CN108762322B - 一种家用自制饮用品浓度控制装置 - Google Patents

一种家用自制饮用品浓度控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种家用自制饮用品浓度控制装置，涉及厨房用具，包括环形壳体、主控制器、第一光发射模块、第二光接收模块以及进水控制阀；沿环形壳体径向中部设置有第一进水通道，第一进水通道的第一入口连接进水控制阀，第一进水通道的第二出口包含一直角梯形状出口部；主控制器的第一输出端与第一光发射模块连接；第二光接收模块与主控制器的第二输入端连接；主控制器的第五输出端连接进水控制阀的控制端；本发明避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度；同时也不需要像称重法需要人工换算求解浓度，而对于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度也能够被再次获得。

Description

一种家用自制饮用品浓度控制装置
技术领域
本发明涉及水杯领域，特别涉及一种家用自制饮用品浓度控制装置。
背景技术
在日常生活中，人类时常会饮用糖水、配置生理盐水，亦或者是配置海水浓度的盐水以便海洋生鲜吐沙。
在现有技术中，通常是通过称量法进行调配糖水、盐水，而实际上，一般家有的溶液量并不会大，一方面，需要对称量法的称重精度提出要求，配置出的溶液浓度也不易精确，另一方面，若通过增加溶剂及溶质以便降低称量法精度则容易造成水资源以及溶质的浪费。
此外，采用称量法还存在如下问题：1)、需要对溶质容积进行人工换算求解浓度；2)、由于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度将不能再次获得。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷中的一部分，本发明所要解决的技术问题是提供一种家用自制饮用品浓度控制装置，旨在通过测定溶液的折射率，并通过折射率求解溶液的浓度，以便获得较为精确溶液浓度，以便配制合适浓度的家用自制饮用品。
为实现上述目的，本发明提供一种家用自制饮用品浓度控制装置，所述装置包括环形壳体、主控制器、第一光发射模块、第二光接收模块以及进水控制阀；沿所述环形壳体径向中部设置有第一进水通道，所述第一进水通道的第一入口连接进水控制阀，所述第一进水通道的第二出口包含一直角梯形状出口部；
所述第一光发射模块位于所述环形壳体内临近所述直角梯形状出口部的第一斜面一端中边长较短的底边侧的第一安装部；所述第二光接收模块位于所述环形壳体内临近所述直角梯形出口部的第二直角面的第二安装部；
所述第一光发射模块发射的第一光线与所述第二直角面的法线相平行，所述第一光发射模块发射的第一光线与所述第一斜面的法线之间的夹角为第一入射角θi；所述第一光线与所述第一斜面的交点到所述第二直角面的距离为第一距离L；
所述主控制器的第一输出端与所述第一光发射模块连接；所述第二光接收模块与所述主控制器的第二输入端连接；所述主控制器的第五输出端连接所述进水控制阀的控制端；所述主控制器包括第一光线发射控制模块、折射光线接收模块、折射率求解模块、溶液浓度求解模块以及进水控制模块；；
所述第一光线发射控制模块，用于控制所述第一光发射模块发射第一光线；
所述折射光线接收模块，用于响应于所述第一光发射模块发射所述第一光线，采集第一光发射模块发射的第一光线经浓度测量装置的底部的直角梯形状出口部内的待测溶液而发生折射后在第二光接收模块上的偏移距离D；
所述折射率求解模块，用于根据所述偏移距离D、所述第一距离以及第一入射角θi，求解所述待测溶液的折射率n；所述折射率n满足：
Figure GDA0002734908030000021
其中，θi≠0；
所述待测溶液浓度求解模块，用于根据所述待测溶液的所述折射率、所述待测溶液的溶质信息、所述待测溶液的溶剂，获取所述待测溶液的浓度c；所述溶质信息包含折射率-浓度关系曲线，所述折射率-浓度关系曲线满足：c＝αn2+βn-γ，所述α、所述β、所述γ为折射率-浓度关系曲线的多项次系数；
所述进水控制模块，用于根据所述待测溶液的浓度c与溶液目标浓度值cgoal大小关系，向所述进水控制阀发送控制指令；所述控制指令包括：响应于所述待测溶液的浓度c大于所述待测溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送开启控制指令；响应于所述待测溶液的浓度c小于或等于所述待测溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送关闭控制指令或向用户输出第一提醒。
在该技术方案中，通过第一光发射模块、第二光接收模块、第一斜面、第二直角面的位置设计，以便求得折射率，并通过折射率进一步求得溶液浓度，以便用户能够获得较为精确的溶液浓度，以便配制合适浓度的家用自制饮用品。该技术方案避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度；同时也不需要像称重法需要人工换算求解浓度，而对于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度也能够被再次获得。
通过发明人对蔗糖糖水浓度与折射率关系进行实验，发现不与水发生化学反应的单一可溶物品与水混合，折射率与二者的配比有关，即溶质比例越高，溶液的折射率也越高，并满足曲线关系；此外，发明人还对盐水浓度与折射率关系进行了实验，也满足上述规律。基于上述机理，在本技术方案中，在知道溶液的溶质的情况下，通过测量溶液浓度能够获知溶液的浓度。
在一具体实施方式中，所述环形壳体的中部或上部向外延伸有用于将所述装置挂载在承装所述待测溶液的第一容器的器壁上的挂载部；所述挂载部为倒L型。
在该技术方案中，通过设置挂载部，便于将浓度测量装置固定在容器上。
在一具体实施方式中，所述环形壳体上部还设置有用于显示溶液浓度的显示模块，所述显示模块的输入端与所述主控制器的第三输出端连接。
在一具体实施方式中，所述环形壳体上部还设置有用于输入溶质类别的输入模块，所述主控制器的第四输入端与所述输入模块连接。
在本实施例中，所述溶质为单种可食用品。
可选的，所述溶质类别为蔗糖、食盐、葡萄糖、蜂蜜中的一种。
在一具体实施方式中，所述第一斜面为透光材质，所述第二直角面为透光材质。
在一具体实施方式中，所述第一斜面为平面型；所述第二直角面为平面型。
通过平面型设计，提高折射率求解精度，并降低设备安装精准性，降低装配成本。
在一具体实施方式中，所述主控制器还包括本征偏移距离获取模块，用于在所述直角梯形状出口部为放空状态下，采集所述第一光线经折射后在所述第二光接收模块上的本征偏移距离D0；
所述折射光线接收模块，还用于根据所述本征偏移距离D0，对所述直角梯形状出口部装载溶液时采集的偏移距离D进行校正；所述偏移距离D满足：D＝Dreal-D0，所述Dreal为实际测量值。
在该技术方案中，通过对本征偏移距离进行求解，消除或降低材质折射率对光路折射的影响，提高折射率测量精度。
可选的，所述第二光接收模块为面状；
在一具体实施方式中，所述第二光接收模块包括光敏电阻阵列。
在该技术方案中，通过光敏电阻阵列对第一光线出射位置进行测量。
可选的，根据光敏电阻阵列电阻值变小的阵列单元，获知所述第二光接收模块接收到光线的位置。
在一具体实施方式中，所述主控制器还包括：溶质输入采集模块，用于采集用户输入的溶质信息。
在一具体实施方式中，所述主控制器还包括存储模块，用于存储所述至少一个供用户选择的溶质信息，所述溶质信息包括溶质名称、与所述溶质名称相对应的折射率-浓度关系曲线的多项次系数。
在该技术方案中，通过预设多种溶质的折射率-浓度关系曲线，有效为用户提供选择，提高***兼容性。
本发明的有益效果是：本发明通过第一光发射模块、第二光接收模块、第一斜面、第二直角面的位置设计，以便求得折射率，并通过折射率进一步求得溶液浓度，以便用户能够获得较为精确的溶液浓度，以便配制合适浓度的家用自制饮用品。本发明避免称量法溶液配比的精度要求，提高配置出的溶液浓度的精确度；同时也不需要像称重法需要人工换算求解浓度，而对于蒸发作用或不定量加料作用后，溶液浓度也能够被再次获得。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式提供的一种家用自制饮用品浓度控制装置的结构示意图；
图2是本发明一具体实施方式提供的一种家用自制饮用品浓度控制方法的流程示意图；
图3是本发明一具体实施方式中的第一光线的折射的光路示意图；
图4是本发明一具体实施方式中的一种家用自制饮用品浓度控制装置的电路框图；
图5是本发明一具体实施方式中的糖水浓度与折射率关系曲线图；
图6是本发明一具体实施方式中的盐水浓度与折射率关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-6所示，在本发明第一实施例中，提供一种家用自制饮用品浓度控制装置，所述装置包括环形壳体101、主控制器300、第一光发射模块102、第二光接收模块103以及进水控制阀200；沿所述环形壳体101径向中部设置有第一进水通道104，所述第一进水通道104的第一入口连接进水控制阀200，所述第一进水通道104的第二出口包含一直角梯形状出口部105；
所述第一光发射模块102位于所述环形壳体101内临近所述直角梯形状出口部105的第一斜面106一端中边长较短的底边侧的第一安装部107；所述第二光接收模块103位于所述环形壳体101内临近所述直角梯形出口部的第二直角面108的第二安装部109；
所述第一光发射模块102发射的第一光线与所述第二直角面108的法线相平行，所述第一光发射模块102发射的第一光线与所述第一斜面106的法线之间的夹角为第一入射角θi；所述第一光线与所述第一斜面106的交点到所述第二直角面108的距离为第一距离L；
所述主控制器300的第一输出端与所述第一光发射模块102连接；所述第二光接收模块103与所述主控制器300的第二输入端连接；所述主控制器300的第五输出端连接所述进水控制阀200的控制端；所述主控制器300包括第一光线发射控制模块、折射光线接收模块、折射率求解模块、溶液浓度求解模块以及进水控制模块；；
所述第一光线发射控制模块，用于控制所述第一光发射模块102发射第一光线；
所述折射光线接收模块，用于响应于所述第一光发射模块102发射所述第一光线，采集第一光发射模块102发射的第一光线经浓度测量装置的底部的直角梯形状出口部105内的待测溶液而发生折射后在第二光接收模块103上的偏移距离D；
所述折射率求解模块，用于根据所述偏移距离D、所述第一距离以及第一入射角θi，求解所述待测溶液的折射率n；所述折射率n满足：
Figure GDA0002734908030000071
其中，θi≠0；
所述待测溶液浓度求解模块，用于根据所述待测溶液的所述折射率、所述待测溶液的溶质信息、所述待测溶液的溶剂，获取所述待测溶液的浓度c；所述溶质信息包含折射率-浓度关系曲线，所述折射率-浓度关系曲线满足：c＝αn2+βn-γ，所述α、所述β、所述γ为折射率-浓度关系曲线的多项次系数；
所述进水控制模块，用于根据所述待测溶液的浓度c与溶液目标浓度值cgoal大小关系，向所述进水控制阀200发送控制指令；所述控制指令包括：响应于所述待测溶液的浓度c大于所述待测溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀200发送开启控制指令；响应于所述待测溶液的浓度c小于或等于所述待测溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀200发送关闭控制指令或向用户输出第一提醒。
在本实施例中，所述环形壳体101的中部或上部向外延伸有用于将所述装置挂载在承装所述待测溶液的第一容器的器壁上的挂载部110；所述挂载部110为倒L型。
在本实施例中，所述环形壳体101上部还设置有用于显示溶液浓度的显示模块400，所述显示模块400的输入端与所述主控制器300的第三输出端连接。
在本实施例中，所述环形壳体101上部还设置有用于输入溶质类别的输入模块500，所述主控制器300的第四输入端与所述输入模块500连接。
可选的，所述溶质类别为蔗糖、食盐、葡萄糖、蜂蜜中的一种。
在本实施例中，所述第一斜面106为透光材质，所述第二直角面108为透光材质。
在本实施例中，所述第一斜面106为平面型；所述第二直角面108为平面型。
通过平面型设计，提高折射率求解精度，并降低设备安装精准性，降低装配成本。
在本实施例中，所述主控制器300还包括本征偏移距离获取模块，用于在所述直角梯形状出口部105为放空状态下，采集所述第一光线经折射后在所述第二光接收模块103上的本征偏移距离D0；
所述折射光线接收模块，还用于根据所述本征偏移距离D0，对所述直角梯形状出口部105装载溶液时采集的偏移距离D进行校正；所述偏移距离D满足：D＝Dreal-D0，所述Dreal为实际测量值。
可选的，所述第二光接收模块103为面状；
在本实施例中，所述第二光接收模块103包括光敏电阻阵列。
可选的，根据光敏电阻阵列电阻值变小的阵列单元，获知所述第二光接收模块103接收到光线的位置。
可选的，所述主控制器300还包括：溶质输入采集模块，用于采集用户输入的溶质信息。
可选的，所述主控制器300还包括存储模块，用于存储所述至少一个供用户选择的溶质信息，所述溶质信息包括溶质名称、与所述溶质名称相对应的折射率-浓度关系曲线的多项次系数。
值得一提的是，可选的，所述显示模块400为LCD模块；可选的，所述显示模块400为数码管。
可选的，所述溶质信息包括所述溶质的种类；
在本实施例中，可选的，所述溶剂为水；可选的，所述溶质为食盐；可选的，所述溶质为糖；值得一提的是，在本实施例中，不建议对多种物质进行混合，这样变量过多，折光率与浓度则存在多组解，即混合盐水即加食盐或者海盐，混合糖水则添加蔗糖或者葡萄糖，混合蜂蜜水则添加蜂蜜。
优选的，在本实施例中，所述溶质为单种可食用品。
在实际场景应用中，用户需要配置盐水，向***输入配置盐水，用户在加水加食盐后，浓度测量装置检测配置的盐水的浓度，并以显示的形式输出；根据实际测量盐水的浓度，用户根据需要进行加水或者加盐。可选的，所述食盐包括海盐、加碘盐。
在另一场景中，用户需要配置糖水，向***输入配置糖水，用户加水加糖后，浓度测量装置检测配置糖水的浓度，并实时显示；根据需求进行加水加糖。值得一提的是，糖本身也包括多种，***可以对其进行细化，例如，葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、蜂蜜等。
值得一提的是，在本实施例中，所述浓度为质量百分比浓度。
为了便于理解，下面对本实施例中的公式作进一步推导说明。
如图3所示，由第一光线折射现象的几何关系可知：
θr＝θi-Δθ (1)
由三角几何关系可知：
Figure GDA0002734908030000101
由折射率公式
Figure GDA0002734908030000102
以及式(1)-(2)可知：
Figure GDA0002734908030000103
可选的，所述溶质为糖水；糖水的浓度c满足：c＝-12.276n2+39.646n-31.04。
申请人通过对蔗糖与水配比实验，获得表1数据。
表1、18℃下糖水折射率与浓度关系实验数据
折射率 1.334 1.3477 1.3573 1.3691 1.3872 1.4025 1.4186 1.4407
浓度 0％ 9.10％ 16.70％ 23.10％ 33.30％ 41.10％ 50％ 60％
通过曲线拟合，获得蔗糖糖水的浓度c满足：c＝-12.276n2+39.646n-31.04。
可选的，所述溶质为盐水；所述待测溶液浓度c满足：c＝-31.77n2+91.519n-65.55。
申请人通过对食盐与水配比实验，获得表2数据。
表2、18℃下盐水折射率与浓度关系实验数据
折射率 1.334 1.3419 1.3479 1.3624 1.3701 1.3813
浓度 0％ 5％ 9.10％ 16.70％ 20％ 25％
通过曲线拟合，获得盐水的浓度c满足：c＝-31.77n2+91.519n-65.55。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述装置包括环形壳体、主控制器、第一光发射模块、第二光接收模块以及进水控制阀；沿所述环形壳体径向中部设置有第一进水通道，所述第一进水通道的第一入口连接进水控制阀，所述第一进水通道的第二出口包含一直角梯形状出口部；
所述第一光发射模块位于所述环形壳体内临近所述直角梯形状出口部的第一斜面一端中边长较短的底边侧的第一安装部；所述第二光接收模块位于所述环形壳体内临近所述直角梯形出口部的第二直角面的第二安装部；
所述第一光发射模块发射的第一光线与所述第二直角面的法线相平行，所述第一光发射模块发射的第一光线与所述第一斜面的法线之间的夹角为第一入射角θi；所述第一光线与所述第一斜面的交点到所述第二直角面的距离为第一距离L；
所述主控制器的第一输出端与所述第一光发射模块连接；所述第二光接收模块与所述主控制器的第二输入端连接；所述主控制器的第五输出端连接所述进水控制阀的控制端；所述主控制器包括第一光线发射控制模块、折射光线接收模块、折射率求解模块、溶液浓度求解模块以及进水控制模块；
所述第一光线发射控制模块，用于控制所述第一光发射模块发射第一光线；
所述折射光线接收模块，用于响应于所述第一光发射模块发射所述第一光线，采集第一光发射模块发射的第一光线经浓度测量装置的底部的直角梯形状出口部内的待测溶液而发生折射后在第二光接收模块上的偏移距离D；
所述折射率求解模块，用于根据所述偏移距离D、所述第一距离以及第一入射角θi，求解所述待测溶液的折射率n；所述折射率n满足：
Figure FDA0002734908020000021
其中，θi≠0；
所述待测溶液浓度求解模块，用于根据所述待测溶液的所述折射率、所述待测溶液的溶质信息、所述待测溶液的溶剂，获取所述待测溶液的浓度c；所述溶质信息包含折射率-浓度关系曲线，所述折射率-浓度关系曲线满足：c＝αn2+βn-γ，所述α、所述β、所述γ为折射率-浓度关系曲线的多项次系数；
所述进水控制模块，用于根据所述待测溶液的浓度c与溶液目标浓度值cgoal大小关系，向所述进水控制阀发送控制指令；所述控制指令包括：响应于所述待测溶液的浓度c大于所述待测溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送开启控制指令；响应于所述待测溶液的浓度c小于或等于所述待测溶液目标浓度值cgoal，向所述进水控制阀发送关闭控制指令或向用户输出第一提醒。
2.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述环形壳体的中部或上部向外延伸有用于将所述装置挂载在承装所述待测溶液的第一容器的器壁上的挂载部；所述挂载部为倒L型。
3.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述环形壳体上部还设置有用于显示溶液浓度的显示模块，所述显示模块的输入端与所述主控制器的第三输出端连接。
4.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述环形壳体上部还设置有用于输入溶质类别的输入模块，所述主控制器的第四输入端与所述输入模块连接。
5.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述第一斜面为透光材质，所述第二直角面为透光材质。
6.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述第一斜面为平面型；所述第二直角面为平面型。
7.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述主控制器还包括本征偏移距离获取模块，用于在所述直角梯形状出口部为放空状态下，采集所述第一光线经折射后在所述第二光接收模块上的本征偏移距离D0；
所述折射光线接收模块，还用于根据所述本征偏移距离D0，对所述直角梯形状出口部装载溶液时采集的偏移距离D进行校正；所述偏移距离D满足：D＝Dreal-D0，所述Dreal为实际测量值。
8.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述第二光接收模块包括光敏电阻阵列。
9.如权利要求1所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述主控制器还包括：溶质输入采集模块，用于采集用户输入的溶质信息。
10.如权利要求9所述的一种家用自制饮用品浓度控制装置，其特征在于，所述主控制器还包括存储模块，用于存储至少一个供用户选择的溶质信息，所述溶质信息包括溶质名称、与所述溶质名称相对应的折射率-浓度关系曲线的多项次系数。
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Citations (7)

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