液体浓度检测系统的制作方法

1.本发明属于液体检测领域，具体涉及一种液体浓度检测系统。


背景技术：

2.液体中溶质成分及含量的检测在药物、食品、农业、环境等领域均有涉及，其在产品的品质与生产效率的控制中具有十分重要的地位。例如，在药物的生产环节中，常常需要确定某些中间试剂中溶质的具体含量，进而在含量符合要求时进行后续生产来保证最终生产的药品能够符合标准。
3.目前，通常采用分离检测技术、物理化学技术、光谱分析技术来对液体中溶质的成分和含量进行检测。但前两者的检测周期长，操作不便，因此，通过对液体进行光谱分析从而确定其中溶质的含量是一种相对简便、且能保证检测精度的方法。
4.然而，光谱分析技术需要依赖于对液体的光谱进行检测，这种光谱检测一般需要通过专业的光谱检测设备(如光谱仪)来实现。这种光谱检测设备的成本高昂，当设备发生故障时，更换、维修成本较高，不利于降低工业生产的成本。
5.另外，光谱检测设备在对液体进行光谱检测时，也需要一定时间(至少1分钟左右)来检测出液体的光谱透射率。在流水线生产中，这种检测速度也容易拖慢最终产品的生产效率。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，提供一种液体浓度检测系统，本发明采用了如下技术方案：
7.本发明提供了一种液体浓度检测系统，用于对含有预定溶质的待测液体进行光谱检测并检测出预定溶质在待测液体中的待测浓度，其特征在于，包括：图像采集装置，具有用于分别盛放不同的待测液体多个器皿槽、设置在器皿槽底部的背光光源以及用于对器皿槽中的待测液体进行图像采集从而得到相应的液体色彩图像的扫描头；颜色值提取部，提取液体色彩图像中待测液体的颜色值作为待测颜色值；光谱透射率重建部，具有与预定溶质的相对应的光谱重建模型，用于根据待测颜色值重建出对应的光谱透射率作为重建光谱透射率；以及浓度确定部，基于预定的浓度与光谱透射率之间的对应关系，根据重建光谱透射率确定对应的浓度作为待测浓度。
8.本发明提供的液体浓度检测系统，还可以具有这样的技术特征，还包括：溶质信息获取部，用于获取待测液体中预定溶质的溶质信息，其中，光谱透射率重建部具有：模型存储单元，存储有多个与不同溶质信息一一对应的光谱重建模型；模型确定单元，用于根据被获取到的溶质信息确定对应的光谱重建模型；以及光谱重建单元，将待测颜色值输入被确定的光谱重建模型得到对应的重建光谱透射率。
9.本发明提供的液体浓度检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，浓度确定部具有：关系曲线存储单元，存储有光谱透射率与各个预定溶质在液体中的浓度之间的关系曲线以及相应预定溶质的溶质信息；关系曲线确定单元，根据获取到的溶质信息确定对应
的关系曲线；以及待测浓度计算单元，根据重建光谱透射率以及被确定的关系曲线计算出待测浓度。
10.本发明提供的液体浓度检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，所述光谱重建模型预先通过如下训练步骤得到：步骤s1，获取所述图像采集装置预先对含有不同浓度的所述预定溶质的标准液体分别进行采集得到的多个标准液体色彩图像；步骤s2，获取各个所述标准液体色彩图像中所述标准液体的颜色值作为标准颜色值以及对应的光谱透射率作为标准光谱透射率；步骤s3，基于各个所述标准颜色值以及对应的所述标准光谱透射率对初始光谱重建模型进行训练，直到符合预定条件并得到训练好的光谱重建模型，训练好的光谱重建模型能够基于所述待测颜色值得到对应的所述重建光谱透射率。
11.本发明提供的液体浓度检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，光谱重建模型有多个，与多种不同的预定溶质一一对应，标准液体为含有不同浓度的与光谱重建模型对应的预定溶质的液体。
12.本发明提供的液体浓度检测系统，还可以具有这样的技术特征，其中，图像采集装置还具有导轨机构，导轨机构用于将各个器皿槽依次输送至扫描头，使得扫描头能够对输送过来的待测液体进行扫描从而得到相应的液体色彩图像。
13.发明作用与效果
14.根据本发明的液体浓度检测系统，由于图像采集装置具有用于盛放待测液体的器皿槽、设置在器皿槽底部的背光光源以及用于对器皿槽中的待测液体进行图像采集从而得到液体色彩图像的扫描头，因此，可以通过ccd等成本相对较低的扫描头来采集到待测液体的色彩图像，不仅节省了设备的成本，而且这样的采集方式也不会与液体产生接触，可以避免液体被污染。接下来，还由于颜色值提取部从液体色彩图像中获取待测液体的待测颜色值，光谱透射率重建部根据待测颜色值重建为对应的光谱透射率，从而使得浓度确定部可以更具该光谱透射率确定出相应的浓度，因此，本实施例的液体光谱检测系统可以快速(通常在几秒内)、且精确地完成光谱透射率的重建，进而检测出待测液体的浓度，相对于传统的液体浓度检测方法速度更快、成本更低，并且还能保证检测的高精度。
附图说明
15.图1是本发明实施例中液体浓度检测系统的框图；
16.图2是本发明实施例中图像采集装置的结构示意图；
17.图3是本发明实施例中光谱重建模型的训练流程图；以及
18.图4是本发明实施例中液体光谱检测系统的工作流程图。
具体实施方式
19.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明的液体浓度检测系统作具体阐述。
20.<实施例>
21.图1是本发明实施例中液体浓度检测系统的框图。
22.如图1所示，液体浓度检测系统10具有图像采集装置11、颜色值提取部12、预定溶质获取部13、光谱透射率重建部14、浓度确定部15以及用于对上述各部进行控制的控制部
16。
23.图2是本发明实施例中图像采集装置的结构示意图。
24.如图1及图2中(a)图所示，图像采集装置11具有多个器皿槽31、背光光源32、导轨机构33以及扫描头34。
25.器皿槽31呈圆形，由透明玻璃材料制成，用于盛放预定深度的待测液体。另外，如图2中(b)图所示，各个器皿槽31的深度d均一致，从而保证位于其中的液体在同种浓度、同种预定溶质的情况下，呈现的色彩均相同。
26.背光光源32用于为器皿槽31提供光源，从而使得扫描头34能够扫描得到从背光光源32穿过待测液体后的光线。
27.导轨机构33为一个丝杆导轨，其轨道面上设有多个呈直线排列的器皿槽31。导轨机构33用于将器皿槽31导向至扫描头34所在的位置，从而使得扫描头34能够对器皿槽23内的待测液体进行扫描处理从而生成相应的液体采集图像。
28.本实施例中，扫描头34具有透射式线状ccd，并通过该透射式线状ccd完成液体采集图像的采集。
29.通过上述图像采集装置11，即可依次提取到每个器皿槽31中待测液体的液体采集图像。
30.另外，本实施例中，待测液体为已知溶质、但浓度未知的透明液体，液体采集图像中不同浓度的待测液体会呈现不同的颜色。
31.颜色值提取部12用于提取液体色彩图像中待测液体的颜色值作为待测颜色值。
32.本实施例中，颜色值为rgb值，颜色值提取部12首先确定液体采集图像中对应于待测液体的像素点，再对该像素点的rgb值进行读取从而作为待测液体所对应的待测颜色值。
33.预定溶质获取部13用于获取待测溶液中预定溶质的溶质信息。
34.本实施例中，溶质信息为工作人员预先设定，如，设定接下来10个待测液体含有的均是某种溶质信息的预定溶质，预定溶质获取部13在扫描头34拍摄得到液体采集图像时自动获取到设定好的溶质信息。
35.光谱透射率重建部14用于根据待测颜色值重建出对应的光谱透射率作为重建光谱透射率。
36.如图1所示，光谱透射率重建部14具有模型存储单元141、模型确定单元142以及光谱重建单元143。
37.模型存储单元141中存储有多个预先训练完成的光谱重建模型以及对应的溶质信息，每一个光谱重建模型对应于一种预定溶质。该预定溶质可以是一种物质，也可以是多种物质混合形成的混合物，组成该混合物的多种物质的比例可以不同。溶质信息为预定溶质所对应的元素以及该元素的价态。
38.本实施例中，光谱重建模型基于最小二乘支持向量回归模型构建，并通过预先训练得到。本实施例中，最小二乘支持向量回归模型包括径向基核函数。
39.本实施例中，由于不同预定溶质对应有不同的光谱重建模型，这些光谱重建模型需要通过相应预定溶质的标准液体进行训练得到。
40.图3是本发明实施例中光谱重建模型的训练流程图。
41.如图3所示，光谱重建模型的训练过程包括步骤s1至步骤s3，具体如下：
42.步骤s1，图像采集装置11对预定溶质、不同预定浓度的标准液体进行图像采集得到多个标准液体图像。
43.步骤s2，获取标准液体图像中标准液体的颜色值作为标准颜色值以及对应的光谱透射率作为标准光谱透射率。
44.本实施例中，标准颜色值为通过颜色值提取部12提取得到，具体的提取方法与颜色值提取部12提取待测颜色值的方法相同，在此不再赘述。标准光谱透射率为通过光谱仪对每个器皿槽11中的标准液体进行检测得到的光谱透射率。
45.步骤s3，基于各个标准颜色值以及对应的标准光谱透射率对初始光谱重建模型进行训练直到符合预定条件并得到训练好的光谱重建模型。
46.本实施例中，标准颜色值以及对应的标准光谱透射率被平均分成两个数据量均等的数据集，其中一个数据集用于光谱重建模型的训练，即训练数据集；另一个数据集用于训练后光谱重建模型的测试，即测试数据集。
47.另外，本实施例的预定条件为对光谱重建模型进行训练直至达到预定轮数，该预定轮数的取值可以为1000。
48.通过上述训练过程，即可训练出用于进行液体光谱检测的光谱重建模型，不同预定溶质的待测液体会分别训练出不同的光谱重建模型。
49.在需要重建待测颜色值时，模型确定单元142首先根据预定溶质获取部13获取到的溶质信息确定需要对应的光谱重建模型，接下来，光谱重建单元143就将待测颜色值输入至被确定的光谱重建模型中从而重建出对应的重建光谱透射率。
50.浓度确定部15能够基于重建光谱透射率确定待测液体中预定溶质的浓度。
51.本实施例中，浓度确定部15具有关系曲线存储单元151、关系曲线确定单元152以及待测浓度计算单元153。
52.关系曲线存储单元151存储有各种预定溶质的溶质信息以及对应的光谱透射率与浓度之间的关系曲线。该关系曲线预先通过对限定了预定溶质以及浓度的液体以及其光谱透射率进行拟合得到。
53.关系曲线确定单元152根据预定溶质获取部13获取到的溶质信息从关系曲线存储单元151中确定对应的关系曲线。
54.待测浓度计算单元153根据重建光谱透射率以及被关系曲线确定单元152确定的关系曲线计算出待测浓度。
55.图4是本发明实施例中液体光谱检测系统的工作流程图。
56.如图4所示，液体光谱检测系统的工作过程具体包括如下步骤：
57.步骤t1，导轨机构33依次将器皿槽31导向至扫描头34所在的位置，然后进入步骤t2；
58.步骤t2，扫描头34对被导向至该扫描头34下方的器皿槽23内的待测液体进行扫描处理从而生成相应的液体采集图像，然后进入步骤t3；
59.步骤t3，颜色值提取部12用于提取液体色彩图像中待测液体的颜色值作为待测颜色值，然后进入步骤t4；
60.步骤t4，预定溶质获取部13用于获取待测溶液中预定溶质的溶质信息，然后进入步骤t5；
61.步骤t5，模型确定单元142首先根据预定溶质获取部13获取到的溶质信息确定需要对应的光谱重建模型，然后进入步骤t6；
62.步骤t6，光谱重建单元143就将待测颜色值输入至被确定的光谱重建模型中从而重建出对应的重建光谱透射率，然后进入步骤t7；
63.步骤t7，浓度确定部15基于重建光谱透射率确定待测液体中预定溶质的浓度；
64.步骤t8，控制部16判断是否停止液体检测过程，若判断为否则进入步骤t2，若判断为是则进入结束状态。
65.实施例作用与效果
66.根据本实施例提供的液体浓度检测系统，由于图像采集装置具有用于盛放待测液体的器皿槽、设置在器皿槽底部的背光光源以及用于对器皿槽中的待测液体进行图像采集从而得到液体色彩图像的扫描头，因此，可以通过ccd等成本相对较低的扫描头来采集到待测液体的色彩图像，不仅节省了设备的成本，而且这样的采集方式也不会与液体产生接触，可以避免液体被污染。接下来，还由于颜色值提取部从液体色彩图像中获取待测液体的待测颜色值，光谱透射率重建部根据待测颜色值重建为对应的光谱透射率，从而使得浓度确定部可以更具该光谱透射率确定出相应的浓度，因此，本实施例的液体光谱检测系统可以快速(通常在几秒内)、且精确地完成光谱透射率的重建，进而检测出待测液体的浓度，相对于传统的液体浓度检测方法速度更快、成本更低，并且还能同时保证检测的高精度。
67.在实施例中，还由于图像采集装置中设有用于将器皿槽导向至扫描头的导轨机构，因此使得液体图像可以实现流水线化的采集，并且可以进一步通过颜色值提取部、光谱透射率重建部以及浓度确定部实时地检测出待测液体的浓度。
68.上述实施例仅用于举例说明本发明的具体实施方式，而本发明不限于上述实施例的描述范围。