具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

以下结合实施例详细阐述本发明的内容。

请参阅图1，一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法，包括以下步骤：

控制位于三棱镜一侧的多色光源发出光束以一定角度入射到三棱镜与待测液体临界面，在所述临界面上发生全反射，反射光线行经聚焦透镜后投射到位于三棱镜另一侧的感光器件上；

获取所述感光器件上所有像素的光强度信息并记录；

在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P₁,P₂,…,P_M，其中M为光谱中的波长数量；

根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P_M的关系计算不同波长对应的液体折射率；

根据公式c＝k*n+b计算不同波长对应的液体浓度，其中c是液体的浓度，k和b对于特定波长是常数；

取不同波长对应的液体浓度的平均值作为测定的液体浓度。

根据本发明的一种实施方式，具体的，三棱镜2放置在多色光源1与感光器件3之间，三棱镜2为倒梯形，其上表面接触待测液体4。所述梯形棱镜2底部内角的范围为120-160°。优选的，梯形棱镜2底部内角可以是135°。进一步，三棱镜2的材料可以是硼硅酸盐玻璃(K9)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。三棱镜2的一侧放置所述多色光源1，多色光源1发射出的光线向三棱镜2与待测液体的临界面投射，入射光线与临界面之间的夹角可通过调整多色光源1的位置进行调整。三棱镜2的另一侧放置所述感光器件3，发射光线经所述临界面反射后的反射光线投射到所述感光器件3上。所述三棱镜2与感光器件3之间的反射光线的光路上还可进一步设置聚焦透镜7，所述反射光线行经所述聚焦透镜7后汇聚到所述感光器件3上。根据本发明的一种具体实施方式，所述聚焦透镜可以是凸透镜，其焦距范围可以是3mm-30mm。感光器件3是一种将光信号转换为电子信号的传感器，具体的可以是线性电荷耦合元件(CCD)，或者线性互补金属氧化物半导体(CMOS)，其包含多个像素且所述多个像素沿光色散的直线方向一维线性排列。所述像素的数量具体的可以是32-1000个，优选的，可以是100-1000个。每个像素可以包含感光二极管、存储单元、放大电路等组件。

所述控制多色光源发出光束的步骤包括：控制单元6根据输入或自动生成的指令生成触发信号，将所述触发信号发送到所述多色光源携带的驱动电路11，所述驱动电路11根据所述触发信号控制所述多色光源1发出红、黄、蓝光中的一种或多种混合而成的光。

根据本发明的一种实施方式，所述多色光源1可以是三色LED灯，其可以发出红、黄、蓝光中的一种或多种混合而成的光。其中红光的波长为650nm，黄光的波长为580nm，蓝光的波长为440nm，通过调配三种颜色或任意两种的比例可以得到各种颜色的光。所述三色LED灯的驱动电路11可控制其发出不同波长的光线，所述驱动电路11可由所述控制单元6控制，根据所述控制单元6提供的触发信号，驱动电路11可以控制所述三色LED灯每个颜色依次发光，或者使两个颜色的LED同时发光，或者使三个颜色的LED同时发光。驱动电路11还可以通过脉冲信号调制控制所述三色LED灯的发光强度、发光时间等参数。

获取所述感光器件上所有像素的光强度信息并记录的步骤可以包括：控制单元6根据输入或自动生成的指令生成触发信号，将所述触发信号发送到所述数据读取电路5，所述数据读取电路5根据所述触发信号读取所述感光器件3上所有像素的光强度信息，将所述光强度信息存放在存储单元内。

根据本发明的一种实施方式，数据读取电路5具体的可以包含放大电路和采样电路。该放大电路可采用电子增益的方式将微弱的电信号放大10倍至100倍。该采样电路可将电子信号进行数字化采样，获取光强度的信号数值。

在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P₁,P₂,…,P_M的步骤可以包括：将获取的所有像素的光强度信号数值用一维数组G表示为G＝[g₁,g₂,...,g_k]，其中k为像素的个数，根据所述多色光源发射出的光所包含的波长种类，划分数组G的变化区间，确定每一区间内的最大值所在的位置为所述峰值位置P。

根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P_M的关系计算不同波长对应的液体折射率可以包括以下步骤：

从LED光源发出的光束，以一定的角度入射到三棱镜2，在其上表面发生全反射，根据斯涅耳反射定律，反射的角度与折射率之间存在如下关系:

n₂＝n₁*sin(θ) (1)

其中，θ是反射角，n₁是所述三棱镜的折射率，n₂是所述待测液体的折射率，sin()表示正弦函数；

柯西色散公式指出，折射率随着波长发生变化：

n(λ)＝A+B/λ²+C/λ⁴ (2)

其中，n是折射率，λ是光的波长，A,B和C是常数，例如根据本发明的一种实施方式，A＝1.3839,B＝-16.11×10^-3,C＝5.16×10^-3。

根据公式(1)和公式(2)，可以推算出，不同波长的光线，从三棱镜的一侧入射，经过三棱镜的上表面反射后，从三棱镜的另一侧出射，出射的光线角度随波长而变化，出射光线将会落在感光器件的不同位置上。

例如，如果感光器件是线性CCD阵列，那么其像素的排列方向，即是图1所绘的方向。如图1所示，三种不同波长的光线，即蓝光、黄光、红光，发散在线性CCD的不同位置上。如果在其附近放置一个聚焦透镜7，那么同一波长的光线将会聚焦在一些像素点上。通过数据读取电路5，将所有的像素信号强度读出来，会形成如图2所示的波形。

假设线性CCD的像素总数为100，所有像素的光强度输出可以用一个一维的数组G来表达，即G＝[g₁,g₂,...,g₁₀₀]。

如图2所示，蓝光、黄光、红光在光强度信号曲线上，形成3个峰值位置，分别在P₁、P₂、P₃。从峰值的位置，可以推算出全反射的角度θ：

sin(θ)＝f(P) (3)

f代表全反射角的正弦值sin(θ)与峰值位置P之间的函数关系。这个函数关系较为复杂，难以用通用的公式表示。通过测量数据显示，在常用的范围内，f可以用近似线性关系来拟合：f(x)＝a*x+c。

a和c的数值，取决于三棱镜、透镜、线性CCD之间摆放的几何关系，根据本发明的一种实施方式，a＝0.0017，c＝0.9265。

结合公式(1)-公式(3)得出：

n_j＝(A+B/λ²+C/λ⁴)*f(P_j) (4)。

λ为波长，j＝1，或2，或3，分别表示蓝光、黄光、红光中的一个，n_j表示某个波长下的折射率。

根据经验公式，折射率与液体的浓度(可溶性固体物的重量除以液体总重量)，有如下关系：

c＝k*n+b (5)

其中，c是液体的浓度，k和b是常数。针对不同的波长，k和b会有变化。例如，对红光(650nm)，k＝6.056，b＝-8.033；对黄光(580nm)，k＝5.657，b＝-7.570；对蓝光(440nm)，k＝5.151，b＝-6.960。

假设有3个不同的波长，那么不同波长计算出来的液体浓度，表示为：

c＝(∑k_j*n_j+b_j)/3 (6)

∑表示求和，j的范围从1到3，分别代表3种不同的波长。

本发明的多光谱检测方法采用多光谱的方式进行测量，根据柯西色散公式，对不同波长的光线测量的折射率进行校准，从而获得更加精确的结果。本方法可解决单一波长无法对不同液体的适应的问题。同时，多种波长的测量，也可以降低环境光的干扰。

根据本发明的另一方面提供一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测系统，包括多色光源1、三棱镜2、感光器件3；

其中，所述多色光源1设置在所述三棱镜2的一侧，其发射光线向三棱镜与待测液体的临界面投射，所述感光器件3设置在所述三棱镜2的另一侧，所述发射光线经所述临界面反射后的反射光线投射到所述感光器件3上，所述感光器件3连接一数据读取电路5用于获取所述感光器件上所有像素的光强度信息，所述读取电路5和多色光源1均连接到一控制单元6上；

所述控制单元6包括指令输入/生成模块61、触发信号生成模块62、存储模块63、计算模块64、显示模块65、控制模块66；

所述指令输入/生成模块61用于接收或生成控制指令；所述触发信号生成模块62用于根据所述控制指令生成触发信号发送给所述多色光源1的驱动电路11或所述数据读取电路5；所述存储模块63用于存储数据；所述计算模块64用于在所述光强度信息中找到每个波长对应的光强度的峰值位置P，标记为P₁,P₂,…,P_M，其中M为光谱中的波长数量，根据柯西色散公式、全反射角度θ与峰值P_M的关系计算不同波长对应的液体折射率，根据公式c＝k*n+b计算不同波长对应的液体浓度，其中c是液体的浓度，k和b对于特定波长是常数，以及取不同波长对应的液体浓度的平均值作为测定的液体浓度；所述显示模块65用于显示折射率和/或浓度值；所述控制模块66用于控制上述各个模块。

三棱镜2的底部还可开槽放置一个隔光板21，称之为光阑，开槽的大小跟所述光阑尺寸一致。光阑使用不透光的材料做成，形状为矩形或三角形，其作用可以是防止光源发出的光线直接进入到感光器件3中。

根据本发明的又一方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述指令、程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述一种液体中可溶性固体物含量的多光谱检测方法中所执行的操作。

所述可读存储介质可以是闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储模块63中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述指令、程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述方法中所执行的操作。处理器通过通信总线和网络接口与存储模块进行通信。其中，存储模块至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。存储模块在一些实施例中可以是控制单元6的内部存储单元，例如，硬盘。存储模块在另一些实施例中也可以是控制单元6的外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储模块还可以既包括内部存储单元也包括外部存储设备。存储模块不仅可以用于存储应用软件及各类数据，例如数据处理程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

控制单元6在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU)、控制器、微控制器、微处理器或其他数据处理芯片，用于运行存储模块中存储的程序代码或处理数据。

上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施例仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中专业技术人员对本发明的技术方案作出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。