一种基于对称收发镜组的光谱式电镀溶液浓度检测方法与流程

1.本发明属于电镀溶液浓度检测技术领域，尤其涉及一种基于对称收发镜组的光谱式电镀溶液浓度检测方法。


背景技术：

2.在电镀的生产加工中，影响生产工艺和产品质量的主要因素之一是电镀溶液中主盐的浓度，对电镀溶液浓度进行快速分析和检测是生产实际面临的重要问题，尤其是近年来对化学电镀的不断推广，对电镀溶液浓度快速分析和在线检测提出了更高的要求。
3.化学电镀由于其优异的镀层性能在许多领域得到应用。在化学电镀的工艺过程中，电镀溶液中主盐浓度对化学电镀的镀速、镀层质量、镀液稳定性均有一定影响。因此，在较短的时间内正确检测出电镀溶液的浓度，有利于控制在较小的浓度范围内变化，以维持工艺过程的一致性。
4.目前，化学电镀生产中普遍采用edta(乙二胺四乙酸)络合滴定法或分光光度法测定溶液中的主盐含量。edta(乙二胺四乙酸)络合滴定法属于传统的化学分析方法：用紫脲胺作指示剂，在碱性条件下，用乙二胺四乙酸钠盐进行络合滴定。该方法由于存在化学反应，分析过程需要消耗的时间较长，无法实时对电镀液的浓度进行检测。因此，化学电镀液中主盐的补加一般凭经验进行，难以保证工艺条件的一致性。而分光光度法对待测电镀液进行检测，几乎不需要辅助药剂，并且仪器设备简单，但普通的分光光度法直接测定较高浓度溶液时，相对误差较大，需要将待测电镀溶液进行稀释并加入配合物，这一过程增加了操作的繁琐性，无法实现快速检测。


技术实现要素：

5.为解决现有的电镀溶液浓度检测的时效问题，本发明提供了一种基于对称收发镜组的光谱式电镀溶液浓度检测方法。该方法无需添加额外的化学试剂，检测时间短，成本低，在实现快速检测电镀液浓度同时，还提高了检测浓度的精度。
6.为实现本发明的目的，本发明提供的一种基于对称收发镜组的光谱式电镀溶液浓度检测方法，包括如下步骤：
7.步骤一：对电镀溶液进行标定，形成吸光度
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浓度曲线图；
8.步骤二：对待测电镀溶液进行分析，获取光场吸收曲线，将光场吸收曲线与已标定的吸光度
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浓度曲线图进行比对，从而获取待测电镀溶液特定成分的浓度。
9.其中，所述步骤一具体包括：根据电镀溶液特定成分所需保持的浓度与可偏差范围，对所需保持的浓度为中心在可偏差浓度范围内的多种标准溶液进行标定。
10.其中，所述步骤二中，对待侧电镀溶液进行光谱分析包括：将可见光波段的光对待测电镀溶液进行照射扫描，再根据不同种电镀液中特定成分的特性，利用光谱分析，得到待测电镀溶液的特征吸收峰波长。
11.其中，利用待测溶液特征吸收峰波长及其附近多个波长进行浓度检测。
12.其中，在所述步骤二中，利用电镀溶液浓度分析系统对电镀溶液进行光谱分析，所述电镀溶液浓度分析系统包括控制设备、光源、发射镜组、接收镜组、光栅光谱仪、控制设备，所述控制设备与光源控制连接，所述光源与待测电镀溶液之间设置有发射镜组，所述光栅光谱仪与待测电镀溶液之间设置有接收镜组，所述光栅光谱仪与控制设备连接。
13.其中，所述发射镜组为三片式结构，其用于对照射光场进行聚焦准直；所述接收镜组为三片式结构，其用于收集携带被测电镀溶液信息的光场；且接收镜组与发射镜组具有对称结构。
14.其中，所述光源为基于特定成分电镀溶液的特征吸收峰波长，选择的宽波段、小发射角度的发光二极管。
15.其中，所述待测电镀溶液装进玻璃容器中，为均匀且无气泡的液体。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果为，本发明利用对称收发镜组与光谱分析相结合的方法对待测电镀溶液浓度进行快速检测，此方法属于非接触的光学检测方法，对称式收发镜组保证了入射光场的高效率收集；光谱分析的速度快，不仅先对标准浓度溶液进行标定，还利用待测溶液吸收特征波长附近宽波段光场的多个波长进行检测，在实现快速检测电镀溶液浓度的同时，还增加了待测电镀溶液浓度的准确度与精度。
附图说明
17.图1为本发明电镀溶液浓度分析系统的结构示意图。
18.图2为本发明中发射镜组结构示意图。
19.图3为本发明中发射镜组出射光场的光迹示意图。
20.图4为本发明中接收镜组结构示意图。
21.图5为本发明中接收镜组离焦点列图。
22.图6为本发明中光栅光谱仪结构图。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.本发明提供的一种基于对称收发镜组的光谱式电镀溶液浓度检测方法，包括如下步骤：
27.步骤一：对电镀溶液进行标定，形成吸光度
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浓度曲线图；
28.步骤二：对待测电镀溶液进行分析，获取光场吸收曲线，将光场吸收曲线与已标定的吸光度
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浓度曲线图进行比对，从而获取待测电镀溶液特定成分的浓度。
29.本发明根据硫酸镍电镀液中镍离子所需保持的特定浓度与浓度可偏差范围，对所需保持的浓度为中心在可偏差浓度范围内的多种硫酸镍标准溶液进行标定；
30.本实施例对以特定浓度为60％的硫酸镍标准液，以及60％浓度为中心正负偏差
5％浓度范围内的多种标准溶液进行标定；配置从55％到65％浓度范围内的多种标准硫酸镍溶液，浓度间隔为1％，即11种标准溶液；
31.将可见光波段的光对60％浓度的硫酸镍标准溶液进行照射扫描，再根据硫酸镍电镀溶液中的主要的镍离子特性，利用光谱分析，得到60％标准硫酸镍电镀液的特征吸收峰波长为650nm；
32.利用电镀溶液浓度分析系统对电镀溶液进行光谱分析，所述电镀溶液浓度分析系统如图1所示，包括控制设备、光源、发射镜组、接收镜组、光栅光谱仪、控制设备，所述控制设备与光源控制连接，所述光源与待测电镀溶液之间设置有发射镜组，所述光栅光谱仪与待测电镀溶液之间设置有接收镜组，所述光栅光谱仪与控制设备连接。其中，基于硫酸镍电镀溶液的特征吸收峰波长，选择宽波段、小发射角度的发光二极管(led)为标准溶液标定的光源；本实施例采用650nm为中心，
±
5nm范围的led光源，可满足光谱检测的宽波段光源要求，并利于光束的传输和准直；
33.选用的led宽波段光源的存在一定的发射角，所以在led光源后需放置一组三片式发射镜组，对于照射光场进行聚焦准直，利于光场在溶液中的传输，防止散射和扩散，并携带电镀溶液的浓度信息；图2为本发明的发射镜组结构，由镜片1、镜片2、镜片3组成的三片式光学结构，由于选用的led宽波段光源具有一定的发射角，所以需要在led光源后需要放置一组发射镜组，对led光源进行准直，保证led光源的能量集中；图3本发明发射镜组的光迹图，从图中可以看出，发射镜组可以将led光源准直为直径5.35mm的光线；
34.在进行光谱分析前，同样放置一组三片式接收镜组，接收镜组与发射镜组具有对称结构，对于携带被测电镀溶液信息的光场由接收镜组收集；图4为本发明的接收镜组结构，同样也由镜片1、镜片2和镜片3组成的三片式光学结构，将led照射待测电镀溶液后的透射光尽可能多的耦合进光纤中，提高进入光谱仪的透射光的功率，有利于进行快速光谱分析；其中，发射镜组与接收镜组都是三片式的结构，并且发射镜组与接收镜组的镜片相同，既方便加工生产，也降低了成本；
35.本实施例中通过光场的吸收光谱特征获取特定成分电镀溶液的浓度值。基于特定成分电镀溶液的特征吸收峰波长，选择宽波段、小发射角度的发光二极管(led)对于待测溶液进行照射，通过发射镜组对于照射光场进行聚焦准直，并携带电镀溶液的浓度信息。接下来，由接收镜组对于携带被测电镀溶液信息的光场进行收集，并经过光栅光谱仪进行数据分析，获取不同波长下的光场强度曲线。根据输入led光场的强度信息和经由电镀溶液吸收的光场强度信息获取不同波长下的光场吸收曲线，对比已标定好的吸光度
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浓度曲线，获取电镀溶液特定成分的浓度值。本发明具有检测速度快、操作方便、高灵敏度、测量误差小，可以对待测电镀液进行非接触测量，适用于电镀液特定成分浓度的检测。
36.图5为本发明接收镜组的离焦点列图，从图中可以看出接收镜组可以将透过待测电镀溶液后的透射光汇聚为弥散斑半径仅为13.27微米的光斑，且聚焦光斑半径随距离变化不敏感；
37.图6为本发明的光纤光谱仪的结构，其中反射镜1为准直镜，将宽波段光源进行准直后，入射到光栅上，光栅的线对数为1200/mm，利用光栅衍射实现分光，再由反射镜2将光栅分好的光反射到像面上，得到不同波长的光谱；
38.根据朗博
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比尔定律的数学表达式：其中入射光光强和透射光光强分别为i0和i，溶液浓度为c，液层厚度为b，摩尔吸光系数为k；其中，摩尔吸光系数k与吸收物质的性质及入射光的波长λ有关；
39.硫酸镍电镀溶液中镍离子浓度的测量需要标定吸光度
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浓度曲线，即测量硫酸镍标准浓度溶液的吸收光谱变化，获取不同波长的吸光度
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浓度数据点，之后由朗伯
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比尔定律拟合吸光度
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浓度曲线，作为光谱式测量电镀液浓度比对的标准；
40.在优选的实施例中，对与硫酸镍电镀溶液成分相同的标准浓度进行光谱分析与标定时，只在可偏差范围内的局部标定，而不是从0浓度到饱和浓度的标定，因为局部小范围的标定，有利于提高检测浓度的精度；
41.抽取电镀池中的电镀液，用以650nm波长为中心
±
5nm的led宽波段光源照射电镀液，再分别进行光谱分析，得到不同波长下电镀溶液的吸光度，根据对应标定的标定的吸光度
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浓度曲线图，计算出此时的电镀液浓度，实现电镀液浓度的快速检测。
42.检测出硫酸镍电镀液浓度后，尽可能让电镀液浓度保持在60％，这样才能保证化学电镀的镀速、镀层质量、镀液稳定性，所当电镀液浓度偏低于60％就应及时补充硫酸镍，当电镀液浓度偏高于60％就应及时加水，不能让浓度偏差超过正负5％；
43.在优选的实施例中，所抽取的待测电镀液装进玻璃容器中后，需要是均匀并且无气泡的液体；
44.采集硫酸镍电镀溶液吸收特征波长附近宽波段光场的多个波长吸收强度曲线，而不仅仅是单一特征波长的吸收强度曲线，相当于单次测量获取多组数据，可有效减小测量误差，提高精度；
45.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。