一种可溶有机物水溶液检测装置及检测方法

1.本发明公开了一种可溶有机物水溶液检测装置及检测方法，涉及可溶有机物水溶液检测技术领域。


背景技术：

2.现有的测量溶液浓度的方法是溶液折射率的测量，因为溶液的折射率与溶液浓度紧密相关，现在使用较多的阿贝折射仪仍有测量范围相对较小，而旋光仪测量浓度，只适用于旋光性溶液，靠人眼来判断三分视场的亮度是否相同，容易产生较大误差,分光光度法虽然是一个精密的仪器，但其对工作环境较为严格，价格昂贵，对操作人员要求高；且根据溶液折射率与浓度的关系测量溶液高度，只适合透明溶液测浓度，常用的方法有用阿贝折射仪测量液体的折射率，但其折射角不易测量，且一般液体的折射率随浓度变化不是很明显，此法引起的测量误差比较大。折射极限法测量液体的折射率虽然所测光路入射角折射角的变化范围较大，但是需要测出入射角，出射角和三棱镜顶角三组数据，且计算公式较为复杂，因而不可取。


技术实现要素：

3.本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种可溶有机物水溶液检测装置及检测方法，设备简单，操作简便，适应性广。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种可溶有机物水溶液检测装置,其特征在于：包括:信号源、玻璃器皿、功率放大器、激光源和光屏片；所述的信号源电性连接电源,所述玻璃器皿上附着一层反光片，所述激光源的激光经反光片反射后射向光屏片，所述信号源电性连接功率放大器，所述的功率放大器和光屏片分别置于玻璃器皿的两侧，所述的可溶有机物水溶液包括：葡萄糖溶液、乙二醇溶液和丙三醇溶液。
5.进一步的，所述的玻璃器皿为高脚杯，高脚杯在声波影响下更容易振动，故更容易通过光斑的形变确定共振频率。
6.进一步的，所述的功率放大器与玻璃器皿距离为0.5~1cm，光屏片距离玻璃器皿2~4m。
7.一种可溶有机物水溶液检测方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤一：获取预先标定玻璃器皿与溶液的之间的共振频率同溶液浓度的对应关系；步骤二：在玻璃器皿中倒入待检测溶液，信号源与功率放大器连接，信号源和功率放大器发出的声波信号，使空玻璃杯发生振动，从小到大调节信号源，在玻璃器皿与待检测溶液发生共振时，即反射至光屏片上激光的光斑宽度最大时，读取此时信号源的输出频率；步骤三：根据步骤1中的溶液浓度与共振频率的对应关系，得出待检测溶液的浓度数据。
8.进一步的，步骤1中：预先标定玻璃器皿与溶液的之间的共振频率同溶液浓度的对
应关系具体包括以下步骤：步骤1：打开激光源，激光源的激光经反光片反射后射向光屏片，观察到光斑；步骤2：在玻璃器皿中倒入已知浓度的溶液；步骤3：将信号源与功率放大器连接，由低到高调节信号源输出频率，信号源和功率放大器发出的声波信号，使空玻璃杯发生振动，同时观察反射激光形成的光斑，当光斑达到最粗时，记录此时信号源的输出频率, 即玻璃器皿和该溶液的共振频率，形成一组溶液浓度与共振频率数据；步骤4：清洗玻璃器皿，并倒入另一种浓度的溶液，重复步骤3的测量步骤，直至有至少10组不同溶液浓度与共振频率数据；步骤5：将步骤4中的多组不同溶液浓度与相应共振频率数据拟合成线，完成标定对应关系。
9.进一步的，溶液浓度与共振频率数据包括玻璃器皿加入等体积的水溶液，溶液的浓度为0。
10.进一步的，玻璃器皿上设置刻度线，刻度线的值在0~400ml范围内，步骤2和3中倒入的溶液体积相同，体积为250~350ml。
11.进一步的，步骤3中观察反射激光形成的光斑，当光斑宽度达到最粗时，记录此时信号源的输出频率具体包括以下步骤：由低到高调节信号源的输出频率，步长为1hz，记录每个步长下的光斑宽度粗细，当信号源输出信号达到某一频率f0时，光斑宽度为x0，再调高1hz输出频率，光斑会明显变细，继续调高输出频率，光斑持续变细，即可判断，信号源的输出频率为f0时，光斑达到最粗为x0，且玻璃器皿同溶液的共振频率为f0。
12.有益效果：本发明利用不同浓度的溶液共振频率不同，利用光学放大法测振，进而测得溶液浓度的方法，提供了测量溶液浓度的新方案。相比之下，本实验方案的测量浓度范围大，测量结果明显直观，设备简单，操作简便，适用于可溶于水的多种溶液。
附图说明
13.图1为本发明检测装置的结构示意图；图2为本发明第一种实施例示意图；图3为本发明第二种实施例示意图；图4为本发明第三种实施例示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
15.如图1所示，一种可溶有机物水溶液检测装置,其特征在于：包括:信号源、玻璃器皿、功率放大器、激光源和光屏片；所述的信号源电性连接电源,所述玻璃器皿上附着一层反光片，所述激光源的激光经反光片反射后射向光屏片，a位置为反射的光斑所在的位置，bc的宽度为玻璃器皿振动时，光斑的宽度；所述信号源电性连接功率放大器，所述的功率放大器和光屏片分别置于玻璃器皿的两侧； 所述的玻璃器皿为高脚杯，所述的功率放大器与玻璃器皿距离为1cm，光屏片距离玻璃器皿3m。
16.实施例一：葡萄糖溶液首先是预先定标过程。当不发出声波信号时，高脚杯静止，不发生振动，将激光束射到高脚杯上并发生反射，记录光屏片上反射激光束形成的光斑位置，光斑在光屏片的中央位置；在空高脚杯中倒入10%浓度的葡萄糖溶液，并使溶液到达高脚杯300ml刻度，由低到高调节信号源的输出频率，步长为1hz，记录每个步长下的光斑宽度粗细，当信号源输出信号频率达到450hz时，光斑宽度为12.6cm，再调高1hz输出频率，光斑明显变细，继续调高输出频率，光斑持续变细，即可判断，信号源的输出频率为450hz时，光斑达到最粗为12.6cm，且玻璃器皿同溶液的共振频率为450hz；同时记录此时光斑的粗细12.6cm。
17.重复上述实验，将高脚杯中的葡萄糖溶液倒出，并将高脚杯清洗干净，再在空高脚杯中倒入其他浓度该溶液（每次增加10%浓度），并使溶液到达同一刻度处，重复此前的操作，记录信号源每次在高脚杯达到共振时的输出频率。
18.将溶液浓度与共振频率一一对应，标定的数据如图2所示。
19.测量未知浓度葡萄糖溶液的浓度：将未知浓度的葡萄糖溶液倒入空高脚杯中，并使溶液达到相同体积，由低到高调节信号源的输出频率，同时观察反射光斑的粗细，当光斑达到最粗，高脚杯与未知浓度的溶液达到共振时，记录此时信号源的输出频率，即为共振频率，再对照定标时的数据，进而确定溶液的浓度。
20.实施例二：乙二醇溶液首先是预先定标过程。当不发出声波信号时，高脚杯静止，不发生振动，将激光束射到高脚杯上并发生反射，记录光屏片上反射激光束形成的光斑位置，光斑在光屏片的中央位置，在空高脚杯中倒入10%浓度的乙二醇溶液，并使溶液到达高脚杯300ml刻度，由低到高调节信号源的输出频率，步长为1hz，记录每个步长下的光斑宽度粗细，当信号源输出信号频率达到452hz时，光斑宽度为12.6cm，再调高1hz输出频率，光斑明显变细，继续调高输出频率，光斑持续变细，即可判断，信号源的输出频率为452hz时，光斑达到最粗为12.6cm，且玻璃器皿同溶液的共振频率为452hz；同时记录此时光斑的粗细12.6cm；重复上述实验，将高脚杯中的乙二醇溶液倒出，并将高脚杯清洗干净，再在空高脚杯中倒入其他浓度该溶液（每次增加10%浓度），并使溶液到达同一刻度处，重复此前的操作，记录信号源每次在高脚杯达到共振时的输出频率。
21.将溶液浓度与共振频率一一对应，标定的数据如图3所示。
22.测量未知浓度乙二醇溶液的浓度：将未知浓度的乙二醇溶液倒入空高脚杯中，并使溶液达到相同高度处，由低到高调节信号源的输出频率，同时观察反射光斑的粗细，当光斑达到最粗，高脚杯与未知浓度的溶液达到共振时，记录此时信号源的输出频率，即为共振频率，再对照定标时的数据，进而确定溶液的浓度。
23.实施例三：丙三醇溶液首先是预先定标过程。当不发出声波信号时，高脚杯静止，不发生振动，将激光束射到高脚杯上并发生反射，记录光屏片上反射激光束形成的光斑位置，在空高脚杯中倒入10%浓度的丙三醇溶液，并使溶液到达高脚杯300ml刻度，当信号源输出信号频率达到452hz时，光斑宽度为12.5cm，再调高1hz输出频率，光斑明显变细，
继续调高输出频率，光斑持续变细，即可判断，信号源的输出频率为452hz时，光斑达到最粗为12.5cm，且玻璃器皿同溶液的共振频率为452hz；同时记录此时光斑的粗细12.5cm；重复上述实验，将高脚杯中的丙三醇溶液倒出，并将高脚杯清洗干净，再在空高脚杯中倒入其他浓度该溶液（每次增加10%浓度），并使溶液到达同一刻度处，重复此前的操作，记录信号源每次在高脚杯达到共振时的输出频率。
24.将溶液浓度与共振频率一一对应，标定的数据如图4所示。
25.测量未知浓度丙三醇溶液的浓度：将未知浓度的丙三醇溶液倒入空高脚杯中，并使溶液达到标定标对应的相同体积，由低到高调节信号源的输出频率，同时观察反射光斑的粗细，当光斑达到最粗，高脚杯与未知浓度的溶液达到共振时，记录此时信号源的输出频率，即为共振频率，再对照定标时的数据，进而确定溶液的浓度。
26.本技术可溶有机物水溶液的标定过程可以预先完成，形成可溶有机物水溶液浓度与共振频率表格的数据库，也可以将溶液浓度与共振频率拟合成相应的关系曲线，在实际测量中，只需根据上述技术方案测量出未知浓度溶液与玻璃器皿的共振频率(测量时，功率放大器与光屏片距离玻璃器皿的距离要与标定时相同)，再需根据待测溶液种类，提取相应关系表格，即可得知该种类溶液的浓度。
27.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。