專利名稱：折射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測定在液體中溶解的物質(zhì)的濃度的折射計(jì)。
背景技術(shù)：
如圖8所示， 一直以來，具備棱鏡202、光源204及受光傳感器206， 一 般稱為"數(shù)字折射計(jì)"的折射計(jì)200(專利文獻(xiàn)1:日本特開2004-150923號公才艮) 為大家所熟知。折射計(jì)200向液體試料S和棱鏡202的邊界面照射來自光源 204的光，把該反射光用受光傳感器206進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，根據(jù)來自受光傳感器 的電信號檢測液體的折射率。由于液體的折射率因液體中溶解的物質(zhì)的量而變
用于測定糖度的糖度計(jì)等使用。
折射計(jì)200設(shè)計(jì)成使液體試料S滴在棱鏡202上進(jìn)行測定，存在不能插入 液體中進(jìn)行測定的問題。另外，如圖所示，由于與液體試料S接觸的棱鏡202 的面202a比包圍面202a的樣品臺208深，故存在不能使棱鏡202與水果的切 斷面等接觸進(jìn)行測定之類的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種可以插入液體 試料中進(jìn)行測定、且能使棱鏡與水果的切斷面等接觸進(jìn)行測定的小型折射計(jì)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的折射計(jì)包括空洞狀的殼體，其在一方的端 部具有設(shè)置了開口的浸液部；基板，其配置在殼體內(nèi)的空洞部中；光源，其被 支撐在基板上；受光傳感器，其被支撐在基板上；棱鏡，其具有面對光源及受 光傳感器配置的第一面、配置在開口而與液體試料接觸，形成與液體試料的邊 界面的第二面、及使從光源射出并在邊界面反射的光全反射，在受光傳感器的 受光面上成像的第三面；以及運(yùn)算部，其與受光傳感器連接，根據(jù)來自受光傳 感器的輸出檢測折射率。
本發(fā)明具有如下效果。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種小型的折射計(jì)，其可以插入液體試料中進(jìn)行測 定，且可以使棱鏡與水果的切斷面等接觸進(jìn)行測定。


圖1是作為本發(fā)明的一實(shí)施方式的折射計(jì)的立體圖。 圖2是從圖1的II-II方向看的折射計(jì)的側(cè)視圖。
圖3是從圖2的III—III方向看的折射計(jì)的剖^L圖。 圖4是折射計(jì)的浸液部側(cè)的剖視圖。 圖5是圖1的折射計(jì)的方框圖。
圖6表示把圖1的折射計(jì)插入液體試料進(jìn)行測定的狀態(tài)。
圖7表示使圖1的折射計(jì)與水果的切斷面接觸進(jìn)行測定的狀態(tài)。
圖8是現(xiàn)有的折射計(jì)的剖視圖。
符號說明
10"4斤射計(jì)，12—?dú)んw，14一主體部，16—浸液部，18—開口， 20—棱鏡， 20a—第一面，201>~第二面，20c—第三面，22a—啟動開關(guān)，22l清零開關(guān)， 24—顯示部，26—第一基板，28—光源，30—受光傳感器，32—壁部，32a— 外側(cè)面，34—溫度傳感器，42—第二基板，46—控制部，54—CPU電路，56~~ 電源電路，60—蓋部，62—電池存放部，74—電池蓋，a—角度，p—角度，y_ 角度
具體實(shí)施例方式
涉及本發(fā)明的實(shí)施方式的折射計(jì)10,如圖1的立體圖所示，作為整體具 有細(xì)長形狀。更具體地說，在圖1中，沿上下方向測定的折射計(jì)10的高度， 從第一端部10a向著第二端部10b變大。另一方面，在圖2的左側(cè)視圖中，沿 左右方向測定的折射計(jì)10的寬度大致一定。以下4巴折射計(jì)的長度方向稱為z 方向，高度方向稱為y方向，寬度方向稱為x方向。
優(yōu)選折射計(jì)10的長度L!為80- 120mm，第一端部10a的高度H!為7~ 18mm,第二端部10b的高度H2為7~40mm,寬W為5 ~ 20mm。通過具有這 樣的尺寸，折射計(jì)10可以像筆那樣拿著使用。
再次參照圖1,折射計(jì)10的殼體12包括主體部14和可以插入液體試料 的浸液部16。浸液部16位于折射計(jì)的第一端部10a側(cè)。浸液部16具有細(xì)長的
形狀，Z方向上的浸液部16的長度L2最好為5 ~ 150mm。在浸液部16的前端 設(shè)有開口 18,配置有與液體試料接觸的棱鏡20。浸液部16由PBT樹脂(聚對 苯二甲酸丁二醇酯)、ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂)等的耐藥性 材料，或不銹鋼、實(shí)施了鍍Ni、鍍NiCr和PTFE(聚四氟乙烯)復(fù)合鍍等的鋁模 鑄件或鋅模鑄件等的耐蝕性材料構(gòu)成，最好由不銹鋼，更好由SUS316等的奧 氏體系不銹鋼構(gòu)成。由此，可以在檸檬或橙的果汁，食用醋，食鹽水，醬油， 油等的腐蝕性高的液體中插入浸液部16。
折射計(jì)10在主體部14上具有用于進(jìn)行測定開始及調(diào)零等操作的操作部 22a、 22b和用于顯示測定結(jié)果的液晶顯示器等的顯示部24。主體部14由熱塑 性樹脂，最好是ABS樹脂構(gòu)成。從而，浸液部16用不銹鋼制成時(shí)，由于重心 位于浸液部16側(cè)，所以即使把折射計(jì)IO插入杯子等容器中(圖6),也不易傾 倒。
參照圖3的剖^L圖，在浸液部16內(nèi)的空洞部中，配置在zx面上延伸的第 一基板26。第一基板26在折射計(jì)10的第一端部10a側(cè)，即浸液部16的前端 16a側(cè)，支撐光源28、受光傳感器30及棱鏡20。
參照圖4的部分剖視圖，光源28及受光傳感器30,固定在第一基板26 的同一面26a上。更具體地說，光源28及受光傳感器30，并列在z方向，且 相互離開，光源28配置在更靠近浸液部16(圖3)的前端附近。
光源28最好由LED(發(fā)光二極管)燈構(gòu)成。例如，可以把組件尺寸為 1.6mm(長度)x0.8mm(寬)x0.45mm(高度)的表面安裝型LED組件作為光源28 使用。受光傳感器30最好由CCD(電荷藕合元件)圖像傳感器、CMOS(互補(bǔ)型 金屬氧化膜半導(dǎo)體)圖像傳感器等的一元圖像傳感器構(gòu)成。例如，可以把外形 尺寸為1.0mm(長度)x8.8mm(寬)x0.645mm(高度)的CCD線性圖像傳感器作為 受光傳感器30使用。
面對光源28的發(fā)光面28a及受光傳感器30的受光面30a配置棱鏡20的 第一面20a。棱鏡20最好離開第一基板26的面26al.0 1.5mm配置，這樣， 通過把光源28及受光傳感器30固定在同一基板26的同一面26a上，且面對 棱鏡20的同一面20a配置，使棱鏡20周圍所需的空間最小化。由此，可以把 浸液部16(圖3)作成細(xì)徑，而且使折射計(jì)IO(圖3)作成小型。
如圖3所示，棱鏡20的第二面20b配置在設(shè)置于浸液部16的前端16a的 壁部32上的開口 18中。棱鏡20以第二面20b的周圍固定在開口 18上。第二 面20b從開口 18露出在折射計(jì)10的外部，從而與液體試料接觸，形成與液體 試料的邊界面。另外，第二面20b和位于開口 18的周圍的壁部32平坦的外側(cè) 面32a位于同一平面內(nèi)。由此，可以使第二面20b與水果等的截面接觸進(jìn)行測 定。
再參照圖4,棱鏡20的第三面20c，使從光源28射出由棱鏡20和液體試 料S的邊界面反射的光全反射，在受光傳感器30的受光面30a上成像。更具 體地說，從光源28入射到第二面20b的光La在形成于第二面20b的液體試刺-S和棱鏡20的邊界面中，根據(jù)液體試料S和棱鏡20的相對折射率分離成折射 光和反射光Lb，反射光Lb入射到第三面20c。第三面20c使從第二面20b入 射的光全都向著受光傳感器30的受光面30a反射。通過第三面20c這樣作為 反射鏡發(fā)揮功能，可以不使用光導(dǎo)管、反射鏡、透鏡等單個(gè)的部件，使由液體 試料S和棱鏡20的邊界面反射的來自光源28的光在與光源28配置在同一基 板26上的受光傳感器30的受光面30a上成像。
棱鏡20的三個(gè)面20a、 20b、 20c間的三個(gè)角度a、卩及丫根據(jù)棱鏡20的 折射率、理想的折射率的測定范圍、第三面20c使從第二面20b入射的光全反 射等確定。另外，三個(gè)面20a、 20b、 20c的尺寸根據(jù)受光傳感器30的尺寸， 從而根據(jù)理想的分辯率確定。
棱鏡20的折射率根據(jù)作為測定對象的液體中的可溶性物質(zhì)確定，最好是 1.4~2.4。例如，假設(shè)棱鏡20的折射率為1.6、折射率的測定范圍為1.33~1.55 時(shí)，第一面20a和第二面20b間的角度a是25 45度，第二面20b和第三面 20c間的角度卩是95 120度。從而，第三面20c和第一面20a間的角度y是 15~60度。
在第一基板26的面26a上，光源28和受光傳感器30間固定有溫度傳感 器34。溫度傳感器34最好由鉑薄膜溫度傳感器構(gòu)成。例如可以把外形尺寸為 1.6mm(長度)x0.8mm(寬)x0.45mm(高度)的鉑薄膜溫度傳感器作為溫度傳感器 34使用。
另外，在棱鏡20的第一面20a上，面對溫度傳感器34形成有凹部36。
在凹部36中配置有熱傳導(dǎo)部件38,使其與溫度傳感器34及棱鏡20接觸。熱 傳導(dǎo)部件38,最好由熱傳導(dǎo)橡膠構(gòu)成。
再次參照圖3，在第一基板26的面26a上進(jìn)一步固定光學(xué)架40。光學(xué)架 40支撐棱鏡20,同時(shí)，為防止由雜散光產(chǎn)生的影響而覆蓋光源28、受光傳感 器30及棱鏡20。光學(xué)架40最好由PC(聚碳酸酯)、ABS樹脂、PPE樹脂(聚本 撐醚樹脂)等熱塑性樹脂構(gòu)成。
第一基板26在浸液部的基端16b側(cè)的端部與第二基板42接合。在第二基 板42上支撐有操作部22a、 22b、顯示部24及控制部46(圖5)。第二基板42 在主體部14內(nèi)的空洞部中沿yz面延伸，與在zx面上延伸的第一基板26正交。 更具體地說，在浸液部16內(nèi)延伸的第二基板42的延伸部44的側(cè)面44a，與 第一基板26的面26a成T字形地抵接，通過軟釬焊直接接合。由此，不用電 線就能連接第一基板26及第二基板42上的配線。
參照表示折射計(jì)10的主要構(gòu)成部件的圖5的方框圖，控制部46包括與受 光傳感器30連接的放大電路48、與溫度傳感器34連接的電阻電壓轉(zhuǎn)換電路 50、與電阻電壓轉(zhuǎn)換電路50連接的A/D轉(zhuǎn)換電路52、與放大電路48及A/D 轉(zhuǎn)換電路52連接的CPU電路(運(yùn)算部)54及與CPU電路54連接的電源電路56。
放大電路48放大受光傳感器30輸出的電信號S"電阻電壓轉(zhuǎn)換電路50 把溫度傳感器34輸出的電阻值R轉(zhuǎn)換成電壓值V。 A/D轉(zhuǎn)換電路52把電阻 電壓轉(zhuǎn)換電路50輸出的電壓值V轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號S2。
CPU電路54具備存儲器(省略圖示)，其存儲有把放大電路48輸出的電信 號S3變換成濃度的程序和把A/D轉(zhuǎn)換電路52輸出的數(shù)字信號S2轉(zhuǎn)換成溫度 補(bǔ)償值的程序。
另外，CPU電路54具備存儲器(省略圖示)，其與操作部的啟動開關(guān)22a 及清零開關(guān)22b連接，存儲有按壓清零開關(guān)22b時(shí)進(jìn)行校正的程序。CPU電 路54還具備另一存儲器(省略圖示)，其存儲有選擇性地執(zhí)行在按壓啟動開關(guān) 22a時(shí)進(jìn)行一次測定的"間歇測定模式，，和按壓啟動開關(guān)22a時(shí)連續(xù)進(jìn)行多次測 定(例如進(jìn)行5秒一次、全部為六十次的測定)的"連續(xù)測定模式"中的任何一個(gè) 的程序。測定才莫式例如在同時(shí)按壓啟動開關(guān)22a及清零開關(guān)22b時(shí)可以切換。
電源電路56向CPU電路54及其它電路、光源28及顯示部24供給電壓。
再參照圖3，殼體12的主體部14和浸液部16通過浸液部16的基端16b 嵌合在主體部14的第一端部14a內(nèi)而接合。主體部14和浸液部16還用螺釘 58a、 58b等結(jié)合部件相互連接。在主體部14和浸液部16的接合部配置有O 形環(huán)59a、 59b。
殼體12進(jìn)一步具有與主體部14的第二端部14b嵌合的蓋部60。蓋部60 與主體部14一樣，由熱塑性樹脂，最好是ABS樹脂構(gòu)成。在主體部14和蓋 部60的接合部設(shè)有O形環(huán)61。
在折射計(jì)10的第二端部10b上設(shè)有用于存放電池的電池存放部62。電池 存放部62包括由支撐在第二基板42上的間壁64確定了邊界的電池存放室66 和配置于電池存放室66內(nèi)且與電源電路56(圖5)電連接的第一觸點(diǎn)68及第二 觸點(diǎn)70。電池存放室66具有設(shè)在蓋部60上的用于取出放入電池的開口 72。
電池存放部62進(jìn)一步具備用于開閉開口 72的電池蓋74。電池蓋74,通 過銷76可轉(zhuǎn)動地安裝在蓋部60上。電池蓋74具有與開口 72嵌合的突出部 78。在突出部78的外周面上設(shè)有環(huán)狀槽80,在環(huán)狀槽80內(nèi)配置有襯墊(省略 圖示)。最好電池蓋74由熱塑性彈性體、PP樹脂(聚丙烯樹脂)等彈性材料制成， 村墊由三元乙丙橡膠(EPDM)制成。
參照圖5，說明折射計(jì)10的動作。
當(dāng)使棱鏡20與液體試料接觸，按壓啟動開關(guān)22a時(shí)，光源28點(diǎn)亮。 從光源28入射到棱鏡20的光在液體試料和棱鏡20的邊界面上，由根據(jù) 液體試料與棱鏡20的相對折射率決定的全反射的臨界角分離成折射光和反射 光。反射光由棱鏡20的第三面20c(圖3)全反射而在受光傳感器30上成像，通 過受光傳感器30轉(zhuǎn)換成電信號S!。電信號S,通過放大電路48放大，送到CPU 電路54。
通過溫度傳感器34檢測棱鏡20的溫度，輸出與溫度對應(yīng)的電阻值R。電 阻值R通過電阻電壓轉(zhuǎn)換電路50轉(zhuǎn)換成電壓值V，進(jìn)而，通過A/D轉(zhuǎn)換電路 52轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號S2，送到CPU電路54。
在CPU電路54中，根據(jù)從放大電路48輸出的電信號S3檢測折射率。檢 測出的折射率，根據(jù)從A/D轉(zhuǎn)換電路52輸出的數(shù)字信號S2進(jìn)行溫度補(bǔ)償，換 算成糖度等的濃度，顯示在顯示部24上。
折射計(jì)10可以如下制造。
(a) 在棱鏡M上形成凹部36,研磨三個(gè)面^a、 20b、 20c。在第一基板26 及第二基板42上形成配線，在第二基板42上配置CPU電路54等各電路、啟 動開關(guān)22a及清零開關(guān)22b和顯示部24等。
(b) 如圖4所示，在第一基板26的面26a上固定光源28、受光傳感器30 及溫度傳感器34。接著，在棱鏡20的凹部36中配置熱傳導(dǎo)部件38后，用螺 釘?shù)冉Y(jié)合部件把支撐棱鏡20的光學(xué)架40固定在第一基板26上。由此，棱鏡 20的第一面20a面對光源28的發(fā)光面28a和受光傳感器30的受光面30a配置。
(c) 使第二基板42的延伸部44的側(cè)面44a與第一基板26的面26a抵接， 用螺釘?shù)冉Y(jié)合部件使第二基板42與光學(xué)架40結(jié)合，通過軟釬焊接合第二基板 42和第一基板26。由此，第一基板26和第二基板42的配線連結(jié)，第一基板 26上的光源28、受光傳感器30和溫度傳感器34與第二基板42上CPU電路 54和其它的電路連接。
(d) 用ABS樹脂等熱塑性樹脂注塑成型主體部14及蓋部60。用不銹鋼由 金屬鑄模法等方法成型浸液部16。用熱塑性彈性體成型電池存放部62的電池 蓋74,安裝在蓋部60上。
(e) 在主體部14的第一端部14a內(nèi)，嵌合浸液部16的基端16a。接著，從 主體部14的第二端部14b側(cè)插入工具，用螺4T58a、 58b ^f吏主體部14和浸液 部16相互結(jié)合。
(f) 把接合的第一基板26和第二基板42插入已接合的主體部14和浸液部 16的空洞部中，從浸液部16的開口 18露出棱鏡20的第二面20b。接著，對 棱鏡20進(jìn)行定位，使得第二面20b與開口 18周圍的面32a配置在同 一平面上， 用粘接劑把第二面20b的周圍固定在開口 18上。
(g) 使蓋部60與主體部14的第二端部14b嵌合，完成制作折射計(jì)10。 按上述的折射計(jì)10,通過在折射計(jì)10的一端設(shè)置浸液部16，在浸液部
16的開口 18配置棱鏡20，可以把浸液部16插入液體中進(jìn)行測定(圖6)。從而， 不必像現(xiàn)有技術(shù)那樣將液體試料滴在棱鏡上，就可以更簡單地進(jìn)行測定。
通過把棱鏡20的面20b配置在與棱鏡20周圍的面32a同 一平面內(nèi)，可以 使棱鏡20的面20b與水果的切斷面等接觸進(jìn)行測定(圖7)。從而，不進(jìn)行榨汁
即可測定水果等的糖度。另外，在測定后，也容易擦掉在棱鏡20的面20b及 周圍的面32a上殘留的液體試料。
通過把光源28及受光傳感器30配置在同一基板26上，光源28及受光傳 感器30可以容易地定位。另外，通過直接接合第一基板26及第二基板42, 不用電線就能連接兩基板26、 42的配線。從而，可以更容易且廉價(jià)地制造折 射計(jì)10。
通過把光源28及受光傳感器30配置在同一基板26上，可以使光源28 及受光傳感器30準(zhǔn)確地定位，組裝后不必調(diào)整光源28及受光傳感器30的位 置。從而，不需要位置調(diào)整用的空間，可以使折射計(jì)IO更小型化。
由于是防水性高的結(jié)構(gòu)，故可以整體清洗折射計(jì)10。另外，也可以臨時(shí) 配置在配管內(nèi)進(jìn)行在線檢測。進(jìn)而，在進(jìn)行在線檢測時(shí)，可以選擇連續(xù)測定模 式，連續(xù)進(jìn)行多次測定。
以上對有關(guān)本發(fā)明實(shí)施方式的折射計(jì)進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于此，各 部的結(jié)構(gòu)可以置換成具有相同功能的任意的結(jié)構(gòu)。
工業(yè)上利用的可能性如下。
在簡單且準(zhǔn)確地測定液體中的可溶性物質(zhì)的濃度方面是極其有用的。
權(quán)利要求
1.一種折射計(jì)，其特征在于，包括空洞狀的殼體，其在一方的端部具有設(shè)置了開口的浸液部；基板，其配置在所述殼體內(nèi)的空洞部中；光源，其被支撐在所述基板上；受光傳感器，其被支撐在所述基板上；棱鏡，其具有面對所述光源及受光傳感器配置的第一面、配置在所述開口而與液體試料接觸，形成與所述液體試料的邊界面的第二面、及使從所述光源射出并在所述邊界面反射的光全反射，在所述受光傳感器的受光面上成像的第三面；以及運(yùn)算部，其與所述受光傳感器連接，根據(jù)來自所述受光傳感器的輸出檢測折射率。
2. 如權(quán)利要求1所述的折射計(jì)，其特征在于，所述浸液部由耐腐蝕性材 料構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求2所述的折射計(jì)，其特征在于，所述耐腐蝕性材料是不《秀鋼。
4. 如權(quán)利要求1所述的折射計(jì)，其特征在于，所述浸液部在所述開口的 周圍具有平坦面，所述棱一晚的第二面與所迷平坦面在同 一平面內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求1所述的折射計(jì)，其特征在于，進(jìn)一步具有與所述運(yùn)算部 連接并顯示測定結(jié)果的顯示部。
6. 如權(quán)利要求1所述的折射計(jì)，其特征在于，所述棱^:的第一面和第二 面間的角度是25 45度，第二面和第三面間的角度是95 120度。
7. 如權(quán)利要求1所述的折射計(jì)，其特征在于，可以選擇執(zhí)行進(jìn)行一次測 定的間歇測定模式和連續(xù)進(jìn)行多次測定的連續(xù)測定模式中的任何一個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以插入液體試料中進(jìn)行測定、且能使棱鏡與水果的切斷面接觸進(jìn)行測定的小型折射計(jì)。折射計(jì)包括空洞狀的殼體，其在一方的端部具有設(shè)置了開口的浸液部；基板，其配置在殼體內(nèi)的空洞部中；光源，其被支撐在基板上；受光傳感器，其被支撐在基板上；棱鏡，其具有面對光源及受光傳感器配置的第一面、配置在開口而與液體試料接觸，形成與液體試料的邊界面的第二面、及使從光源射出并在邊界面反射的光全反射，在受光傳感器的受光面上成像的第三面；以及運(yùn)算部，其與受光傳感器連接，根據(jù)來自受光傳感器的輸出檢測折射率。
文檔編號G01N21/41GK101368906SQ200810109628
公開日2009年2月18日 申請日期2008年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月13日
發(fā)明者中島吉則, 關(guān)口君則, 松本純一, 雨宮秀行, 鳥越義明 申請人:株式會社愛宕