非接触式酒精浓度测量方法和装置

本发明属于酒精浓度测量，尤其是一种非接触式酒精浓度测量方法和装置。

背景技术：

1、酒精是乙醇和水的混合溶液。作为一种常用的有机溶剂，酒精在日常生活、医疗卫生、食品工业、工农业生产中都有广泛的用途。生活中，食用酒精可以用来勾兑白酒；在医疗领域，70％～75％的乙醇溶液常用于医疗消毒、40％～50％的酒精可预防褥疮、25％～50％的酒精可用于物理退热；在工农业领域，酒精是清漆、化妆品、油墨、脱漆剂等的溶剂以及农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等的制造原料。浓度可以说是确定酒精溶液用途的决定性因素，因此，实现酒精浓度准确、快速、便捷的测量具有重要意义。

2、酒精浓度的测量方式可以大致分为接触式测量和非接触式测量两类，目前接触式测量方案已经较为成熟，在市场上应用广泛，典型的有密度计法、折光计法以及酒精比重计法。

3、酒精密度计法基于乙醇和水的密度差异进行设计：乙醇的密度小于水的密度，酒精浓度越高，密度越小，酒精溶液中酒精密度计所受的浮力就越小，通过读取密度计上的提前标定好的刻度就可以实现酒精浓度的测量。但是，酒精密度计法操作繁琐，需人工读数，且消耗的酒精溶液多。

4、酒精折光计法基于不同浓度酒精溶液的折射率差异进行设计：通过测量透过酒精溶液后光线偏折的角度，转化为溶液的折射率，进而测出酒精的浓度。但是酒精折光计法也需要人工读数，且对于高浓度酒精溶液测量误差较大。

5、酒精比重计法通过测量标准玻璃砝码在酒精溶液中所受浮力，计算出酒精溶液的密度从而实现酒精浓度的测量。该方法操作步骤繁琐、测量误差较大，且装置成本较高。

6、以上接触式测量装置均存在体积笨重、操作复杂、成本较高等问题。在一些需要少量取样和快速测量的场合并不适用。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种非接触式酒精浓度测量方法和装置，实现高效率、高精度、低成本的非接触酒精浓度测量。

2、为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是：

3、非接触式酒精浓度测量方法，包括以下步骤：

4、波长为λ的红外激光二极管直接照射红外光电探测器，红外光电探测器测量得到前向光强为i0，利用红外激光二极管内部的光电探测器监测到的背向光强为i'0；

5、波长为λ的红外激光二极管透过待测酒精溶液后照射红外光电探测器，红外光电探测器测量得到前向光强为i1，利用激光二极管内部的光电探测器监测到的背向光强为i1'；计算待测酒精溶液的波长为λ的激光透过率t，

6、基于标定得到的酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系，计算得到待测酒精溶液的浓度。

7、进一步地，本发明一优选方案中，所述激光波长λ为1310nm。

8、进一步地，本发明采用已知浓度的酒精溶液进行波长为λ的激光透过率标定，标定得到酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系，其中所述酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系采用e指数模型进行拟合得到。

9、另一方面，本发明提供一种非接触式酒精浓度测量装置，包括：

10、比色皿，用于盛装待测酒精溶液；

11、红外激光二极管，用于发射波长为λ的激光；

12、红外光电探测器，所述红外激光二极管发射的波长为λ的激光直接照射红外光电探测器时，红外光电探测器测得的前向光强为i0，与此同时红外激光二极管内部监测的背向光强为i'0；所述红外激光二极管发射的波长为λ的激光透过盛有酒精溶液的比色皿后照射红外光电探测器，红外光电探测器测量得到前向光强为i1，利用激光二极管内部的光电探测器监测到的背向光强为i1'

13、数据处理单元，用于计算待测酒精溶液的波长为λ的激光透过率t，基于标定得到的酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系，计算得到待测酒精溶液的浓度。

14、进一步地，作为本发明的优选方案，所述激光波长λ为1310nm，所述比色皿的光程为10mm。基于酒精溶液的1310nm激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系，计算得到待测酒精溶液的浓度c＝81.103×ln(t)-268.691。

15、相对于现有技术，本发明能够产生的有益技术效果是：

16、针对现有测量酒精溶液浓度装置存在体积笨重、操作复杂、成本较高，在一些需要少量取样和快速测量的场合并不适用等问题，本发明提供一种高效率、高精度、低成本的非接触式酒精浓度测量方案，且该测量方案可以大大减小测量装置的体积，且测量结果准确可靠。

技术特征：

1.非接触式酒精浓度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的非接触式酒精浓度测量方法，其特征在于，所述激光波长λ为1310nm。

3.根据权利要求2所述的非接触式酒精浓度测量方法，其特征在于，采用已知浓度的酒精溶液进行波长为λ的激光透过率标定，标定得到酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系，其中所述酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系采用e指数模型进行拟合得到。

4.非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于，采用1310nm的激光器作为光源。

6.根据权利要求4或5所述的非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于：所述红外光电探测器选用波长响应范围在800nm～1700nm的ingaas光电探测器。

7.根据权利要求4或5或6所述的非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于：所述比色皿光程为10mm。

8.根据权利要求7所述的非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于，所述待测酒精溶液的浓度c＝81.103×ln(t)-268.691。

9.根据权利要求4所述的非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于：所述数据处理单元还用于对光源进行脉冲驱动，控制光源输出光脉冲。

10.根据权利要求4所述的非接触式酒精浓度测量装置，其特征在于：所述数据处理单元连接有无线通讯模块，通过无线通讯模块与客户端通讯连接，客户端能够远程操控所述数据处理单元；

技术总结
本发明提出一种非接触式酒精浓度测量方法和装置，包括：利用光源发射红外波段的激光照射盛装有待测酒精溶液的比色皿；红外光电探测器从比色皿的另一侧接收透过所述待测酒精溶液的透射光；计算待测酒精溶液的透过率；基于酒精溶液的波长为λ的激光透过率和酒精溶液浓度的函数关系计算得到待测酒精溶液的浓度。本发明实现了高效率、高精度、低成本的非接触酒精浓度测量。

技术研发人员：王泽锋,李天宇,李德鑫,饶斌裕,石东冉
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15