本發(fā)明涉及溶液PH值檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境問題也越來越重視，水質(zhì)污染已成為我國(guó)環(huán)境面臨的突出問題之一。因此，對(duì)各種水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)，為環(huán)保部門提供水質(zhì)分析數(shù)據(jù)，是環(huán)境治理中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中對(duì)水質(zhì)PH值的檢測(cè)尤為重要。由于受制造技術(shù)和電子工藝技術(shù)的限制，國(guó)內(nèi)PH值檢測(cè)技術(shù)一直相對(duì)落后，自動(dòng)化水平低；而美國(guó)、德國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家在對(duì)水質(zhì)PH值檢測(cè)方面的研究和應(yīng)用一直走在前面，并相繼建立了各種類型的環(huán)境在線自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。

自丹麥生物化學(xué)家索倫森提出PH的概念以來，PH值檢測(cè)技術(shù)的研究就一直沒有間斷過。日本率先研制出了世界第一臺(tái)工業(yè)PH計(jì)，之后離子選擇性電極和與其對(duì)應(yīng)的實(shí)用技術(shù)應(yīng)用到PH值檢測(cè)領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路和高性能芯片的發(fā)展，PH值檢測(cè)技術(shù)朝著智能化、微型化的方向發(fā)展。例如，美國(guó)推出的工業(yè)在線氫離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管固體PH電極，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)在PH值檢測(cè)技術(shù)上的研究相對(duì)于國(guó)外起步較晚，雖然研制了一些PH值檢測(cè)儀，但在精度上和性能上和國(guó)外的設(shè)備沒有可比性，其區(qū)別主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)產(chǎn)品的功能性、專門性和可靠性相對(duì)較差，國(guó)內(nèi)的大部分測(cè)試產(chǎn)品的功能性與可靠性和國(guó)外相差1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；(2)在自主研發(fā)和創(chuàng)新能力方面，國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)主要以引進(jìn)國(guó)外技術(shù)為主，不能掌握產(chǎn)品的核心技術(shù)，在此類產(chǎn)品市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力；(3)測(cè)試產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)差異較大，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在高精密制造和加工、智能化及網(wǎng)絡(luò)化方面與國(guó)外有相當(dāng)大的差距。

PH值檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展不但對(duì)于環(huán)境保護(hù)方面意義重大，在醫(yī)學(xué)上也有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)人體體液的PH值數(shù)據(jù)，可以判斷一個(gè)人的健康狀況。PH值檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展仍然有很大的空間，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)等高新技術(shù)的迅速發(fā)展，PH值檢測(cè)領(lǐng)域的研發(fā)將發(fā)生根本性的革命，向著更加靈敏、便捷、可靠地獲取被測(cè)試對(duì)象多方面信息的方向發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過一種基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法及裝置，來解決以上背景技術(shù)部分提到的問題。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法，其包括如下步驟：

A、將氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡安裝在激光架板上，并將激光架板與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固連，通過三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器的空間位置；

B、將磁約束體裝入磁約束體支架內(nèi)；初始時(shí)，由磁約束體形成的磁腔內(nèi)不放入樣品試管；

C、氦氖激光發(fā)生器射出的激光能通過起偏器形成偏振光，穿過磁腔的中心線最終照射到光強(qiáng)計(jì)上，由光強(qiáng)計(jì)記下此時(shí)的光強(qiáng)；

D、將盛裝不同PH值的標(biāo)準(zhǔn)溶液的樣品試管依次放入磁腔中，旋轉(zhuǎn)檢偏器使光強(qiáng)計(jì)檢測(cè)的光強(qiáng)與磁腔中未放入樣品試管時(shí)檢測(cè)到的光強(qiáng)相同；

E、由編碼器測(cè)量檢偏器偏轉(zhuǎn)的角度，通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集并處理編碼器輸出的電信號(hào)，確定檢偏器偏轉(zhuǎn)角與PH值之間的關(guān)系式，完成檢偏器偏轉(zhuǎn)角與PH值之間的關(guān)系標(biāo)定；

F、將待測(cè)樣品試管放入磁腔中，根據(jù)編碼器測(cè)得的檢偏器偏轉(zhuǎn)角及所述檢偏器偏轉(zhuǎn)角與PH值之間的關(guān)系式，確定待測(cè)樣品試管中的溶液PH值。

特別地，所述磁約束體采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體，增強(qiáng)磁場(chǎng)。

特別地，所述編碼器采用絕對(duì)式編碼器。

特別地，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線同軸。

特別地，所述磁腔內(nèi)放入的樣品試管與磁腔同軸。

本發(fā)明還公開了一種基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)裝置，其包括激光發(fā)生裝置、起偏器、磁場(chǎng)發(fā)生裝置、檢偏裝置以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；所述激光發(fā)生裝置包括三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、激光架板、氦氖激光發(fā)生器、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡；所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括磁約束體支架、磁約束體；所述檢偏裝置包括檢偏器、編碼器、光強(qiáng)計(jì)；其中，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡安裝在激光架板上，所述激光架板與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固連，通過所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器的空間位置；所述磁約束體安裝在磁約束體支架內(nèi)，由磁約束體形成的磁腔，磁腔供樣品試管放入；所述檢偏器與編碼器固連，通過檢偏器的偏振光打在光強(qiáng)計(jì)上；所述編碼器連接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)。

特別地，所述磁約束體采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體。

特別地，與所述檢偏器固連的編碼器是中空的，偏振光穿過編碼器打在光強(qiáng)計(jì)上；所述編碼器采用絕對(duì)式編碼器。

特別地，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線同軸。

特別地，所述磁腔內(nèi)放入的樣品試管與磁腔同軸。

針對(duì)環(huán)境問題中水質(zhì)PH值檢測(cè)這一問題，本發(fā)明提出的基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法及裝置在磁光偏轉(zhuǎn)效應(yīng)基礎(chǔ)上，將盛裝溶液的樣品試管置于磁約束體形成的磁腔中，在磁約束體的作用下，溶液PH值對(duì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的偏振光有影響，使用光強(qiáng)計(jì)檢測(cè)檢偏器之后的光強(qiáng)；通過旋轉(zhuǎn)檢偏器，使磁腔中帶有樣品試管時(shí)的光強(qiáng)與無樣品試管時(shí)的光強(qiáng)保持一致，通過絕對(duì)式編碼器測(cè)量檢偏器偏轉(zhuǎn)的角度，從而實(shí)現(xiàn)樣品試管中PH值的檢測(cè)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶液PH值的自動(dòng)、實(shí)時(shí)、可靠地檢測(cè)，可為我國(guó)化學(xué)工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等PH值檢測(cè)領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)支持。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法流程圖；

圖2為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，圖1為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法流程圖。

本實(shí)施例中基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)方法具體包括如下步驟：

A、將氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡安裝在激光架板上，并將激光架板與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固連，通過三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器的空間位置。在實(shí)際操作中，所述氦氖激光發(fā)生器和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線應(yīng)盡量同軸，在本實(shí)施例中調(diào)整所述氦氖激光發(fā)生器與準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡的中心線同軸。

B、將磁約束體裝入磁約束體支架內(nèi)；初始時(shí)，由磁約束體形成的磁腔內(nèi)不放入樣品試管。所述磁約束體采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體，增強(qiáng)磁場(chǎng)。

C、氦氖激光發(fā)生器射出的激光能通過起偏器形成偏振光，穿過磁腔的中心線最終照射到光強(qiáng)計(jì)上，由光強(qiáng)計(jì)記下此時(shí)的光強(qiáng)。

氦氖激光發(fā)生器射出的激光經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡通過起偏器后，形成偏振光。當(dāng)磁腔中無樣品試管時(shí)，偏振光在磁約束體產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下，會(huì)發(fā)生小角度偏轉(zhuǎn)，通過檢偏器后由光強(qiáng)計(jì)記下此時(shí)的光強(qiáng)。

D、將盛裝不同PH值的標(biāo)準(zhǔn)溶液的樣品試管依次放入磁腔中，旋轉(zhuǎn)檢偏器使光強(qiáng)計(jì)檢測(cè)的光強(qiáng)與磁腔中未放入樣品試管時(shí)檢測(cè)到的光強(qiáng)相同。需要說明的時(shí)，所述磁腔內(nèi)放入的樣品試管與磁腔同軸。

當(dāng)磁腔中有樣品試管時(shí)，偏振光不僅受磁場(chǎng)影響，其光強(qiáng)會(huì)受樣品試管中溶液影響，通過檢偏器后光強(qiáng)比無樣品試管時(shí)小。通過旋轉(zhuǎn)檢偏器可使光強(qiáng)計(jì)檢測(cè)到的光強(qiáng)與磁腔中無樣品試管時(shí)相同。

E、由編碼器測(cè)量檢偏器偏轉(zhuǎn)的角度，通過數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)采集并處理編碼器輸出的電信號(hào)，確定檢偏器偏轉(zhuǎn)角與PH值之間的關(guān)系式，完成檢偏器偏轉(zhuǎn)角與PH值之間的關(guān)系標(biāo)定。在本實(shí)施例中所述編碼器采用絕對(duì)式編碼器。

F、將待測(cè)樣品試管放入磁腔中，根據(jù)編碼器測(cè)得的檢偏器偏轉(zhuǎn)角及所述檢偏器偏轉(zhuǎn)角與PH值之間的關(guān)系式，確定待測(cè)樣品試管中的溶液PH值。

如圖2所示，圖2為本發(fā)明提供的基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)圖。

本實(shí)施例中基于偏振光磁光效應(yīng)的PH值檢測(cè)裝置具體包括激光發(fā)生裝置、起偏器105、磁場(chǎng)發(fā)生裝置、檢偏裝置以及數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113；所述激光發(fā)生裝置包括三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101、激光架板102、氦氖激光發(fā)生器103、準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104；所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括磁約束體支架106、磁約束體109；所述檢偏裝置包括檢偏器110、光強(qiáng)計(jì)111、編碼器112；所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113包括數(shù)據(jù)采集卡、工控機(jī)、軟件處理模塊。其中，所述氦氖激光發(fā)生器103和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104安裝在激光架板102上，所述激光架板102與三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101固連，通過所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器103的空間位置；所述磁約束體109安裝在磁約束體支架106內(nèi)，由磁約束體109形成的磁腔107，磁腔107供樣品試管108放入；所述檢偏器110與編碼器112固連，通過檢偏器110的偏振光打在光強(qiáng)計(jì)111上；所述編碼器112連接數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113。

在本實(shí)施例中所述磁約束體109采用永磁體或電磁鐵形式的任一種，其中，若采用永磁體形式，則通過串聯(lián)由一對(duì)N-S永磁體變?yōu)槿舾蓪?duì)N-S永磁體，這樣可以增強(qiáng)磁場(chǎng)。在本實(shí)施例中，與所述檢偏器110固連的編碼器112是中空的，偏振光穿過編碼器112打在光強(qiáng)計(jì)111上。在本實(shí)施例中，所述編碼器112采用絕對(duì)式編碼器。在本實(shí)施例中，所述氦氖激光發(fā)生器103和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104的中心線同軸。所述磁腔107內(nèi)放入的樣品試管108與磁腔107同軸。

具體的，所述三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)101用于調(diào)節(jié)氦氖激光發(fā)生器103的空間位置。所述激光架板102用于安裝氦氖激光發(fā)生器103和準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104，使兩者同軸線。所述氦氖激光發(fā)生器103用于發(fā)射氦氖低功率激光；所述準(zhǔn)直擴(kuò)束鏡104用于改變激光光束的直徑和發(fā)散角；所述起偏器105用于產(chǎn)生線偏振光；所述磁約束體支架106用于裝夾磁約束體109，可容納多對(duì)永磁體以增大磁場(chǎng)強(qiáng)度；所述磁腔107由磁約束體109即永磁體或者電磁體形成的圓柱形磁場(chǎng)區(qū)域，變化參數(shù)包括磁腔107直徑、磁腔107長(zhǎng)度兩個(gè)參數(shù)；所述樣品試管108中盛裝溶液，其盡量與磁腔107保持同軸；所述磁約束體109由N-N或S-S構(gòu)成的互斥磁約束體109，使偏振光在磁場(chǎng)的作用下形成偏轉(zhuǎn)效應(yīng)；所述檢偏器110用于檢驗(yàn)?zāi)骋皇馐欠衿窆?；所述光?qiáng)計(jì)111用于檢測(cè)經(jīng)過檢偏器110后的光強(qiáng)，這是檢測(cè)PH值的關(guān)鍵；所述絕對(duì)式編碼器112測(cè)量檢偏器110偏轉(zhuǎn)的角度，將角度信息傳遞給數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113。所述數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)113采集并處理由編碼器112輸出的電信號(hào)，根據(jù)PH值與檢偏器110偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式，由檢偏器110偏轉(zhuǎn)角確定待測(cè)溶液的濃度。

需要說明的是，所述樣品試管中盛裝的溶液需要滿足這樣一個(gè)特性：溶液的PH值對(duì)偏振光有影響，且不同PH值的溶液對(duì)偏振光的影響不同。

本發(fā)明的技術(shù)方案在磁光偏轉(zhuǎn)效應(yīng)基礎(chǔ)上，將盛裝溶液的樣品試管108置于磁約束體109形成的磁腔107中，在磁約束體109的作用下，溶液PH值對(duì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)的偏振光有影響，使用光強(qiáng)計(jì)111檢測(cè)檢偏器110之后的光強(qiáng)；通過旋轉(zhuǎn)檢偏器110，使磁腔107中帶有樣品試管108時(shí)的光強(qiáng)與無樣品試管108時(shí)的光強(qiáng)保持一致，通過絕對(duì)式編碼器測(cè)量檢偏器110偏轉(zhuǎn)的角度，從而實(shí)現(xiàn)樣品試管108中PH值的檢測(cè)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶液PH值的自動(dòng)、實(shí)時(shí)、可靠地檢測(cè)，可為我國(guó)化學(xué)工業(yè)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保等PH值檢測(cè)領(lǐng)域帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)支持。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實(shí)施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory，ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random Access Memory，RAM)等。