一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，涉及液体识别技术领域。一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，包括以下步骤：将待测液体放置在收发机前方；毫米波雷达发射调频连续波信号；接收由待测液体反射回的信号；消除硬件自身的直流分量的干扰；提取液体信息；提取对温度鲁棒的液体特征；实现液体识别。本发明专利技术提出的一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，通过FMCW毫米波雷达持续不断地发射chirp信号，接收由待测液体反射回的信号，并对信号进行滤波，去除直流分量，提取液体信息，获得待测液体的毫米波谱，对毫米波谱进行简化量化，从而得到对温度波动具有鲁棒性的液体特征，进而实现识别液体。进而实现识别液体。进而实现识别液体。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法


[0001]本专利技术涉及液体识别
，特别涉及一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法。

技术介绍

[0002]液体的材质检测在安全安检、智慧物流、工业生产等领域中发挥着十分重要作用。传统的材料传感方法有高光谱相机、质谱仪和高频X射线，这些设备通常价格昂贵并且操作复杂。此外，这些方法是侵入性的，可能导致液体的污染。
[0003]近年来，研究人员利用无线技术，如RFID，WiFi，UWB，FMCW等，并提出了许多创新的液体感知方法。这些系统依赖于这样一个事实，即介电常数是液体的一个独有的特征，可以影响反射或穿透液体的信号(例如，振幅和相位)。通过分析接收信号的振幅或相位变化，可以实现非接触式和非侵入式液体识别。尽管目前的一些非接触式的识别方法在室温条件下的识别效果良好，但他们很少考虑温度波动的影响。实际上，温度的波动会直接影响液体的某些性质，如介电常数和液体的粘度，而介电常数和黏度是在大多数基于无线的液体识别方法中都是常用的。忽视温度波动的影响，可能导致液体识别错误，从而可能会造成严重后果。例如，在工业生产中，将氢氧化钠溶液错误地归类为盐酸可能会导致生产事故，而将酒精、汽油等易燃易爆产品错误地归类为纯净水可能会给我们带来很大的安全风险。
[0004]FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)，即调频连续波，接收的回波频率与发射的频率变化规律相同，都是三角波规律，只是有一个时间差，利用这个微小的时间差可计算出目标距离，FMCW技术和脉冲雷达技术是两种在高精度雷达测距中使用的技术。本专利技术旨在采用FMCW技术实现液体的非接触式识别。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，通过FMCW毫米波雷达持续不断地发射chirp信号，接收由待测液体反射回的信号，并对信号进行滤波，去除直流分量，提取液体信息，获得待测液体的毫米波谱，对毫米波谱进行简化量化，从而得到对温度波动具有鲁棒性的液体特征，进而实现识别液体，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将待测液体放置在收发机前方；
[0008]S2：毫米波雷达发射调频连续波信号；
[0009]S3：接收由待测液体反射回的信号；
[0010]S4：消除硬件自身的直流分量的干扰；
[0011]S5：提取液体信息；
[0012]S6：提取对温度鲁棒的液体特征；
[0013]S7：实现液体识别。
[0014]优选的，所述步骤S2具体包括以下内容：
[0015]将毫米波雷达收发天线朝着待测液体的方向，FMCW毫米波雷达持续不断地发射chirp信号，该chirp信号的频率随时间线性变化，频率的变化范围为77GHz
‑
81 GHz。
[0016]优选的，所述步骤S4具体包括以下内容：
[0017]在原始信号的频域中，在0cm到10cm之间，存在一个明显的峰值，这是FMCW的固有特征，将其视为直流分量，不同的设备或同一设备的不同参数会产生不同的直流分量，使用高通滤波器对直流分量进行滤波，去除直流分量，取10cm以后的信号。
[0018]优选的，所述步骤S5提取的液体信息包括以下内容：
[0019]设定一个经验阈值，大于经验阈值的第一峰值为关于液体表面的反射峰，在第一个峰值后的第二个大于经验阈值的极大值点为液体背面的反射峰，使用一个带通滤波器提取两峰之间的频段信息，该频段信息为液体信息。
[0020]优选的，所述经验阈值的大小为直流分量的大小。
[0021]优选的，所述步骤S6的具体内容如下：
[0022]从提取的液体信息中获取频率响应曲线，对于不同的液体，无论温度如何波动，虽然接收信号的幅值有所变化，但从整个谱上来看，频率响应曲线只会上下平移，这种稳定的频响曲线称为毫米波谱，将毫米波谱进行简化，对应的趋势特征量化放大，即为液体特征。
[0023]优选的，所述步骤S7具体包括以下内容：
[0024]结合经典的机器学习方法，构建液体特征数据库，液体特征数据库中存储有不同液体对应的液体特征，识别获取的液体特征对应的液体类别。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，通过FMCW毫米波雷达持续不断地发射chirp信号，接收由待测液体反射回的信号，并对信号进行滤波，去除直流分量，提取液体信息，获得待测液体的毫米波谱，对毫米波谱进行简化量化，从而得到对温度波动具有鲁棒性的液体特征，进而实现识别液体；本专利技术中通过去除直流分量，确定液体信息位置，进一步锁定液体对应的信息，去除多径分量和直流分量的干扰，提高识别的准确性；本专利技术中从提取的液体信息中获取频率响应曲线，并通过实验证实，虽然接收信号的幅值有所变化，但从整个谱上来看，频率响应曲线只会上下平移，可以获得一个稳定的特征来识别某些液体，并且该特征对温度波动具有鲁棒性，克服现有技术中温度波动的影响，可能导致液体识别错误的技术缺陷。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的液体识别方法流程图；
[0027]图2为本专利技术的纯水在温度变化10℃导致相应的介电常数变化示意图；
[0028]图3为本专利技术的全脂牛奶、浓度分别为24％和26％的醋在温度波动时的峰值振幅变化示意图；
[0029]图4为本专利技术的温度对液体识别影响的示意图；
[0030]图5为本专利技术的原始信号的时频域图；
[0031]图6为本专利技术的液体信息提取成分示意图；
[0032]图7为本专利技术的浓度10％盐水在不同温度下毫米波谱提取图；
[0033]图8为本专利技术的浓度10％盐水的液体特征示意图；
[0034]图9为本专利技术的浓度10％糖水在不同温度下毫米波谱提取图；
[0035]图10为本专利技术的浓度10％糖水的液体特征示意图；
[0036]图11为本专利技术的冰红茶在不同温度下毫米波谱提取图；
[0037]图12为本专利技术的冰红茶的液体特征示意图；
[0038]图13为本专利技术的柠檬茶在不同温度下毫米波谱提取图；
[0039]图14为本专利技术的柠檬茶的液体特征示意图；
[0040]图15为本专利技术的青梅绿茶在不同温度下毫米波谱提取图；
[0041]图16为本专利技术的青梅绿茶的液体特征示意图；
[0042]图17为本专利技术的浓度68％酒精在不同温度下毫米波谱提取图；
[0043]图18为本专利技术的浓度68％酒精的液体特征示意图；
[0044]图19为本专利技术的浓度69％酒精在不同温度下毫米波谱提取图；
[0045]图20为本专利技术的浓度69％酒精的液体特征示意图；
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将待测液体放置在收发机前方；S2：毫米波雷达发射调频连续波信号；S3：接收由待测液体反射回的信号；S4：消除硬件自身的直流分量的干扰；S5：提取液体信息；S6：提取对温度鲁棒的液体特征；S7：实现液体识别。2.如权利要求1所述的基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括以下内容：将毫米波雷达收发天线朝着待测液体的方向，FMCW毫米波雷达持续不断地发射chirp信号，该chirp信号的频率随时间线性变化，频率的变化范围为77GHz
‑
81 GHz。3.如权利要求1所述的基于FMCW技术对温度鲁棒的液体识别方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括以下内容：在原始信号的频域中，在0cm到10cm之间，存在一个明显的峰值，这是FMCW的固有特征，将其视为直流分量，不同的设备或同一设备的不同参数会产生不同的直流分量，使用高通滤波器对直流分量进行滤波，去除直流分量，取10cm以后的信号。4.如权利要求1所述的基于FMCW技术...

【专利技术属性】
技术研发人员：李平，戴政涛，吕钊，张超，范存航，裴胜兵，胡世昂，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：