新型糖浓度检测仪的研究

　　引　　言

　　液体含糖量(即糖浓度)是一个日益引起人们关注的物理量,在化工、制药、轻工、食品饮料、环保等各个行业部门以及日常生活的各个领域,都有对液 体含糖量进行测量的需求,而且许多场合下要求现场快速测量。以前大多数糖浓度检测仪是采用手持式目视结构,其主要的不足之处有:(1)读数误差大、因人而 异;(2)读数环境要求光线明亮;(3)无温度自动补偿,为了得到正确读数,必须查阅修正表进行计算,使用不便。

　　本文介绍的基于线阵CCD的新型糖浓度检测仪,克服了上述不足,能在现场方便准确地实现快速测量。

　　2　工作原理

　　新型糖浓度检测仪主要由光学系统、CCD接收器、信号处理电路组成。系统示意图如图1所示。根据光学透射反射原理,当光线从折射率为n0的光密 媒质以入射角θi入射到折射率为n的光疏媒质中时,在两种媒质的交界面上将发生折射(折射角为θt)与反射(反射角为θr)现象,并有关系 式:nsinθt=n0sinθi,当θt=90°时,有关系式:

　　通常称θc为全反射临界角。当θi>θc时,光线会在两个媒质界面发生全反射现象。根据这一基本原理,合理选择已知折射率为n0的光密媒 质(棱镜),通过检测全反射临界角θc就可以方便地得到被测折射率n。采用LED作为光源,一个反射棱镜作为反射发生器件,其后用一透镜将各个角度的反射 光汇聚到置于其焦面的CCD光敏面。

　　假定透镜焦距为f,被测糖浓度样品的折射率为n,棱镜角度为α,临界角在CCD上对应位置就可以表达为:

　　由此可见,检测出CCD光敏面上的位置变化,就可以知道临界角的变化,进而可计算出被测液体的折射率。根据理论计算和实验定标,可以确定被测液体糖浓度与折射率的对应关系,根据这一对应关系,就能正确地得到被测液体的糖浓度。

　　信号处理电路主要是完成CCD信号的放大、处理以及数据运算。采用低功耗单片机为主控芯片,选用集成温度传感器采集温度信号。由单片机根据所采集的温度信号实时补偿所测到的糖浓度,测量结果通过数字显示屏显示。

　　全反射临界角在CCD光敏面上的分布如图2所示。

　　3　仪器的特点

　　3.1　检测范围和检测精度

　　新型糖浓度检测仪的检测范围相对比较宽。根据不同的应用场合,仪器检测范围分为0～45%Brix和44%～85%Brix,温度使用范围为 0～70℃。仪器的灵敏度为±0.1%Brix,温度自动补偿误差为±0.2%Brix,这一精度相当于折射率检测精度为±0.0002。因此,完全能满 足实际精度要求。