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专利号: 2024104585179
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于热透镜效应的溶液浓度测量系统,其特征在于,包括激光发射装置(1)、具有待测溶液膜的成膜装置(2)、显示装置(3)、采集装置(4)和控制器(7);成膜装置(2)位于激光光路上,显示装置(3)位于成像光路上, 控制器(7)与采集装置连接;

所述激光发射装置(1)用于向成膜装置(2)发射激光;

所述采集装置(4)用于采集激光穿过不同浓度的待测溶液膜在显示装置(3)上显示的图像数据,并将采集的图像数据传输到控制器(7);

所述控制器(7)用于对接收的图像数据进行特征提取,获得空间域特征和频率域特征;

将空间域特征和频率域特征输入预先训练的基于BP神经网络的溶液浓度测量模型,得到溶液浓度。

2.根据权利要求1所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统,其特征在于,所述激光发射装置(1)包括半导体激光器和位于激光光路上的凸透镜(5),成膜装置(2)位于凸透镜(5)的焦点位置。

3.根据权利要求2所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统,其特征在于,还包括位于成像光路上的反射镜模组,反射镜模组包括多个反射镜(6),用于将透过成膜装置(2)的光反射至显示装置(3)。

4.根据权利要求2所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统,其特征在于,所述半导体激光器的激光波长为532nm;

所述显示装置(3)为光屏,所述采集装置(4)为CMOS相机。

5.根据权利要求1所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统,其特征在于,所述成膜装置(2)由透光的玻璃材料制成,成膜装置(2)内具有用于形成待测溶液膜的腔体,腔体的厚度为180微米。

6.根据权利要求1所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统,其特征在于,还包括壳体,激光发射装置(1)、成膜装置(2)、显示装置(3)、采集装置(4)和控制器(7)均安装于壳体内。

7.一种基于权利要求1‑6任一项所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统的测量方法,测量方法由所述控制器(7)执行,其特征在于,测量方法包括:获取所述采集装置(4)所采集的激光穿过不同浓度的待测溶液膜在显示装置(3)上显示的图像数据;

对接收的图像数据进行特征提取,获得空间域特征和频率域特征;

将空间域特征和频率域特征输入预先训练的基于BP神经网络的溶液浓度测量模型,得到溶液浓度。

8.根据权利要求7所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统的测量方法,其特征在于,获得空间域特征的方法包括:对图像进行自适应阈值二值化,得到二值化图像;并通过扫描像素,计算连通域;遍历计算出的连通域计算图像的质心,并提取与质心同一行的光谱数据;对提取的光谱数据使用高斯滤波去除噪声;提取去除噪声后的光谱数据的均值、标准差、峰值、峰值宽度、四分位距和平均能量,作为图像空间域特征。

9.根据权利要求7所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统的测量方法,其特征在于,获得频率域特征的方法包括:对二维图像进行二维傅里叶变换,并将变换后的图像频率中心化,计算幅度谱;然后对幅度谱进行对数尺度变换,得到处理后的频率域;提取处理后频率域的主峰值幅度、峰值数量、频带能量、平均频率、频率方差和频谱熵,作为频率域特征。

10.根据权利要求7所述的基于热透镜效应的溶液浓度测量系统的测量方法,其特征在于,所述BP神经网络的溶液浓度测量模型包括输入层、隐藏层和输出层的三层神经网络;输入层的神经元数量为12个,隐藏层的神经元数量为11,输出层神经元数量为1。