基于分光光度法的多通道多組分染液濃度檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于分光光度法的多通道多組份染液濃度檢測裝置及方法，包括基于ARM9的控制系統(tǒng)、雙單色器、SIA系統(tǒng)和電路系統(tǒng)。本發(fā)明采用雙后分光固定光柵設(shè)計(jì)，其測量速度快，多通道同時(shí)曝光，也可累積光照，積分時(shí)間可達(dá)幾十秒，可測微弱信號，動(dòng)態(tài)范圍寬。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在大中小規(guī)模染缸中對染液濃度的監(jiān)測功能，并能實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的記錄、顯示以及超出設(shè)定濃度范圍會(huì)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息等功能。本發(fā)明整套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量精確、信息反饋及時(shí)、工作效率高等特點(diǎn)。
【專利說明】基于分光光度法的多通道多組分染液濃度檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紡織印染自動(dòng)控制檢測領(lǐng)域，具體是一種基于分光光度法的多通道多組分染液濃度檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國印染行業(yè)中的自動(dòng)控制檢測領(lǐng)域水平較為落后，自動(dòng)化程度低，多數(shù)企業(yè)依靠半人工半自動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行加工的控制檢測。這種操作方式使得當(dāng)前印染行業(yè)的生產(chǎn)效率以及加工質(zhì)量很大程度決定于人工經(jīng)驗(yàn)，也是目前加工的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度偏低的直接因素。因此，印染行業(yè)自動(dòng)控制檢測領(lǐng)域的自動(dòng)化水平提高有著迫切的需要?，F(xiàn)在的染整工藝大都對溫度和速度方面的監(jiān)測，對含濕率、PH值也有監(jiān)測，但是對精準(zhǔn)染色息息相關(guān)的染液濃度在線檢測幾乎是一片空白，特別是對于多組份染液濃度的在線檢測研究更少。因此，研發(fā)一種多組份染液濃度檢測裝置勢必對印染的自動(dòng)檢測水平有很大的促進(jìn)作用。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于分光光度法的多通道多組分染液濃度檢測裝置及方法。
[0005]一種基于分光光度法的多通道多組份染液濃度檢測裝置，其特征在于包括在線取樣部分、光路部分、電路部分，所述在線取樣部分包括雙向泵、選擇閥、儲(chǔ)液器，所述光路部分包括光源、光纖、光纖探頭、橢球比色皿、全光譜分光系統(tǒng)，全光譜分光系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)分光光路，分光光路中包括帶通濾波片、平凹球面反射鏡、反射閃耀光柵和CCD，所述電路部分包括驅(qū)動(dòng)信號電路、CCD信號調(diào)理電路、穩(wěn)壓電路、泵控制單元、選擇閥控制單元，所述的驅(qū)動(dòng)信號電路與CCD、控制器、CCD信號調(diào)理電路以及穩(wěn)壓電路連接，所述CCD信號調(diào)理電路與CCD、控制器、驅(qū)動(dòng)信號電路和穩(wěn)壓電路連接，所述的分光光路分別與橢球流動(dòng)比色皿連接，橢球流動(dòng)比色皿與SIA系統(tǒng)連接，SIA系統(tǒng)與控制器和穩(wěn)壓電路連接。
[0006]所述的檢測裝置，其特征在于所述SIA系統(tǒng)包括雙向泵、選擇閥和儲(chǔ)液器，雙向泵與選擇閥連接，選擇閥與儲(chǔ)液器連接。
[0007]所述的帶通濾波片，其特征在于濾波范圍分別是300nm-450nm以及450nm_700nm。
[0008]所述的控制器，其特征在于主控制器的控制部分基于S3C2440(ARM9)處理器。
[0009]所述的驅(qū)動(dòng)信號電路其特征在于驅(qū)動(dòng)信號電路由EP1C12Q240C8 (FPGA)核心芯片構(gòu)成。
[0010]所述的驅(qū)動(dòng)信號電路，其特征在于FPGA提供5路驅(qū)動(dòng)脈沖信號驅(qū)動(dòng)控制CCD。
[0011]所述的基于分光光度法的多通道多組份染液濃度檢測裝置的在線檢測方法，其特征在于包括如下步驟:
I)在控制器上依次設(shè)定SIA系統(tǒng)中流路清洗的時(shí)間、雙向泵轉(zhuǎn)動(dòng)速率、方向變換頻率和運(yùn)作時(shí)間、分光光路中CCD的光積分時(shí)間；2)打開光源開關(guān)，檢查分光光路、光纖、光纖探頭、橢球流動(dòng)比色皿的連接是否正常；
3)運(yùn)行檢測裝置，控制器發(fā)送給驅(qū)動(dòng)信號電路中FPGA初始化指令以及光積分時(shí)間；
4)控制器發(fā)送清洗SIA系統(tǒng)流路命令，SIA系統(tǒng)根據(jù)命令執(zhí)行清洗；
5)控制器發(fā)送命令控制打開SIA系統(tǒng)的選擇閥使其打開通向染浴一端，隨后控制器發(fā)送命令使選擇閥轉(zhuǎn)向稀釋液一端，然后控制器發(fā)送雙向泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速率和方向變化頻率命令，將稀釋后的染液通過雙向泵推向儲(chǔ)液器，流入橢球流動(dòng)比色皿；
6)(XD開始工作，采集并通過CXD信號調(diào)理電路處理數(shù)據(jù)，然后把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器界面顯示染液濃度，如果染液濃度超出設(shè)定濃度范圍會(huì)進(jìn)行報(bào)警；
7)重復(fù)上述步驟進(jìn)行操作，系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
[0012]本發(fā)明的一種基于分光光度法的多通道多組分染液濃度檢測裝置及方法，采用雙后分光固定光柵設(shè)計(jì)，其測量速度快，多通道同時(shí)曝光，也可累積光照，積分時(shí)間可達(dá)幾十秒，可測微弱信號，動(dòng)態(tài)范圍寬。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在大中小規(guī)模染缸中對染液濃度的監(jiān)測功能，并能實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的記錄、顯示以及超出設(shè)定濃度范圍會(huì)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息等功能。本發(fā)明整套系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、測量精確、信息反饋及時(shí)、工作效率高等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的基于分光光度法的多通道多組分染液濃度檢測裝置的結(jié)構(gòu)和原理示意圖；
圖中，I—控制器，2—驅(qū)動(dòng)/[目號電路，3—穩(wěn)壓電路，4一分光光路，5—光纖,6—光纖探頭，7—橢球流動(dòng)比色皿，8 — SIA系統(tǒng)，9一光源，10—帶通濾波片，11 一平凹球面反射鏡，12—反射閃耀光柵，13—CCD, 14一雙向泵，15—選擇閥，16—儲(chǔ)液器，17—CXD信號調(diào)理電路。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]如圖1所示基于分光光度法的多通道多組份染液濃度檢測裝置具有在線取樣系統(tǒng)、光路系統(tǒng)、電路部分。本裝置采用分光光度法，利用全譜或特征波段的信息，不需分離便可對復(fù)雜體系進(jìn)行多組分同時(shí)測量和識(shí)別，從而可以很大程度簡化樣品預(yù)處理，多數(shù)情況僅需要稀釋溶劑即可，實(shí)現(xiàn)渾濁或多組分染液濃度的測量。本裝置將兩個(gè)全光譜分光系統(tǒng)置于流動(dòng)比色皿后，檢測透過染液的兩波段光譜信息，為后分光設(shè)計(jì)。本裝置采用嵌入式處理器(S3C2440)控制，操作人員不需要很強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)而只需要在電腦界面上進(jìn)行一些簡單的參數(shù)設(shè)置便可方便的啟動(dòng)本裝置完成染液濃度測量工作。
[0017]在啟動(dòng)本裝置之前，首先需要保證電路單元中的傳感器信號線與信號調(diào)理電路正確連接、控制器S3C2440和CCD驅(qū)動(dòng)電路等各個(gè)接口正確連接，光路系統(tǒng)中衍射光柵、平凹球面反射鏡等部件沒有損壞、各位置之間沒有發(fā)生變化，SIA系統(tǒng)(即順序注射系統(tǒng))中選擇閥與雙向泵、儲(chǔ)液器、稀釋液口等正確連接。
[0018]檢查工作完成后，操作員首先將驅(qū)動(dòng)電路、控制器、SIA系統(tǒng)中泵控制電路和信號調(diào)理電路通電，之后控制器S3C2440處于運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)裝置處于待機(jī)狀態(tài)。[0019]準(zhǔn)備運(yùn)行之前，操作員需要在控制器界面上設(shè)定合適的系統(tǒng)參數(shù)，首先需要設(shè)置SIA系統(tǒng)中流路清洗的時(shí)間，然后設(shè)置雙向泵轉(zhuǎn)動(dòng)速率、方向變換頻率和運(yùn)作時(shí)間，接著設(shè)置光路系統(tǒng)中CCD光積分時(shí)間。設(shè)置好以上參數(shù)以后整套系統(tǒng)的前序準(zhǔn)備已經(jīng)完成，系統(tǒng)便可進(jìn)行濃度測量。
[0020]操作員點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，控制器S3C2440按照事先設(shè)置好的程序執(zhí)行相對應(yīng)的動(dòng)作，系統(tǒng)的工作過程如下:
首先，CCD驅(qū)動(dòng)控制部分(FPGA控制)收到控制器S3C2440的初始化命令完成初始化，接著控制器S3C2240會(huì)給CCD驅(qū)動(dòng)控制部分發(fā)送預(yù)先設(shè)定的光積分時(shí)間，由FPGA驅(qū)動(dòng)控制器給CCD發(fā)送驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號，從而驅(qū)動(dòng)CCD獲取兩全光譜分光系統(tǒng)的光譜信息。
[0021]然后，控制器S3C2440發(fā)送清洗SIA系統(tǒng)流路命令，SIA根據(jù)清洗的時(shí)間完成清洗。之后控制器S3C2440發(fā)送泵的運(yùn)轉(zhuǎn)速率、方向變化頻率命令，SIA不斷的反復(fù)執(zhí)行命令動(dòng)作，直到出現(xiàn)停止命令或者是復(fù)位命令。首先控制器S3C2440發(fā)送命令控制打開SIA系統(tǒng)的選擇閥使其打開通向染浴一端，隨后發(fā)送命令使選擇閥轉(zhuǎn)向稀釋液一端，緊接著將其稀釋后的染液通過雙向泵推向儲(chǔ)液器，流入流動(dòng)比色皿。在染液稀釋后流入流動(dòng)比色皿的同時(shí)，CXD就開始工作，通過信號調(diào)理電路不斷的采集處理數(shù)據(jù)，然后把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器界面顯示其染液濃度，如果染液濃度超出設(shè)定濃度范圍會(huì)進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)溫度傳感器工作采集溫度信號，通過信號調(diào)理電路處理后發(fā)送給控制器，由于SIA系統(tǒng)稀釋流速等帶來時(shí)間、溫度的滯后，該檢測裝置可通過建立溫度、濃度與時(shí)間、流速的模型，做到了實(shí)時(shí)檢測濃度的變化。
[0022]當(dāng)系統(tǒng)未出現(xiàn)以上步驟執(zhí)行可按復(fù)位鍵進(jìn)行重新操作，每次濃度測試完成后，系統(tǒng)自動(dòng)記錄并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以為日后染色工藝方案提供參照使用。
[0023]本發(fā)明信號調(diào)理電路與控制器通過多通道USB接口連接，即可實(shí)現(xiàn)高速信號采集。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于分光光度法的多通道多組份染液濃度檢測裝置，其特征在于包括在線取樣部分、光路部分、電路部分，所述在線取樣部分包括雙向泵(14)、選擇閥(15)、儲(chǔ)液器(16)，所述光路部分包括光源(9)、光纖(5)、光纖探頭(6)、橢球比色皿(7)、全光譜分光系統(tǒng)，全光譜分光系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)分光光路(4)，分光光路(4)中包括帶通濾波片(10)、平凹球面反射鏡(11)、反射閃耀光柵(12)和CXD (13)，所述電路部分包括驅(qū)動(dòng)信號電路(2)、C⑶信號調(diào)理電路(17)、穩(wěn)壓電路(3)、泵控制單元、選擇閥控制單元，所述的驅(qū)動(dòng)信號電路(2)與CXD (13)、控制器(I)、CXD信號調(diào)理電路(17)以及穩(wěn)壓電路(3)連接，所述C⑶信號調(diào)理電路(17)與CXD (13)、控制器(I)、驅(qū)動(dòng)信號電路(2)和穩(wěn)壓電路(3)連接，所述的分光光路(4)分別與橢球流動(dòng)比色皿(7)連接，橢球流動(dòng)比色皿(7)與SIA系統(tǒng)(8)連接，SIA系統(tǒng)(8)與控制器(I)和穩(wěn)壓電路(3)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測裝置，其特征在于所述SIA系統(tǒng)(8)包括雙向泵(14)、選擇閥(15)和儲(chǔ)液器(16)，雙向泵(14)與選擇閥(15)連接，選擇閥(15)與儲(chǔ)液器(16)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的帶通濾波片(10),其特征在于濾波范圍分別是300nm-450nm以及 450nm-700nm。
4.如權(quán)利要求1所述的控制器(I)，其特征在于主控制器(I)的控制部分基于S3C2440處理器。
5.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)信號電路(2)，其特征在于驅(qū)動(dòng)信號電路(2)由EP1C12Q240C8核心芯片構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)信號電路(2)，其特征在于FPGA提供5路驅(qū)動(dòng)脈沖信號驅(qū)動(dòng)控制CCD。
7.一種使用權(quán)利要求1所述的基于分光光度法的多通道多組份染液濃度檢測裝置的在線檢測方法，其特征在于包括如下步驟:I)在控制器(I)上依次設(shè)定SIA系統(tǒng)(8)中流路清洗的時(shí)間、雙向泵(14)轉(zhuǎn)動(dòng)速率、方向變換頻率和運(yùn)作時(shí)間、分光光路(4)中CCD的光積分時(shí)間；2)打開光源開關(guān)，檢查分光光路(4 )、光纖(5 )、光纖探頭(6 )、橢球流動(dòng)比色皿(7 )的連接是否正常；3)運(yùn)行檢測裝置，控制器(I)發(fā)送給驅(qū)動(dòng)信號電路(2 )中FPGA初始化指令以及光積分時(shí)間；4)控制器(I)發(fā)送清洗SIA系統(tǒng)(8)流路命令，SIA系統(tǒng)(8)根據(jù)命令執(zhí)行清洗；5)控制器(I)發(fā)送命令控制打開SIA系統(tǒng)(8)的選擇閥(15)使其打開通向染浴一端，隨后控制器(I)發(fā)送命令使選擇閥(15)轉(zhuǎn)向稀釋液一端，然后控制器(I)發(fā)送雙向泵(14)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率和方向變化頻率命令，將稀釋后的染液通過雙向泵(14)推向儲(chǔ)液器(16)，流入橢球流動(dòng)比色皿(7)；6)CXD開始工作，采集并通過CXD信號調(diào)理電路(17)處理數(shù)據(jù)，然后把處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器(I)界面顯示染液濃度，如果染液濃度超出設(shè)定濃度范圍會(huì)進(jìn)行報(bào)警；7)重復(fù)上述步驟進(jìn)行操作，系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
【文檔編號】G01N21/27GK103439272SQ201310389542
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月31日
【發(fā)明者】張建新, 陳宥融, 魏順勇 申請人:浙江泰坦股份有限公司, 浙江理工大學(xué)