CN119023603A - 一种电解液色度检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解液色度检测装置及其检测方法，涉及电解液色度检测技术领域，包括白光光源和流通池，所述白光光源的右侧设置有第一准直透镜，且第一准直透镜的右侧设置有流通池，所述流通池的右侧依次设置有第二准直透镜、分光镜。该电解液色度检测装置及其检测方法，利用分光镜和一分三光纤进行快速分光，结合窄带滤光片和CIE三刺激滤光片，以快速且准确的显示待测电解液的色值，且其结构简单，以较低成本实现了液体单色标色度值测量和异常颜色检测，有效填补了恶劣工况下的同时测量在线色度值和监测异常颜色的技术方案空缺，相比于其他已有技术方案，本发明结构简单，可靠性较高，适用于恶劣工况的部署，成本较低。

Description

一种电解液色度检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及电解液色度检测技术领域，具体为一种电解液色度检测装置及其检测方法。

背景技术

电解液生产过程中，实时在线测量其铂钴色度值和监测异常颜色的方法，根据电解液的特性，正常情况下呈无色透明状和微黄，出厂时会根据测量得到的黄度值来判断是否合格和品质情况，但随着电解液配方的改良发展，出现了绿色、红色、蓝色等各类异常颜色，这类异常颜色只要出现均判为不合格，而无需定量测量，现有的在线测量液体色度的设备主要有三种技术路线，第一种是单波长滤光片式，光源采用可见光光源，光经过被测液体吸收后，利用窄带滤光片滤光，检测端的PD测量某一波长的吸收度，第二种是分光光度法，光源采用可见光光源，首先对白光进行分光，使不同波长的光分别穿透被测液体，检测端的PD就可以测量整个可见光波段不同波长的吸收度，从而获取被测液体的可见光吸收光谱，第三种是光电色度法，光源采用可见光光源，利用CIE三刺激滤光片滤光，检测端的PD测量得到是积分后的XYZ三刺激值，从而进行全色度的匹配和定量测量。

上述三种技术路线中，第一种方案只能测量单一波长的吸收度，比如测量电解液的黄度，电解液正常是在无色与浅黄之间变化，该方案可以准确测量，电解液一旦出现红色、绿色等异色，该方案的仪器无法检测出该异常状态，第二种方案可以测量整个可见光的吸收光谱，能够测量出异色的情况，但是该方案需要复杂的分光装置，成本较高，对振动敏感，对使用环境要求较高，难以用于工业现场在线测量，第三种方案受限于CIE三刺激滤光片的精度，无法完全拟合CIE XYZ三刺激值曲线，单一色度值的定量测量精度较差。

于是，有鉴于此，针对现有的结构及缺失予以研究改良，提出一种电解液色度检测装置及其检测方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电解液色度检测装置及其检测方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种电解液色度检测装置，包括白光光源和流通池，所述白光光源的右侧设置有第一准直透镜，且第一准直透镜的右侧设置有流通池，所述流通池的右侧依次设置有第二准直透镜、分光镜，且分光镜的上方依次设置有窄带滤光片、第一PD芯片，所述分光镜的右侧设置一分三光纤，所述一分三光纤右侧并排分布有第一CIE XYZ滤光片、第二CIE XYZ滤光片、第三CIE XYZ滤光片，所述第一CIEXYZ滤光片、第二CIE XYZ滤光片、第三CIE XYZ滤光片右侧分别设置有第二PD芯片、第三PD芯片、第四PD芯片，所述第一PD芯片、第二PD芯片、第三PD芯片、第四PD芯片通过导线连接有模数转换模块。

进一步的，所述流通池的两侧设置有光学窗组件，所述光学窗组件包括光学盒、透光窗、滑槽和光学窗口，所述光学盒的表面开设有透光窗，且光学盒的内部开设有滑槽，所述滑槽的内部放置有光学窗口。

进一步的，所述光学窗组件还包括电动推杆和U型推板，所述滑槽的内部一端固定有电动推杆，且电动推杆的端部连接有U型推板。

进一步的，所述光学窗组件还包括介质管和弹簧活塞杆，所述光学盒外侧面底部固定有介质管，且介质管的一端穿设有弹簧活塞杆。

进一步的，所述弹簧活塞杆的端部与U型推板的外侧固定连接，且介质管位于透光窗下方。

进一步的，所述光学窗组件还包括连通管、升降平台和弹簧限位柱，所述介质管远离弹簧活塞杆的一端连接有连通管，且连通管的内部穿设有升降平台，所述升降平台的表面水平分布有弹簧限位柱。

进一步的，所述连通管固定于光学盒底部，且弹簧限位柱穿设于光学盒侧面，所述升降平台上表面与滑槽内壁底部齐平。

进一步的，所述滑槽内壁靠近流通池的一侧设置有预清理组件，所述预清理组件位于透光窗远离电动推杆的一侧。

进一步的，所述预清理组件包括转向轴和吸液绒布，所述转向轴的表面设置有吸液绒布，且吸液绒布的两端贯穿光学盒侧面后连接有收卷机构，所述转向轴分布于吸液绒布的转角处。

一种电解液色度检测方法，其应用有上述的一种电解液色度检测装置，所述电解液色度检测方法包括下述步骤：

步骤一：白光光源产生380nm至700nm可见光，白光经过第一准直透镜射入流通池里的待测液体，白光从流通池射出后再进入第二准直透镜进行准直；

步骤二：白光经过第二准直透镜后射到分光镜，此时光线被分光镜分为两路，一路进入窄带滤光片，一路进入一分三光纤被进一步分光呈三路，三路光线分别进入第一CIEXYZ滤光片、第二CIE XYZ滤光片、第三CIE XYZ滤光片；

步骤三：白光经过窄带滤光片后得到特定波长的窄带光波，由第一PD芯片测量其光强，第一PD芯片将光强转换为电流信号输出至模数转换模块，由模数转换模块把模拟电流信号转换成模拟电压信号，再转成RS数字信号输出至变送器，变送器将电压信号转换成对应色标的色度值显示输出；

步骤四：白光进入一分三光纤被进一步分光呈三路，三路白光各自进入对应的第一CIE XYZ滤光片、第二CIE XYZ滤光片、第三CIE XYZ滤光片滤光后，得到符合CIE XYZ三刺激值的三个光波，由第二PD芯片、第三PD芯片、第四PD芯片分别测量对应的光强，第二PD芯片、第三PD芯片、第四PD芯片将光强转换为三组电流信号输出至模数转换模块，模数转换模块把模拟电流信号转换成三组模拟电压信号分别为Vx、Vy、Vz，再转成RS数字信号输出至变送器，变送器将Vx、Vy、Vz三个电压信号转换为色度坐标x,y，判断是否落在预先设置的坐标区域，超出则进行告警，同时上位界面支持实时显示当前液体色度坐标。

本发明提供了一种电解液色度检测装置及其检测方法，具备以下有益效果：

1．该电解液色度检测装置及其检测方法，利用分光镜和一分三光纤进行快速分光，结合窄带滤光片和CIE三刺激滤光片，以快速且准确的显示待测电解液的色值，且其结构简单，以较低成本实现了液体单色标色度值测量和异常颜色检测，有效填补了恶劣工况下的同时测量在线色度值和监测异常颜色的技术方案空缺，相比于其他已有技术方案，本发明结构简单，可靠性较高，适用于恶劣工况的部署，成本较低。

2．该电解液色度检测装置及其检测方法，定期的将用于替换的光学窗口从旧光学窗口左侧插入滑槽，使得U型推板贴于新光学窗口的侧面，通过电动推杆的伸出以推动新光学窗口、旧光学窗口平移，使得新光学窗口快速替换旧光学窗口，从而快速解决光学窗口内侧面与电解液接触受到污染的问题，且利用弹簧限位柱随旧光学窗口的推抵而收缩，使得弹簧活塞杆的延迟释放动能，使得旧光学窗口平移至升降平台表面后被其抬升从而方便工作人员将旧光学窗口从滑槽内部取出。

3．该电解液色度检测装置及其检测方法，旧的光学窗口受推动平移时，其与电解液接触的侧面沿吸液绒布表面滑动，而吸液绒布两端的收卷机构对吸液绒布一收一放，使得吸液绒布得以沿移动中的光学窗口表面加以相向滑动，由此吸液绒布在吸液后将吸液部位从滑槽内部移出，而干净部位从滑槽外部移入，由此为下次光学窗口的替换做准备。

附图说明

图1为本发明的白光光源-模数转换模块的位置关系示意图；

图2为本发明的流通池立体结构示意图；

图3为本发明的光学盒结构示意图；

图4为本发明的光学盒内部结构示意图；

图5为本发明的介质管结构示意图；

图6为本发明的介质管内部结构示意图。

图中：1、白光光源；2、第一准直透镜；3、流通池；4、窄带滤光片；5、第一PD芯片；6、分光镜；7、第二准直透镜；8、一分三光纤；9、第一CIE XYZ滤光片；10、第二CIE XYZ滤光片；11、第三CIE XYZ滤光片；12、第二PD芯片；13、第三PD芯片；14、第四PD芯片；15、模数转换模块；16、光学窗组件；1601、光学盒；1602、透光窗；1603、滑槽；1604、光学窗口；1605、电动推杆；1606、U型推板；1607、介质管；1608、弹簧活塞杆；1609、连通管；1610、升降平台；1611、弹簧限位柱；17、预清理组件；1701、转向轴；1702、吸液绒布。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

如图1-图2所示，本发明提供技术方案：一种电解液色度检测装置，包括白光光源1和流通池3，白光光源1的右侧设置有第一准直透镜2，且第一准直透镜2的右侧设置有流通池3，流通池3的右侧依次设置有第二准直透镜7、分光镜6，且分光镜6的上方依次设置有窄带滤光片4、第一PD芯片5，分光镜6的右侧设置一分三光纤8，一分三光纤8右侧并排分布有第一CIE XYZ滤光片9、第二CIE XYZ滤光片10、第三CIE XYZ滤光片11，第一CIE XYZ滤光片9、第二CIE XYZ滤光片10、第三CIE XYZ滤光片11右侧分别设置有第二PD芯片12、第三PD芯片13、第四PD芯片14，第一PD芯片5、第二PD芯片12、第三PD芯片13、第四PD芯片14通过导线连接有模数转换模块15；

具体操作如下，白光光源1产生380nm至700nm可见光，白光经过第一准直透镜2射入流通池3里的待测液体，白光从流通池3射出后再进入第二准直透镜7进行准直，白光经过第二准直透镜7后射到分光镜6，此时光线被分光镜6分为两路，一路进入窄带滤光片4，一路进入一分三光纤8被进一步分光呈三路，三路光线分别进入第一CIE XYZ滤光片9、第二CIEXYZ滤光片10、第三CIE XYZ滤光片11，白光经过窄带滤光片4后得到特定波长的窄带光波，由第一PD芯片5测量其光强，第一PD芯片5将光强转换为电流信号输出至模数转换模块15，由模数转换模块15把模拟电流信号转换成模拟电压信号，再转成RS485数字信号输出至变送器，变送器将电压信号转换成对应色标的色度值显示输出，白光进入一分三光纤8被进一步分光呈三路，三路白光各自进入对应的第一CIE XYZ滤光片9、第二CIE XYZ滤光片10、第三CIE XYZ滤光片11滤光后，得到符合CIE XYZ三刺激值的三个光波，由第二PD芯片12、第三PD芯片13、第四PD芯片14分别测量对应的光强，第二PD芯片12、第三PD芯片13、第四PD芯片14将光强转换为三组电流信号输出至模数转换模块15，模数转换模块15把模拟电流信号转换成三组模拟电压信号分别为Vx、Vy、Vz，再转成RS485数字信号输出至变送器，变送器将Vx、Vy、Vz三个电压信号转换为色度坐标x,y，判断是否落在预先设置的坐标区域，超出则进行告警，同时上位界面支持实时显示当前液体色度坐标；

其中，窄带滤光片4可以根据需求替换为任意光谱特性的滤光片，模数转换模块15可以简化省略直接通过线缆输出模拟信号，一分三光纤8可以替换为其他分光装置，比如多个分光镜6；

基于上述描述，本发明利用分光镜6和一分三光纤8进行快速分光，结合窄带滤光片4和CIE三刺激滤光片，以快速且准确的显示待测电解液的色值，且其结构简单，以较低成本实现了液体单色标色度值测量和异常颜色检测，有效填补了恶劣工况下的同时测量在线色度值和监测异常颜色的技术方案空缺，相比于其他已有技术方案，本发明结构简单，可靠性较高，适用于恶劣工况的部署，成本较低。

如图2-图6所示，流通池3的两侧设置有光学窗组件16，光学窗组件16包括光学盒1601、透光窗1602、滑槽1603和光学窗口1604，光学盒1601的表面开设有透光窗1602，且光学盒1601的内部开设有滑槽1603，滑槽1603的内部放置有光学窗口1604，光学窗组件16还包括电动推杆1605和U型推板1606，滑槽1603的内部一端固定有电动推杆1605，且电动推杆1605的端部连接有U型推板1606，光学窗组件16还包括介质管1607和弹簧活塞杆1608，光学盒1601外侧面底部固定有介质管1607，且介质管1607的一端穿设有弹簧活塞杆1608，弹簧活塞杆1608的端部与U型推板1606的外侧固定连接，且介质管1607位于透光窗1602下方，光学窗组件16还包括连通管1609、升降平台1610和弹簧限位柱1611，介质管1607远离弹簧活塞杆1608的一端连接有连通管1609，且连通管1609的内部穿设有升降平台1610，升降平台1610的表面水平分布有弹簧限位柱1611，连通管1609固定于光学盒1601底部，且弹簧限位柱1611穿设于光学盒1601侧面，升降平台1610上表面与滑槽1603内壁底部齐平；

具体操作如下，白光光源1发出的光线经过透光窗1602及其内部的光学窗口1604而穿过流通池3，其中光学窗口1604为光学透明材料其本身可以防止流通池3内部的电解液通过透光窗1602外泄，但光学窗口1604长时间使用后其内侧面即与电解液接触的一面容易受到污染从容影响透光率；

故而需要定期的将用于替换的光学窗口1604从旧光学窗口1604左侧插入滑槽1603，使得U型推板1606贴于新光学窗口1604的侧面，通过电动推杆1605的伸出以推动新光学窗口1604、旧光学窗口1604平移，使得新光学窗口1604快速替换旧光学窗口1604，从而快速解决光学窗口1604内侧面与电解液接触受到污染的问题，以保障光线可以正常穿过流通池3；

旧的光学窗口1604被推动离开透光窗1602位置后会被推移至升降平台1610表面，而U型推板1606平移过程中其会推抵弹簧活塞杆1608，此时由于弹簧限位柱1611的活动伸缩端位于升降平台1610表面并随着旧的光学窗口1604平移而逐步收缩，在逐步收缩过程中升降平台1610表明受限制，此时弹簧活塞杆1608于介质管1607内部自身进行伸缩蓄力，当旧的光学窗口1604完全移动至升降平台1610表面时弹簧限位柱1611的活动伸缩端完全收缩，此时升降平台1610表面失去限制，此时弹簧活塞杆1608释放动力而向连通管1609展开，使得传动介质进入连通管1609以推动升降平台1610上升，以使得升降平台1610携带旧的光学窗口1604抬升，从而以便工作人员拾取。

如图2-图6所示，滑槽1603内壁靠近流通池3的一侧设置有预清理组件17，预清理组件17位于透光窗1602远离电动推杆1605的一侧，预清理组件17包括转向轴1701和吸液绒布1702，转向轴1701的表面设置有吸液绒布1702，且吸液绒布1702的两端贯穿光学盒1601侧面后连接有收卷机构，转向轴1701分布于吸液绒布1702的转角处；

具体操作如下，旧的光学窗口1604受推动平移时，其与电解液接触的侧面沿吸液绒布1702表面滑动，吸液绒布1702由此吸收光学窗口1604表面的残留电解液，以防止电解液留于滑槽1603造成污染，而每当旧的光学窗口1604被替换移动时，吸液绒布1702两端的收卷机构对吸液绒布1702一收一放，使得吸液绒布1702得以沿移动中的光学窗口1604表面加以相向滑动，由此吸液绒布1702在吸液后将吸液部位从滑槽1603内部移出，而干净部位从滑槽1603外部移入，由此为下次光学窗口1604的替换做准备。

一种电解液色度检测方法，其应用有上述的一种电解液色度检测装置，电解液色度检测方法包括下述步骤：

步骤一：白光光源1产生380nm至700nm可见光，白光经过第一准直透镜2射入流通池3里的待测液体，白光从流通池3射出后再进入第二准直透镜7进行准直；

步骤二：白光经过第二准直透镜7后射到分光镜6，此时光线被分光镜6分为两路，一路进入窄带滤光片4，一路进入一分三光纤8被进一步分光呈三路，三路光线分别进入第一CIE XYZ滤光片9、第二CIE XYZ滤光片10、第三CIE XYZ滤光片11；

步骤三：白光经过窄带滤光片4后得到特定波长的窄带光波，由第一PD芯片5测量其光强，第一PD芯片5将光强转换为电流信号输出至模数转换模块15，由模数转换模块15把模拟电流信号转换成模拟电压信号，再转成RS485数字信号输出至变送器，变送器将电压信号转换成对应色标的色度值显示输出；

步骤四：白光进入一分三光纤8被进一步分光呈三路，三路白光各自进入对应的第一CIE XYZ滤光片9、第二CIE XYZ滤光片10、第三CIE XYZ滤光片11滤光后，得到符合CIEXYZ三刺激值的三个光波，由第二PD芯片12、第三PD芯片13、第四PD芯片14分别测量对应的光强，第二PD芯片12、第三PD芯片13、第四PD芯片14将光强转换为三组电流信号输出至模数转换模块15，模数转换模块15把模拟电流信号转换成三组模拟电压信号分别为Vx、Vy、Vz，再转成RS485数字信号输出至变送器，变送器将Vx、Vy、Vz三个电压信号转换为色度坐标x,y，判断是否落在预先设置的坐标区域，超出则进行告警，同时上位界面支持实时显示当前液体色度坐标。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种电解液色度检测装置，包括白光光源（1）和流通池（3），其特征在于：所述白光光源（1）的右侧设置有第一准直透镜（2），且第一准直透镜（2）的右侧设置有流通池（3），所述流通池（3）的右侧依次设置有第二准直透镜（7）、分光镜（6），且分光镜（6）的上方依次设置有窄带滤光片（4）、第一PD芯片（5），所述分光镜（6）的右侧设置一分三光纤（8），所述一分三光纤（8）右侧并排分布有第一CIE XYZ滤光片（9）、第二CIE XYZ滤光片（10）、第三CIE XYZ滤光片（11），所述第一CIE XYZ滤光片（9）、第二CIE XYZ滤光片（10）、第三CIE XYZ滤光片（11）右侧分别设置有第二PD芯片（12）、第三PD芯片（13）、第四PD芯片（14），所述第一PD芯片（5）、第二PD芯片（12）、第三PD芯片（13）、第四PD芯片（14）通过导线连接有模数转换模块（15）。

2.根据权利要求1所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述流通池（3）的两侧设置有光学窗组件（16），所述光学窗组件（16）包括光学盒（1601）、透光窗（1602）、滑槽（1603）和光学窗口（1604），所述光学盒（1601）的表面开设有透光窗（1602），且光学盒（1601）的内部开设有滑槽（1603），所述滑槽（1603）的内部放置有光学窗口（1604）。

3.根据权利要求2所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述光学窗组件（16）还包括电动推杆（1605）和U型推板（1606），所述滑槽（1603）的内部一端固定有电动推杆（1605），且电动推杆（1605）的端部连接有U型推板（1606）。

4.根据权利要求3所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述光学窗组件（16）还包括介质管（1607）和弹簧活塞杆（1608），所述光学盒（1601）外侧面底部固定有介质管（1607），且介质管（1607）的一端穿设有弹簧活塞杆（1608）。

5.根据权利要求4所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述弹簧活塞杆（1608）的端部与U型推板（1606）的外侧固定连接，且介质管（1607）位于透光窗（1602）下方。

6.根据权利要求5所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述光学窗组件（16）还包括连通管（1609）、升降平台（1610）和弹簧限位柱（1611），所述介质管（1607）远离弹簧活塞杆（1608）的一端连接有连通管（1609），且连通管（1609）的内部穿设有升降平台（1610），所述升降平台（1610）的表面水平分布有弹簧限位柱（1611）。

7.根据权利要求6所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述连通管（1609）固定于光学盒（1601）底部，且弹簧限位柱（1611）穿设于光学盒（1601）侧面，所述升降平台（1610）上表面与滑槽（1603）内壁底部齐平。

8.根据权利要求2所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述滑槽（1603）内壁靠近流通池（3）的一侧设置有预清理组件（17），所述预清理组件（17）位于透光窗（1602）远离电动推杆（1605）的一侧。

9.根据权利要求8所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述预清理组件（17）包括转向轴（1701）和吸液绒布（1702），所述转向轴（1701）的表面设置有吸液绒布（1702），且吸液绒布（1702）的两端贯穿光学盒（1601）侧面后连接有收卷机构，所述转向轴（1701）分布于吸液绒布（1702）的转角处。

10.一种电解液色度检测方法，其应用有权利要求1-9任一项所述的一种电解液色度检测装置，其特征在于：所述电解液色度检测方法包括下述步骤：

步骤一：白光光源（1）产生380nm至700nm可见光，白光经过第一准直透镜（2）射入流通池（3）里的待测液体，白光从流通池（3）射出后再进入第二准直透镜（7）进行准直；

步骤二：白光经过第二准直透镜（7）后射到分光镜（6），此时光线被分光镜（6）分为两路，一路进入窄带滤光片（4），一路进入一分三光纤（8）被进一步分光呈三路，三路光线分别进入第一CIE XYZ滤光片（9）、第二CIE XYZ滤光片（10）、第三CIE XYZ滤光片（11）；

步骤三：白光经过窄带滤光片（4）后得到特定波长的窄带光波，由第一PD芯片（5）测量其光强，第一PD芯片（5）将光强转换为电流信号输出至模数转换模块（15），由模数转换模块（15）把模拟电流信号转换成模拟电压信号，再转成RS485数字信号输出至变送器，变送器将电压信号转换成对应色标的色度值显示输出；

步骤四：白光进入一分三光纤（8）被进一步分光呈三路，三路白光各自进入对应的第一CIE XYZ滤光片（9）、第二CIE XYZ滤光片（10）、第三CIE XYZ滤光片（11）滤光后，得到符合CIE XYZ三刺激值的三个光波，由第二PD芯片（12）、第三PD芯片（13）、第四PD芯片（14）分别测量对应的光强，第二PD芯片（12）、第三PD芯片（13）、第四PD芯片（14）将光强转换为三组电流信号输出至模数转换模块（15），模数转换模块（15）把模拟电流信号转换成三组模拟电压信号分别为Vx、Vy、Vz，再转成RS485数字信号输出至变送器，变送器将Vx、Vy、Vz三个电压信号转换为色度坐标x,y，判断是否落在预先设置的坐标区域，超出则进行告警，同时上位界面支持实时显示当前液体色度坐标。