基于虚拟示波器动态判别溶液浓度-易迪拓培训.PDFVIP

第24卷第6期 物理实验 V01．24No．6 2004年6月 PHYSICSEXPERIMENTATl0NJun．，2004 基于虚拟示波器动态判别溶液浓度 戴新宇，王 群，闫长春 (徐州师范大学物理系，江苏徐州221116) 摘要：根据液滴对光具有会聚的特点以及溶液浓度与其折射率有定量的对应关系，设计了基于虚拟示波器动态判 别溶液浓度的光电测量方法． 关键词：溶液浓度；折射率；光电传感器 中图分类号：TB99 文献标识码：A 文章编号：1005—4642(2004)06—0044—03 表面张力，当小液滴作自由落体运动时，液滴近似 1 引 言 球状，每个液滴接触光束时的速度都是一样的．将 利用溶液的折射率来测量溶液的浓度是一种 LED发出的光束约束成扁平光束，调整液滴下落 常用的方法[1]，如用阿贝折射仪测量溶液的浓度， 的路径，使液滴中心轨迹接近含平行光束中心的 但该方法是接触测量，测量范围有限制．利用 铅垂平面．根据光在球形凸透镜中的折射规律可 CCD传感器的光电转换、信号存储、信号转移和 知，当液滴下边缘与光束接触后一段时间内，液滴 信号读出等功能，实现了对溶液浓度的在线自动 使LED发出的光偏离原路线，从而会聚在光敏二 检测[2]．但是溶液是处于静态的，且仪器制作复 极管上的光强度变大．因为溶液浓度与其折射率 杂，成本较高．在设计“点滴速度监控装置”时，发 有定量的对应关系，而具有不同折射率的液滴使 现光电传感器在液滴通过时的波形不同于普通遮 光会聚的程度不一致，所以根据示波器所显示的 光板通过时的波形，利用这一特殊波形，结合光学 波形不同可以判别不同浓度的液体． 原理，可以简单判别具有微小浓度差别的溶液． 3判别系统组成 2判别原理 判别系统主要由3个部分组成(如图1所 光电式传感器通常由光源、光通路和光电元 示)，即：液滴生成部分、光电传感器和检测电路． 件组成．在本实验测量装置中，使用光敏二极管作 采用医用输液器作为产生液滴的工具，将针头固 为光电元件，光敏二极管的PN结可以光电导效 定在精密光具座上．这样做不仅液滴产生的速度 应工作，也可以光生伏特效应工作．处于反向偏置 的PN结，在无光照时具有高阻特性，反向暗电流 很小．当光照时，结区产生电子空穴对，在结电场 作用下，电子向N区运动，空穴向P区运动，形成 光电流，方向与反向电流一致．光的照度愈大，光 电流愈大．由于无光照时的反偏电流一般为nA 量级，因此光照时的反向电流基本上与光强成正比． 当液滴通过光通路时，对LED发出的平行光 束产生了一定的遮挡与会聚作用，使光照在光敏 二极管上的光强发生了相应的变化．用虚拟示波 图1检测装置示意图 器来监测光敏二极管两端的电压值．由于液体的 收稿日期：2003-11—18；修改日期：2004—01—15 基金项目：江苏省教育厅重点自然科学基金资助(No：03IJAl40138) 作者简介：零新亨(196s一)男，江苏徐州人，徐州师范大学物理系实验师，从事虚拟仪器的开发与应用及电子实验教 学工作． 万方数据 第6期 戴新宇，等：基于虚拟示波器动态判别溶液浓度 45 可以控制，而且液滴