試紙反射儀及試紙表面測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于試紙反射定量檢測領(lǐng)域，特別涉及一種通過LED同軸光源或者類似水 平均勻入射光源，濾光片和高靈敏度灰度照相機(jī)和灰度值以及灰度區(qū)域面積測量技術(shù)制作 的新型的小型試紙反射儀及試紙表面測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 借助于在試紙或者其他固體表面的顏色變化，包括顏色種類和顏色的深淺，來進(jìn) 行未知成分的定性，定量檢測具有悠久的歷史。已經(jīng)發(fā)展出了針對(duì)在水體，生物體，土壤，空 氣等各種介質(zhì)中所含有的重金屬，陰離子，生物大分子如毒素，激素等和極性分子，如農(nóng)藥， 殺蟲劑和廢棄藥物等目標(biāo)成分的試紙顏色快速檢測方法。
[0003] 但是這些方法主要用于定性和半定量檢測。半定量是指通過比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)色階-濃度 圖來估算所測成分的濃度。由于人眼對(duì)不同顏色的深淺度(灰度)敏感性不同，而且不同的 人對(duì)相同的灰度也往往認(rèn)識(shí)不同。另一方面，目標(biāo)成分與顯色劑，大部分是有機(jī)化合物，結(jié) 合成的結(jié)合物，其與顯色劑的穩(wěn)定性受環(huán)境因素，如溫度，濕度，光照等因素影響，其顏色深 淺不僅會(huì)隨時(shí)間變化，而且顏色本身會(huì)改變。因此不同的顯色-測量時(shí)間，往往給出不同的 定量結(jié)果。這些因素就給定量造成的很大誤差。
[0004] 因此，為克服這些影響因素，需要發(fā)展出一種自動(dòng)識(shí)別在試紙或者固體表面上不 同顏色的灰度值，而且能夠盡快完成灰度測量的小型試紙反射儀，以實(shí)現(xiàn)快速，準(zhǔn)確的試紙 顏色定量測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種試紙反射儀及試紙表 面測量方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種試紙反射儀，利用LED同軸光源的45度角半反半透鏡性能，得到較高照度均勻性的 平行光輸出，使得處于水平載物臺(tái)上的試紙接受垂直方向的均勻入射光照射，同時(shí)在試紙 垂直方向設(shè)置高分辨率灰度照相機(jī)，這樣使得垂直方向的反射光強(qiáng)度通過濾光片后用高分 辨率灰度照相機(jī)記錄下來。
[0007] 從LED同軸光源發(fā)出的水平光由45度角半反半透鏡反射后變成垂直入射處于水平 載物臺(tái)上的試紙。垂直的入射光減少了試紙表面的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)散射光強(qiáng)度和散射光角度的 影響，使得顯色物接受最大程度的光照。同時(shí)垂直方向的散射光通過45度角半反半透鏡和 濾光片后，某一波長的散射光的強(qiáng)度被其上部的高靈敏度的灰度照相機(jī)記錄。高靈敏度的 灰度照相機(jī)灰度分辨率大于10個(gè)比特。通過調(diào)節(jié)照相機(jī)的焦距，快門和光圈，使得試紙上的 灰度區(qū)域被最清晰地記錄下來。因此通過垂直入射光和對(duì)垂直方向散射光強(qiáng)度的測量，最 大程度消除了試紙表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)顯色物質(zhì)接受光照射的影響，獲得的垂直方向的散射 光液最大程度包含顯色物質(zhì)的濃度信息。水平載物臺(tái)在載物區(qū)域內(nèi)，使用均勻擴(kuò)散且完全 以試樣浸潤的試紙，自然平整貼于玻璃上;玻璃以漫反射涂層作為基底;載物區(qū)域外，以黑 色吸光材料進(jìn)行遮蓋。
[0008] 試紙反射儀還包括控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分別連接有光 源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);所述控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括亮滅控制模塊，光源校準(zhǔn)模塊，數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)模塊，定標(biāo)子模塊，測量子模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，顯示及人機(jī)交互模塊;所述光源系統(tǒng)包 括所述水平均勻入射光源及所述濾光片;所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括所述灰度照相機(jī)，所述水 平載物臺(tái)及接口模塊。
[0009] -種試紙表面測量方法，由高分辨率灰度照相機(jī)獲得的圖像，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，通過 網(wǎng)格化灰度值掃描獲得各個(gè)灰度值的單元格數(shù)，由單元格在試紙上的面積，即可計(jì)算出不 同灰度值區(qū)域的面積。由于試紙的質(zhì)地的不均勻性，某一濃度下的顯色物質(zhì)在試紙表面分 布不均勻。對(duì)于確定灰度-濃度關(guān)系的定標(biāo)階段，需要通過獲得不同灰度單元格數(shù)的分布曲 線，具有最多單元格數(shù)的灰度值，就是這個(gè)濃度下的灰度值。對(duì)于未知濃度溶液，這就需要 對(duì)這一顯色物質(zhì)在試紙上的所有分布區(qū)域，對(duì)其相應(yīng)的灰度和面積進(jìn)行測量，從而計(jì)算出 試紙上所有該顯色物質(zhì)的量，通過如下公式就可計(jì)算出該物質(zhì)溶液的濃度：
上述公式中，Q是指某一灰度區(qū)域的濃度值，其從灰度-濃度關(guān)系式計(jì)算得到，A〇是試 液加到試紙上后，其所擴(kuò)散到的最大面積。V是所加試液到試紙上的體積。
[0010] 由公式可知，應(yīng)用試紙-反射儀對(duì)未知濃度溶液進(jìn)行測量，影響濃度計(jì)算的是灰 度-濃度關(guān)系和相應(yīng)灰度區(qū)域的面積，而加載到試紙上的溶液體積不影響濃度的計(jì)算。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： 1、本發(fā)明采用LED同軸光源，水平出射光通過45度半反半透鏡變成與水平載物臺(tái)上試 紙變成垂直方向入射光，垂直的入射光減少了試紙表面的凹凸結(jié)構(gòu)對(duì)散射光強(qiáng)度和散射光 角度的影響，使得顯色物接受最大程度的光照。同時(shí)垂直方向的散射光通過45度角半反半 透鏡和濾光片后，某一波長的散射光的強(qiáng)度被其上部的高靈敏度灰度照相機(jī)記錄。通過調(diào) 節(jié)照相機(jī)的焦距，快門和光圈，使得試紙上的灰度區(qū)域被最清晰地記錄下來。因此通過垂直 入射光和對(duì)垂直方向散射光強(qiáng)度的測量，最大程度消除了試紙表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)對(duì)顯色物質(zhì) 接受光照射的影響，獲得的垂直方向的散射光液最大程度包含顯色物質(zhì)的濃度信息。這樣 的灰度照相方法，大大節(jié)省了獲得試紙表面灰度信息的時(shí)間，防止了因顯色物質(zhì)和顯色劑 隨時(shí)間和溫度、濕度、光照等因素而變化造成的灰度測量誤差。水平載物臺(tái)在載物區(qū)域內(nèi)， 以均勻質(zhì)地的試紙浸潤試樣后，自然平整貼于玻璃上;玻璃以漫反射涂層作為基底;載物區(qū) 域外，以黑色吸光材料進(jìn)行遮蓋。
[0012] 2、本發(fā)明采用固定部件，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，整個(gè)儀器無任何移動(dòng)部件，具有很強(qiáng) 的環(huán)境適應(yīng)，既可以用于現(xiàn)場在線檢測，也可以用于實(shí)驗(yàn)室檢測使用。在一定程度上代替分 光光度計(jì)的使用。
[0013]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。 本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。
【附圖說明】
[0014] 此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成