一种新型糖水浓度测量仪制造技术

本发明专利技术公开了一种新型糖水浓度测量仪，包括微处理器、电容传感器、传感器探头、电脑、显示单元和供电单元，所述传感器探头与所述电容传感器的检测通道相连，通过所述电容传感器感知置于玻璃容器内糖水的浓度变化而引起铜片上的寄生电容值变化量，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，所述微处理器处理后的数据通过串口传输给电脑或者送往显示单元显示，本发明专利技术能够快速检测糖水浓度，精度可达0.1％。

【技术实现步骤摘要】
一种新型糖水浓度测量仪
本专利技术具体为一种新型糖水浓度测量仪，涉及食品加工、医疗卫生等方面

技术介绍
糖水浓度检测在食品加工、医疗卫生等方面有广泛应用。近年来也出现了不同的电子测量方法，例如文献1用光学低相干干涉技术，根据葡萄糖溶液的折射率来确定其浓度。文献2利用微波的偏振特性和溶液的旋光性测量葡萄糖溶液的浓度。文献3用超声波测量液体中的悬移物质的浓度，并用蚁群算法进行了反演，测量误差最小达到10％。以上方法基于超声波或光学特性，实现比较复杂，且要对大量数据进行建模分析，可靠性和精度有待进一步验证。为提高测量精度，，本专利技术设计了一种新型糖水浓度测量仪，以解决上述提到的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型糖水浓度测量仪，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种新型糖水浓度测量仪，包括微处理器、电容传感器、传感器探头、电脑、显示单元和供电单元，所述传感器探头与所述电容传感器的检测通道相连，通过所述电容传感器感知置于玻璃容器内糖水的浓度变化而引起铜片上的寄生电容值变化量，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，所述微处理器处理后的数据通过串口传输给电脑或者送往显示单元显示。优选的，所述微处理器采用STM32H743IIT6作为主控单元，进行数据的采集和处理。优选的，所述电容感测传感器型号采用FDC2214，所述电容感测传感器包括四个通道，分别是通道0、通道1和通道3，所述通道0检测当前空气环境，所述通道0检测当前液体环境，所述通道2检测糖水浓度。优选的，所述电容感测传感器的通道1检测可变电容cx，所述可变电容cx与电容c和电感l构成振荡电路。优选的，所述传感器探头采用薄铜片，所述传感器探头贴于所述玻璃容器的内壁上。优选的，所述振荡电路的振荡频率fs为：其中，公式(1)中，l为电感，取值为18uH，c为电容，cx是可变电容，fs为计算后得到的振荡频率，所述电容感测传感器通过外接的40MHz有源晶振，计算所述电容感测传感器的通道1参考频率为：其中，公式(2)中，fr为参考频率，fclk为电容感测传感器的输入频率，取值为40MHz，ch0_sel是分频系数，选取二分频，分频后的fr的频率为20MHz；得到fr，通过公式(3)计算转换后的28位二进制数，其中，公式(3)是将变化的频率转换为二进制数的计算公式，fr经公式(2)计算后是20MHz，fs为用公式(1)计算后的震荡频率，DATA0是转换后对应的28位二进制数；将公式(1)和fr等于20MHz，代入公式(3)，可得到DATA0和cx的关系如公式(4)：其中，在式(4)中，l取值为18uH，cx是可变电容，对公式(4)进行变换，可得到cx的计算公式(5)：优选的，所述电容c通过公式(6)得到：式(6)中，ε0是一个常数，取值为8.854pF/m。A表示一个电极的面积(单位：m2)，d表示板极之间的距离(单位:m)，εr是相对于空气的介电常数，c为计算后的电容值(单位：F)。优选的，所述供电单元采用3.3V供电，所述显示屏采用4.3寸TFT显示屏。优选的，还包括所述糖水浓度测量仪的测试方法，所述方法包括以下步骤：S1：通过所述的微处理器对与所述微处理器相连接的ICC接口、串口和定时器进行初始化；S2：所述微处理器将定时器初始化为每间隔50ms，通过ICC接口顺序读取所述电容感测传感器通道0、通道1和通道2的测量值，其中，通道0和通道2的值固定不变，通道1的值会随着液体浓度的变化而变化；S3：所述微处理器通过公式(5)计算出可变电容cx的值，并将测量的结果发送至电脑，在MATLAB下进行分析处理，也可送到液晶屏上显示。优选的，所述糖水浓度测量仪的测试方法的步骤S2中需要进行多次测量，并通过均值滤波算法去除干扰。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于电容感测原理。根据溶液浓度变化会引起电解质发生变化这个特性，将其转换为对应的电容值，搭建了测量糖水浓度的装置，将一个金属薄片插入糖水中，当糖水浓度发生变化时引起金属薄片上的寄生电容变化，对电容值进行准确测量，确定了电容值与糖水浓度之间的对应关系，测试结果表明：该方法能够快速检测糖水浓度，精度可达0.1％。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术结构示意图；图2为本专利技术通道0检测电路图；图3为本专利技术糖水浓度测量原理图；图4为本专利技术糖水浓度测量仪测试方法流程图；图5为本专利技术糖水浓度和电容感测值之间拟合曲线图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、微处理器；2、电容传感器；3、传感器探头；4、电脑；5、显示单元；6、供电单元。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-4，本专利技术提供一种技术方案：一种新型糖水浓度测量仪，包括微处理器1、电容传感器2、传感器探头3、电脑4、显示单元5和供电单元6，所述传感器探头3与所述电容传感器2的检测通道相连，通过所述电容传感器2感知置于玻璃容器内糖水的浓度变化而引起铜片上的寄生电容值变化量，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器1进行处理，所述微处理器1处理后的数据通过串口传输给电脑4或者送往显示单元5显示。其中，所述微处理器1采用STM32H743IIT6作为主控单元，进行数据的采集和处理。所述电容感测传感器型号采用FDC2214，所述电容感测传感器包括四个通道，分别是通道0、通道1和通道3，所述通道0检测当前空气环境，所述通道0检测当前液体环境，所述通道2检测糖水浓度。所述电容感测传感器的通道1检测可变电容cx，所述可变电容cx与电容c和电感l构成振荡电路。所述传感器探头3采用薄铜片，所述传感器探头3贴于所述玻璃容器的内壁上。所述供电单元6采用3.3V供电，所述显示屏采用4.3寸TFT显示屏。其中，所述振荡电路的振荡频率fs为：其中，公式(1)中，l为电感，取值为18uH，c为电容，cx是可变电容，fs为计算后得到的振荡频率，所述电容感测传感器通过外接的40MHz有源晶振，计算所述电容感测传感器的通道1参考频率为：其中，公式(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：包括微处理器、电容传感器、传感器探头、电脑、显示单元和供电单元，所述传感器探头与所述电容传感器的检测通道相连，通过所述电容传感器感知置于玻璃容器内糖水的浓度变化而引起铜片上的寄生电容值变化量，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，所述微处理器处理后的数据通过串口传输给电脑或者送往显示单元显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：包括微处理器、电容传感器、传感器探头、电脑、显示单元和供电单元，所述传感器探头与所述电容传感器的检测通道相连，通过所述电容传感器感知置于玻璃容器内糖水的浓度变化而引起铜片上的寄生电容值变化量，经所述电容感测传感器处理后转为28位二进制数，通过IIC接口发送给所述微处理器进行处理，所述微处理器处理后的数据通过串口传输给电脑或者送往显示单元显示。


2.根据权利要求1所述的一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：所述微处理器采用STM32H743IIT6作为主控单元，进行数据的采集和处理。


3.根据权利要求1所述的一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：所述电容感测传感器型号采用FDC2214，所述电容感测传感器包括四个通道，分别是通道0、通道1和通道3，所述通道0检测当前空气环境，所述通道0检测当前液体环境，所述通道2检测糖水浓度。


4.根据权利要求3所述的一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：所述电容感测传感器的通道1检测可变电容cx，所述可变电容cx与电容c和电感l构成振荡电路。


5.根据权利要求1所述的一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：所述传感器探头采用薄铜片，所述传感器探头贴于所述玻璃容器的内壁上。


6.根据权利要求4所述的一种新型糖水浓度测量仪，其特征在于：所述振荡电路的振荡频率fs为：



其中，公式(1)中，l为电感，取值为18uH，c为电容，cx是可变电容，fs为计算后得到的振荡频率，
所述电容感测传感器通过外接的40MHz有源晶振，计算所述电容感测传感器的通道1参考频率为：



其中，公式(2)中，fr为参考频率，fclk为电容感测传感器的输入频率，取值为40MHz，ch0_sel是分频系数，选取二分频，分频后的fr的频率为20MHz；
得到fr，通过公式(3)计算转换后...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，
申请(专利权)人：西京学院，
类型：发明
国别省市：陕西;61