[发明专利]基于光电传感器的浓缩乳胶中干胶含量测量方法及系统

说明书

一、技术领域

本发明所述的基于光电传感器的浓缩乳胶中干胶含量测量方法及系统，它是基于光电传感技术，涉及一种光电传感器的物理结构，浓缩乳胶中干胶含量的测量数据处理流程以及整个系统测量稳定性，其中，使用了环状分布方式的LED和光电二极管作为光电传感器的输入输出信号源，通过可升降载物台调节感光模块与样品间的距离，同时采用多元线性回归分析法处理测量数据，并增加一路参考信号用来消除温漂对系统测量稳定性的影响。

二、背景技术

天然橡胶是一种重要工业原料，它是从含胶植物中提取出来的，橡胶与钢铁、石油和煤炭号称四大工业原料。天然橡胶由于具有诸多优越性质，因此市场的需求量大，并且作为可再生资源，浓缩乳胶比起以石油为原料的合成橡胶具有相当大的生态优势。近年来，由于全球性的环保政策使得天然橡胶的需求进一步的大幅度上升，造成价格的激增，而橡胶乳胶中的干胶含量是决定橡胶价格的关键因素。

在实现对浓缩乳胶中干胶含量的测量中，通常采用标准化学分析方法，基本原理是将浓缩乳胶试料稀释至总固体含量为20％，并用乙酸酸化。然后将凝固的橡胶压成薄片，在70℃下干燥，最后进行称量计算。

此外，也采用一些间接测量法，使用基于微波技术的测量方法和基于电容式传感器的测量方法。微波测量法主要是测量微波通过乳胶衰减程度，利用高精度步进电机驱动、计算机自动控制、信号处理、电子液晶显示等技术研制的测胶仪。电容式传感器测量技术主要利用电容测量技术，基本原理是电容的容量正比与极板面积，介质的介电常数，反比与极板之间的距离。如果极板面积和极板之间的距离保持不变，则电容容量正比于介质的介电常数，通过测量电容容量来研究被测物质的浓度性质。

在上述的浓缩乳胶中干胶含量标准化学测量法中，整个操作过程需要非常仔细的操作，并且每个细节操作必须按照相应的国家标准来进行，既费时又费力。如果两次平行测定结果超过均值的0.1％，就需要重新测定。尽管该方法从理论上讲是比较完美的，国际上也有类似标准ISO 126：2005，但是其测量设备笨重，测量周期长，同时又为有损测量，测量操作麻烦，其中系统设备如分析天平和恒温箱价格昂贵，同时还需一个熟练的工作人员来使用这些仪器。

同样的，在上述的浓缩乳胶中干胶含量微波测量系统，其高昂的价格使一些小型胶厂，研究所，产胶园望而生却，并且维护要求高，需要定期维护，原因是它的定标曲线使用较长时间(1-2年)后，各参数会发生变化，这将引起定标曲线形状，宽窄幅度的变化，从而导致检测过程产生较大误差。不管怎样调整定标点，都无法将定标曲线拉回至标准位置。因而，定标曲线必须重新进行测定，才能保证检测结果的准确性，同时其定标曲线校准是比较复杂的。而电容传感器测量法还尚在实验室研究当中，尚未达到商用标准。

近年来，激光技术和光谱分析技术的高速发展使得红外光谱分析技术等广泛的应用在乳胶中干胶含量测量系统的研究中，其中廉价的LED使得系统光源不必去采用笨重的传统白光发光源与分光器(光栅或AOFT)的组合却照样拥有较高精度的输出信号，同时适用于感光模块光电流信号放大的高性能的运放也已经集成化市场化。本发明提出基于光电传感器的浓缩乳胶中干胶含量测量方法及系统，利用光谱分析原理，采用环状分布方式的光电传感器，只需将样品放入可升降载物台即可得到干胶含量测量值。该测量方法与通常使用的标准化学分析测量方法相比，在测量速度，测量操作，设备价格以及维护方面都是很有进展的，因此可实现廉价便携式快速测量浓缩乳胶中干胶含量。

三、发明内容

本发明要解决的第一个问题是设计一种高精度的光电传感器；第二个问题是设计配套的硬件电路，其中最主要的是设计优秀的光电流前置放大模块电路来对微电流信号进行放大以及设计二级去温漂放大模块电路来减少温度变化对系统测量的影响；第三个问题是设计数据处理流程实现对专用信号的处理，对所获得的信号进行有效值筛选，排序和均值处理等，进而通过标准方程计算干胶含量值。

为了达到上述的发明目的，本发明的技术方案为基于光电传感器的浓缩乳胶中干胶含量测量方法及系统。本发明提供的基于光电传感器的浓缩乳胶中干胶含量测量方法，包括下列步骤：

第一步骤：浓缩乳胶中干胶含量信号采集步骤，基于光电传感技术，选用多个不同波长的发光模块和感光模块构成光电传感器的信号发生器和接收器，同时选用一个透镜作为光学系统中的汇聚光学器件，发光模块的出射光以一定角度入射到乳胶表面，部分光经乳胶内部物质散射作用后从乳胶表面出射，对通过光学系统汇聚的出射光进行光电转换，并获得光电流信号，具体包括下列步骤一至步骤三：