中的颗粒导致的散射会导致不应该出现亮度的非反射区域上出现亮度值。因此，处理器可以根据该非反射区域上的亮度计算液体的颗粒浓度。具体的，由于探测图像中的不同像素位置对应在全反射界面上以不同角度入射的光束，在探测图像中的非反射区域上，可以理解该非反射区域包括全反射区域和非全反射区域，其中图8中该非反射区域的全反射区域位于反射区域的全反射区域的上下两侧，该非反射区域的非全反射区域位于反射区域的非全反射区域的上下两侧。由于被待测液体中的颗粒所散射的光束只能以全反射角以内的角度重新进入反射模块，因此感光面阵所成的探测图像中只有对应小于全反射角的区域上会出现散射光斑，也即被散射的光束只会出现在探测图像中的非全反射区域。
83.因此，在一个示例中，处理器可以根据探测图像上非反射区域中的非全反射区域的亮度来计算散射亮度。可选的，处理器还可以以非反射区域中的全反射区域的亮度作为基准值来计算散射亮度的绝对值。例如，处理器可以将探测图像上非反射区域中的非全反射区域的亮度减去非反射区域中的全反射区域的亮度，得到散射亮度的绝对值。获取到散射亮度后，处理器可以根据预先建立好的散射亮度和液体浊度的对应关系模型，得到对应
的待测液体的浊度。
84.可选的，处理器在确定非反射区域中的全反射区域的亮度时，可以对该区域中的至少部分像素的亮度进行加权平均处理，得到该全反射区域的亮度。同理，在确定非反射区域中的非全反射区域的亮度时，可以对该区域中的至少部分像素的亮度进行加权平均处理，得到该非全反射区域的亮度。这样可以降低计算误差。
85.又例如，如图8所示，由接近反射模块的全反射界面的颗粒导致的散射会导致探测图像中的反射区域中的亮度突变界线被模糊掉了，因此处理器还可以获取感光面阵探测到的探测图像上的亮度突变界线的模糊程度，并根据该模糊程度来确定待测液体中的浊度。其中，处理器可以根据预先标定好的亮度突变界线的模糊程度和液体浊度的对应关系查表，得到对应的待测液体的浊度。
86.在一些示例中，处理器用于在待测液体的浓度低于预设浓度时根据探测图像中的非反射区域上的亮度计算液体的浊度，在该待测液体的浓度高于预设浓度时根据探测图像上的亮度突变界线的模糊程度来计算液体的浊度。在待测液体浓度较低时，该待测液体的浊度和探测图像中的非反射区域的亮度具有较好的线性关系，根据非反射区的亮度来计算浊度可以具有更高的准确率，在待测液体的浓度较高时该线性关系下降，通过亮度突变界线的模糊程度来计算浊度可以更加准确。
87.折光仪计算浊度可以有许多应用场景。一些示例中，折光仪可以用于对液体进行成分检测。例如，折光仪可以同时测量液体的折射率和浊度，判定液体性质。又例如，折光仪可以同时测量液体(例如咖啡)的折射率和浊度，判断液体的含糖量和含奶量。又例如，折光仪可以同时测量液体(例如果汁)的折射率和浊度，判断液体的含糖量和果肉含量。又例如，折光仪可以测量传感器的清晰液体中的折射率和浊度，该折射率和浊度可以用于判断该传感器是否有脏污。可选的，该脏污判断结果可以用于决策是否需要继续清洁。在一个应用场景中，折光仪可以用于清洁机器(例如洗碗机、洗衣机等)，对清洁物体后的液体探测折射率和浊度，来判断被清洁物体的清洁度。在一个应用场景中，折光仪可以用于水质量检测。折光仪的判断结果可以通过交互模块显示给用户。
88.由于待测液体的浊度改变时也会影响该待测液体的折射率，在一些示例中，处理器还用于在计算出待测液体的浊度后，根据该预先标定好的浊度对折射率的影响关系，来对该待测液体的折射率进行修正。例如，在一种应用场景中，折光仪一起测量待测液体的浊度和糖度时，通过同时测量待测液体的浊度和糖度可以区分该待测液体中的奶和糖的比例从而得出准确的奶量和糖度值，继而可以更加准确地计算该待测液体的卡路里含量。
89.在一个示例中，折光仪还具有待机模式和/或低功耗模式。在该待机模式中，控制模块于休眠待机状态，光源模块和感光面阵均断电，折光仪整体耗电位于uw级别。在低功耗模式下，控制模块用于控制光源模块和感光面阵同步频闪，通电时间极短，折光仪整体耗电处于mw级别。具体的，控制模块在控制光源模块1和感光面阵时，可以根据感光面阵的帧信号同步触发脉冲宽度调制(pwm，pulse width modulation)信号实现对光源模块调光。
90.在一些示例中，折光仪还包括以下至少一种：用于探测待测液体的颜色的色度计、用于探测待测液体中的离子(例如酸性离子)含量的阻抗计、用于探测待测液体的酸度值的ph值计，以便处理器根据这些信息来辅助确定该待测液体的种类。
91.在一个示例中，折光仪还包括无线通信模块，用于将处理器所得到的待测液体的
折射率、浊度、温度中的至少一项发送给其他客户端(例如手机中的小程序、应用程序、电脑客户端、服务器等)，以便客户端根据所收集到的来自一个或多个折光仪的数据进行显示或者分析。在一个示例中，折光仪还包括交互模块，用于将所探测得到的数据显示给用户。
92.本技术还提供一种探测装置，内设置有上述折光仪。例如，该探测容器是一种智能杯。如图19所示，图19是一种智能杯的结构示意图。该智能杯包括杯体和设置在杯体内的上述折光仪201，用于探测水杯内的液体的折射率和/或浊度。如图19所示，该折光仪201设置在杯体200底部。或者，可选的，该折光仪固定在杯体中的杯盖处，可以方便安装。在需要测量液体折射率时用户只需将盖上杯盖的水杯倒转即刻实现测量。该折光仪可以是一个独立模块固定在该智能杯的杯体内。这样折光仪和智能杯的杯体可以独立组建，在结构和防水工艺上都更简单。或者，该折光仪可以集成在该智能杯的杯体内。可选的，在上述的折光仪包含防水件的示例中，该折光仪可以内嵌在玻璃杯内部，且将杯壁作为折光仪的防水件。
93.可选的，该智能杯还设置有微气压传感器和计算模块。该微气压传感器用于探测水杯内的液体体积，该计算模块用于根据折光仪所测得的液体折射率和/或浊度计算水杯内的液体的卡路里。可选的，该微气压传感器设置在由杯体的底部和设置在底部之上的隔膜之间形成的密闭空间内。
94.又例如，该探测装置是一种智能称。如图20所示，图20是一种智能称的结构示意图。该智能称包括称体210和设置在该称体210内的上述折光仪211，该称体210的表面还设置有液体容置区212和第一显示区(图未示)，该折光仪211用于探测液体容置区212内的液体的折射率，且该第一显示区用于显示该液体的折射率。可选的，该智能称的表面还设置有称重区213和第二显示区(图未示)，该第二显示区用于显示在称重区上的物体的重量。可选的，称重区213和液体容置区212并排在智能称的表面上。可选的，第一显示区和第二显示区分开设置或者合并设置。
95.又例如，该探测装置是一种智能动物尿液检测仪(垫子等)，设有上述的折光仪，通过折光仪测量动物尿液的折射率。
96.本技术还提供一种利用折光仪探测待测液体的折射率的方法。如图21所示，图21为本技术中的利用折光仪探测待测液体的折射率的方法的一个实施例的示意图。该方法包括以下步骤：s2201，向折光仪内的反射模块发射光束。s2202，通过汇聚模块将被所述反射模块至少全反射的光束汇聚至位于所述汇聚模块的焦平面上的感光阵列。s2203，利用所述感光阵列对接收的光束成像，生成探测图像。s2204，根据所述探测图像确定所述探测图像中的亮度突变界线。s2205，根据所述亮度突变界线在所述探测图像中的位置确定对应的全反射角。s2206，根据所述全反射角确定位于产生所述亮度突变界线对应的介质的折射率。
97.一个示例中，所述折光仪还包括设置在所述反射模块中的一个介质表面上的探测区，当所述探测区覆盖有待测液体，且所述待测液体的折射率低于所述第一介质的折射率时，所述光束的至少部分被所述待测液体全反射；所述探测图像内仅形成有一条对应所述待测液体的折射率的亮度突变界线。
98.一个示例中，所述光束包括第一光束和第二光束，所述反射模块包括相邻设置的第一介质和第二介质，所述第一介质的折射率大于所述第二介质的折射率，所述第一光束从所述第一介质入射至所述第二介质，且至少部分被所述第二介质全反射；所述折光仪还包括探测区，设置在所述反射模块内的其中一个介质的表面上，用于接收所述第二光束；当
所述探测区覆盖有待测液体，且所述待测液体的折射率低于所述其中一个介质的折射率时，所述第二光束的至少部分被所述待测液体全反射；所述探测图像中形成有所述第二介质对应的第一亮度突变界线和所述待测液体对应的第二亮度突变界线，所述方法还包括：根据所述第二亮度突变界线的位置计算所述待测液体的折射率，根据所述第一亮度突变界线的位置对所述待测液体的折射率进行校正。
99.一个示例中，所述探测区和所述第二介质分别位于所述第一介质的同一个表面上的不同区域，所述第二光束从所述第一介质未经过所述第二介质入射至所述探测区。
100.一个示例中，所述反射模块还包括具有与所述第二介质不同折射率的第三介质，与所述探测区、所述第二介质分别位于所述第一介质的同一个表面上的不同区域；所述光束还包括第三光束，所述第三光束从所述第一介质入射至所述第三介质时至少部分全反射，且所述探测图像中还形成所述第三介质对应的第三亮度突变界线；所述根据所述第一亮度突变界线的位置对所述待测液体的折射率进行校正包括：根据所述第一亮度突变界线和/或所述第三亮度突变界线对所述待测液体的折射率进行校正。
101.一个示例中，所述第一介质包括具有光入射面、光出射面和探测面的棱镜，所述探测区和所述第二介质分别位于所述探测面的不同区域上；所述方法还包括：通过所述光出射面上的第一出光口允许经所述第二介质全反射的至少部分光束通过所述第一出光口入射至所述汇聚透镜，通过所述光出射面上的第二出光口允许经所述待测液体全反射的至少部分光束通过所述第二出光口入射至所述汇聚透镜。一个示例中，所述光入射面上还设置有入光口，所述第一光束和所述第二光束通过所述入光口入射至所述探测面上；其中，所述第一出光口和所述第二出光口分别位于所述入光口在所述光出射面上的投影的两侧，且与所述投影未有交叠。
102.一个示例中，所述第一介质、所述第二介质和所述探测区层叠设置，且所述探测区设置在所述第二介质背向所述第一介质的一侧，第二光束依次穿过所述第一介质和所述第二介质。
103.一个示例中，所述反射模块包括具有光入射面、光出射面和探测面的棱镜，所述探测区位于所述探测面上；且所述探测区和所述探测面之间夹有经固化的材料层和透光玻璃层，所述透光玻璃层用于将所述材料层和所述棱镜密封在所述折光仪内，所述探测区位于所述透光玻璃层背向所述材料层的一侧。
104.一个示例中，所述棱镜的折射率大于所述材料层的折射率，且所述材料层的折射率大于所述透光玻璃层的折射率，当所述待测液体的折射率小于所述透光玻璃层的折射率时，所述探测图像上形成有至少三条亮度突变分界线；所述第一介质为所述棱镜，所述第二介质为所述材料层；或者，所述第一介质为所述材料层，所述第二介质为所述透光玻璃层。
105.一个示例中，所述棱镜的折射率大于所述材料层的折射率，所述材料层的折射率大于所述透光玻璃层的折射率，且所述感光面阵避开经所述材料层全反射的光束经所述汇聚透镜汇聚的位置，使得所述探测图像上仅形成有两条亮度突变分界线；所述第一介质为所述材料层，所述第二介质为所述透光玻璃层。
106.一个示例中，所述棱镜的折射率大于所述材料层的折射率，所述材料层的折射率小于或等于所述透光玻璃层的折射率，所述第一介质为所述棱镜，所述第二介质为所述材料层，或者，所述棱镜的折射率小于或等于所述材料层的折射率，所述材料层的折射率大于
所述透光玻璃层的折射率。
107.一个示例中，所述经固化的材料层是经光固化的涂层，或者是经高温固化的涂层，或者是经自然固化的涂层。一个示例中，所述经固化的材料层是经光固化的无影胶层。一个示例中，所述经固化的材料层的折射率大于1.33且不大于1.6，且折射率随温度变化的数值位于-0.0003/deg c到0.0003/deg c之内。一个示例中，所述第二介质的折射率大于1.33且不大于1.6，且折射率随温度变化的数值位于-0.0003/deg c到0.0003/deg c之内。
108.一个示例中，所述利用所述感光阵列对接收的光束成像，生成探测图像，包括：生成探测图像序列，其中所述探测图像序列中至少部分图像采用的曝光参数不同；或者，所述探测图像序列中的至少部分图像对应的所述光源模块的发光强度不同。
109.一个示例中，所述光源模块的发光面的口径和所述汇聚模块的通光口径相同或者相差小于所述发光面的口径的1/5，或者，所述光源模块的发光面的口径大于所述汇聚模块的通光口径的2倍。一个示例中，所述感光面阵的探测角度范围覆盖所述汇聚模块的全反射角范围。一个示例中，所述光源模块的出射光的半高宽小于5nm，或者，所述光源模块的出射光路上设置有窄带滤光片，经所述窄带滤光片滤波后的出射光的半高宽小于5nm。一个示例中，所述光源模块的出射光路上设置有匀光片。一个示例中，所述光源模块的出射光为绿光波段，且所述感光面阵为采用贝尔图形为rggb的cmos传感器。
110.一个示例中，在所述根据所述探测图像确定所述探测图像中的亮度突变界线之前还包括：确定所述探测图像的亮度与预设亮度的差值的绝对值大于阈值。一个示例中，在根据所述探测图像确定所述探测图像中的亮度突变界线之前还包括：根据所述探测图像中的目标像素行的上下至少部分像素行对所述目标像素行进行滤噪。一个示例中，所述根据所述探测图像中的目标像素行的上下至少部分像素行对所述目标像素行进行滤噪，包括：根据所述目标像素行的像素值和所述至少部分像素行的像素值的加权平均值作为所述目标像素行滤噪后的像素值。一个示例中，在根据所述探测图像确定所述探测图像中的亮度突变界线之前还包括：确定所述探测图像中受杂散光影响的像素行，其中，所述受杂散光影响的像素行未用于确定位于所述全反射界面背向所述光源模块的一侧的介质的折射率。一个示例中，所述探测图像是根据所述感光面阵获取到的多帧图像进行加权求和得到的。
111.一个示例中，所述方法还包：获取所述位于全反射界面外侧的介质的温度和所述全反射界面的温度；根据预先存储的待测介质的温度、所述全反射界面的温度与待测介质的折射率的关系模型，以及所述获取的位于全反射界面外侧的介质的温度和所述全反射界面的温度计算所述介质的折射率。
112.一个示例中，所述方法还包括：根据所述探测图像计算位于所述反射模块外侧的介质的浊度。一个示例中，所述探测图像包括非反射区域；根据所述探测图像计算位于所述反射模块外侧的介质的浊度，包括：获取所述非反射区域中的非全反射区域的散射亮度和/或所述亮度突变界线的模糊程度；其中，所述非反射区域中的非全反射区域对应所述非反射区域中以小于全反射角入射所述反射模块后入射至所述感光面阵的区域；根据所述非反射区域中的非全反射区域的散射亮度和/或所述亮度突变界线的模糊程度计算所述浊度。
113.一个示例中，所述非反射区域还包括位于所述非全反射区域一侧的全反射区域；所述获取所述非反射区域中的非全反射区域的散射亮度，包括：以所述非反射区域中的全反射区域的亮度为基准值计算所述探测图像中的非反射区域的非全反射区域的散射亮度。
一个示例中，所述根据所述非反射区域中的非全反射区域的散射亮度和/或所述亮度突变界线的模糊程度计算所述浊度，包括：在待测液体的浓度低于预设浓度时根据所述探测图像中的非反射区域上的非全反射区域的散射亮度计算所述待测液体的浊度；在所述待测液体的浓度高于预设浓度时根据所述探测图像上的亮度突变界线的模糊程度来计算所述待测液体的浊度。
114.一个示例中，所述位于反射模块外侧的介质为待测液体；所述方法还包括：获取所述待测液体的体积；根据所述待测液体的折射率、浊度和体积计算所述待测液体的卡路里。一个示例中，所述位于反射模块外侧的介质为待测液体；所述方法还包括：利用辅助设备获取辅助信息，其中，所述辅助设备包括色度计，所述辅助信息包括所述待测液体的颜色；或者，所述辅助设备包括阻抗计，所述辅助信息包括所述待测液体的离子含量；或者，所述辅助设备包括ph值计，所述辅助信息包括所述待测液体的酸度值；根据所述辅助信息和所述待测液体的折射率和/或浊度确定所述待测液体的种类。
115.一个示例中，所述向所述折光仪内的反射模块发射光束之前还包括：发射液体对目标物体进行清洗，所述位于反射模块外侧的介质为清洗目标物体后的液体；所述方法还包括：根据所述清洗目标物体后的液体的折射率判断所述目标物体的清洁度。一个示例中，所述方法还包括；根据所述目标物体的清洁度判断是否需要对所述目标物体继续清洗。
116.一个示例中，所述向所述折光仪内的反射模块发射光束之前还包括：将所述折光仪固定于管道内壁上；其中，所述折光仪用于测量所述管道内的流动液体的折射率，所述亮度突变界线包括对应所述管道内的流动液体的亮度突变界线。由于本技术的折光仪可以实时自标定，相比现有计算的折光仪需要标定后再对液体测量，本技术的折光仪在测量管道中的流动液体时可以得到准确度更高的测量结果。
117.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。