CN109444075A - 一种基于oct技术监测葡萄糖溶液浓度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于OCT技术监测葡萄糖溶液浓度的方法，主要利用OCT测出葡萄糖折射率，而葡萄糖浓度和液体折射率在恒温、恒压下呈线性关系，利用该线性关系，可由折射率变化测试浓度的变化。具体过程是：首先测量多组不同浓度的葡萄糖溶液的折射率，拟合出葡萄糖与折射率的关系曲线；固定管腔先充满空气和再充满未知浓度葡萄糖溶液，用OCT分别测定获得光程d1和d2，根据公式n=d2/d1计算出未知葡萄糖液体折射率；将折射率代入先前获得的浓度与折射率关系表达式即求得未知葡萄糖溶液浓度。本方法操作简便、测量精准，能快速对葡萄糖等液体的浓度进行测量，在液体浓度测量领域充分发挥其作用。
Description
技术领域
本发明涉及光学测量和溶液浓度测量领域，涉及用一种基于OCT技术实现葡萄糖溶液浓度的测量。
背景技术
溶液浓度测量是工业生产一项基本工序，在食品、化工、制药等工业领域有广泛应用，但相应装置结构复杂，价格昂贵，且无替代方案，其测量原理主要是测定相应溶液折射率变化。
溶液浓度的测量方法包括，测量仪，蒸发法，酸或者碱可以用中和滴定的方法，沉淀法，密度法等；但都不能对溶液浓度快速、实时、非接触式测量，自动化、智能化程度较差，本发明基于光学相干断层成像 (OCT) 技术并适当改造，将提供一种具有竞争力的测量新方法。
光学相干断层成像 (OCT) 技术，其测量折射率，只要把待测样品直接放置扫描范围，本身具有是一种快速、非接触式检测折射率特性的新技术，但中间还需人工干预，折射率测量无相应配套软件，远不能全实时化、自动化、智能化，本发明利用OCT已有技术，并设计特有管腔结构（见附图3）和与之匹配的测量原理，由此提升该技术至实时化、自动化、智能化层次。
发明内容
本发明提供一种测定葡萄糖溶液浓度的方法，该方法既能实现对葡萄糖溶液浓度快速、实时、非接触式测量，又能实现全自动化、智能化的测量。
为实现上述技术特点，本方法基于OCT技术，包括以下步骤：
a、利用阿贝仪测量不同浓度葡萄糖溶液的折射率，并拟合成曲线，待用；
b、利用OCT对空置管腔进行扫描获得空载的断层数字图像，获取管腔空载厚度d1；
c、将管腔内充满待测葡萄糖溶液，并对样品进行扫描获得样品的断层数字图像；
d、处理图像获得管腔充满待测葡萄糖溶液时，图像上的厚度d2，根据原理公式n=d2/d1得到待测葡萄糖溶液的折射率；
e、根据拟合出的浓度与折射率的关系曲线,将折射率代入，进一步得到待测葡萄糖溶液浓度。
特别地，所述管腔由两片透明玻璃片搭建成，为方形柱状管，但该方法可用的管腔结构，不仅限于此处描述的这种。
管腔空置时，OCT实现对该管内壁某断层扫描成像；进一步，将管内充满待测葡萄糖溶液样品，OCT对该管内壁同一断层扫描成像。
特别地，结合霍夫曼变换（Hough Transformation）算法，由MATLAB软件自动实现OCT图形对象识别和图形对象的特征提取，但该方法可用的提取边界的方法和软件，不仅限于此处描述的这种。
进一步地，识别获取直线间的距离特征，根据原理计算待测葡萄糖溶液的折射率。
进一步地，利用阿贝仪测定的葡萄糖溶液浓度与折射率的拟合曲线，涉及线性回归分析和其他拟合方法，由浓度和折射率对应关系，给出浓度值。
本发明的有益效果是：提供一种测试葡萄糖溶液浓度值的方法，该方法有望实现对葡萄糖溶液浓度快速、实时、非接触式测量，同时又能实现全自动化、智能化的测量，其可用于工业多种溶液的生产检测。
附图说明
图1为本发明所提供的葡萄糖溶液浓度与折射率关系图。
图2为本发明所提供的方法步骤图。
图3为本发明所提供的测量原理装置图。
图4为本发明所提供的一组实施例OCT动态扫描图。
图5为本发明所提供的处理结果图，参数提取图。
具体实施例
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种测试葡萄糖溶液浓度的方法，本方法基于OCT技术，包括以下步骤：
a、利用阿贝仪测量不同浓度葡萄糖溶液的折射率，并拟合成曲线，待用；
b、利用OCT对空置管腔进行扫描获得空载的断层数字图像，获取管腔空载厚度d1；
c、将管腔内充满待测葡萄糖溶液，并对样品进行扫描获得样品的断层数字图像；
d、处理图像获得管腔充满待测葡萄糖溶液时，图像上的厚度d2，根据原理公式n=d2/d1得到待测待测葡萄糖溶液的折射率；
e、根据拟合出的浓度与折射率的关系曲线,将折射率代入，进一步得到待测葡萄糖溶液浓度。
如图1所示，为本发明所提供的阿贝仪测定葡萄糖溶液浓度与折射率关系图，本发明在利用OCT测量得到断层图像并进行处理后得到的折射率即可根据曲线进行匹配以得到待测葡萄糖溶液浓度。
如图3所示，为本发明所提供的测量原理装置图，管腔由两片透明玻璃片搭建成，为方形柱状管；首先，利用OCT对空置管腔进行扫描获得空载的断层数字图像，算法处理获取管腔空载厚度d1；将管腔内充满待测葡萄糖溶液，并对待测溶液进行扫描获得溶液的断层数字图像算法处理获得充液管腔厚度d2；最后根据公式n=d2/d1得到葡萄糖溶液的折射率。
如图4所示，为本发明所提供的一组实施例OCT动态扫描图，样品分别为不同浓度的葡萄糖溶液，在获取样品图的过程中改变葡萄糖溶液浓度。
如图5所示，结合霍夫曼变换（Hough Transformation）算法，由软件自动实现OCT图形对象识别和图形对象的特征提取，识别获取直线间的距离特征，根据原理公式计算溶液的折射率。
将图5处理所得折射率结果代入图1所提供浓度-折射率关系曲线，即得出待测溶液浓度值。
本应用例，利用OCT测量结果：n=1.3432， 浓度为7%；n=1.3495， 浓度为11%；n=1.355， 浓度为15%；n=1.365， 浓度为22%。
Claims (7)
1.本发明公开了一种利用OCT技术测定葡萄糖溶液浓度的方法，其特征包括以下步骤：
a、利用阿贝仪测量不同浓度葡萄糖溶液的折射率，并拟合成曲线，待用；
b、利用OCT对空置管腔进行扫描获得空载的断层数字图像，获取管腔空载厚度d1；
c、将管腔内充满待测葡萄糖溶液，并对样品进行扫描获得样品的断层数字图像；
d、处理图像获得管腔充满待测葡萄糖溶液时的图像上的厚度d2，根据公式n=d2/d1得到待测葡萄糖溶液的折射率；
e、根据拟合出的浓度与折射率的关系曲线,将折射率代入，进一步得到待测葡萄糖溶液浓度。
2.根据权利要求1所述的一种利用OCT技术测定葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述步骤a中葡萄糖溶液浓度-折射率曲线图用于本发明在利用OCT测量得到断层图像并进行处理得到的折射率后，即可根据曲线进行匹配以得到待测葡萄糖溶液浓度。
3.根据权利要求1所述的一种利用OCT技术测定葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述管腔由两片透明玻璃片搭建成，为方形柱状管，但该方法可用的管腔结构，不仅限于此处描述的这种。
4.根据权利要求1所述的一种利用OCT技术测定葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述步骤b、c、d所涉及原理为：首先获取管腔“空置”（充满空气）时某一断层OCT图像，并由图像测得“空气光程”d1；管腔内充满待测液体后，获取同一断层对应的“液体光程”d2；原理公式：液体折射率=液体光程÷空气光程，即n=d2/d1。
5.根据权利要求1所述的一种利用OCT技术测定葡萄糖浓度的方法，其特征在于：所述步骤d结合霍夫曼变换（Hough Transformation）算法，由软件自动实现OCT图形对象识别和图形对象的特征提取。
6.根据权利要求4所述的一种利用OCT技术测定葡萄糖浓度的方法，其特征在于：识别获取直线间的距离特征，根据原理计算得出液体的折射率。
7.根据权利要求1所述的一种利用OCT技术测定葡萄糖浓度的方法，其特征在于：利用所述步骤a所拟合的葡萄糖溶液浓度和折射率的关系曲线，由浓度和折射率对应关系，给出浓度值。
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