一种提升可见光液体浓度检测系统线性拟合度的方法技术方案

本发明专利技术属于可见光传感检测技术领域，提供了一种提升可见光液体浓度检测系统线性拟合度的方法。一般来说，由于待测液体成分复杂，或者检测设备周围的环境光对于检测系统产生一定的干扰，在可见光上调制电信号的液体浓度检测系统的线性度并不好，本发明专利技术通过提供LED上偏置电压调谐的方法，利用可见光传感检测技术实现了较高线性度的溶液浓度检测。与现有浓度检测方法相比，其检测成本低、检测速度快、线性度较高，易于推广使用，在保留液体原本性质的条件下，可以检测液体浓度。该系统具有不可或缺的应用背景，便于在食品生产、医疗药品、精细化工业生产等领域推广使用。化工业生产等领域推广使用。化工业生产等领域推广使用。

【技术实现步骤摘要】
一种提升可见光液体浓度检测系统线性拟合度的方法


[0001]本专利技术属于可见光传感检测
，特别是涉及一种提升可见光液体浓度检测系统线性拟合度的方法。

技术介绍

[0002]液体溶液的浓度与人们生产生活息息相关，该浓度在一定程度上能够反映溶液的品质，因此液体的浓度的检测一直是科研工作者研究的热点问题。液体浓度的检测在食品生产、医疗药品、精细化工业生产等领域具有不可或缺的应用背景。例如，蔬果汁具有丰富的营养价值，而蔬果汁也很容易造假，对于这种情况可以通过测量蔬果汁的浓度，进而判断蔬果汁的品质。同样地，牛奶是人们生活中的一种高级营养品，其中含有丰富的蛋白质、维生素、无机盐等营养物质，牛奶浓度也是判断牛奶品质的一种标准，可以通过对其浓度的测量来判断牛奶的质量。除了食品领域，在精细化溶液产品生产领域，溶液浓度的精度也是判别产品好坏的标准。在精细化生产领域中，对于溶液浓度精度的要求更高，因此，提高检测液体浓度的方法精度的提升是必要的。
[0003]在检测液体浓度的研究中，本研究组提出了根据调制了交流电信号的可见光快速检测液体浓度，即通过可见光传感的检测方式检测液体浓度，该方式可以避免使待测液体发生化学反应，在不改变液体的物理性质的情况下，通过预存储在存储单元中所包含的不同液体浓度曲线，快速检测到液体的浓度。一般来说，由于待测液体成分复杂，或者检测设备周围的环境光对于检测系统产生一定的干扰，在可见光上调制电信号的液体浓度检测系统的线性度并不好。本研究组在实验中发现优化LED上所加载偏置电压的数值，可以提升可见光上调制电信号的液体浓度检测系统的线性度。本专利技术公开了一种提升可见光液体浓度检测系统线性拟合度的方法，对预存储在存储单元中所包含的不同液体浓度曲线进行优化，快速准确的确认液体的真实浓度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种提升可见光液体浓度检测系统线性拟合度的方法，旨在通过可见光传感检测的方式，对预存储在存储单元中所包含的不同液体浓度曲线进行优化，快速准确的确认液体的真实浓度。
[0005]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]发光二极管信号发射模块(11)，发射出调制有交流电信号的某个光波波段的信号，提供液体浓度检测系统的基本信号源；
[0007]液体检测容器(12)，该容器具有容量标记，用来盛放待测液体(14)，或者盛放稀释液体(102)；
[0008]可见光信号接收模块(13)，用于接收包含有待测液体(14)浓度信息的可见光信号，并输出经过放大、滤波和采样后的数字信号；
[0009]待测液体(14)，需要测量浓度的液体；
[0010]波形存储模块(15)，用于存放可见光信号接收模块(13)输出的数字信号，并具有信号存储功能。
[0011]进一步地，该系统按照如下方法完成可见光检测液体浓度线性拟合度的参数优化：
[0012]a)选择一个偏置电压V
b
(1)＝V
b0
，其中V
b0
是发光二极管的初始偏置电压；
[0013]b)选择待测液体(14)浓度范围[ρ1，ρ2]，在该浓度范围内完成N次测试，即浓度间隔为Δρ＝(ρ2‑
ρ1)/(N
‑
1)，得到每个浓度下的接收光信号功率P(ρ1+nρ)(0≤n≤N)；
[0014]c)拟合该偏置电压条件下，N个不同浓度下的接收光信号功率P(ρ1+nρ)，并得到线性拟合曲线的R2数值R2(1)；
[0015]d)改变偏置电压V
b
，得到V
b
(k)＝V
b
(k
‑
1)+ΔV，ΔV为偏置电压的调谐量，k为偏置电压调谐的次数，每次按照e)
‑
g)的条件进行判断，并按照上述a)至c)的方法得到拟合曲线的R2数值R2(k)；
[0016]e)若R2(k)＞R2(k
‑
1)，且R2(k)＜R
th
(R
th
为R2数值的阈值，即认为该数值下线性拟合度满足要求)，则k的数值增加1，即k＝k+1；
[0017]f)若R2(k)＜R2(k
‑
1)，则改变偏置电压，得到V
b
(k)＝V
b
(k
‑
1)
‑
ΔV，ΔV为偏置电压的调谐量，即向着相反方向改变偏置电压，按照上述a)至c)的方法得到拟合曲线的R2数值R2(k)，跳转到e)，重复执行e)
‑
g)的判断；
[0018]g)若R2(k)＞R2(k
‑
1)，且R2(k)≥R
th
(R
th
为R2数值的阈值，即认为该数值下线性拟合度满足要求)，则完成整个搜索过程。
[0019]进一步地，所述的见光检测液体浓度的装置系统，其特征为按照如下方法记录溶液浓度和接收信号光功率(接收电压峰峰值)之间的关系：
[0020]a)将体积为L0的稀释液体(102)放置于液体检测容器(12)中；
[0021]b)将体积为L1的待测液体(14)放置于盛有体积为L0稀释液体(102)的液体检测容器(12)中；
[0022]c)将周期变化的交流电信号(113)加载在发光二极管(111)上，使得该信号通过液体检测容器(12)，并使得可见光信号接收模块(13)接收到包含有待测液体(14)浓度信息的可见光信号；
[0023]d)从波形存储模块(15)中读取一个周期内接收到的交流电信号(113)的最大值Vmax1和最小值Vmin1，并计算该周期内的信号峰峰值V1＝Vmax1
‑
Vmin1；
[0024]e)从2*L1至n*L1，依次增加待测液体(14)的体积，并重复b)至d)的过程，得到V2、
…
、Vi
…
、Vn；
[0025]f)绘制出待测液体浓度曲线Vn＝f(n*L1/L0)，并将其保存在存储器中。
[0026]进一步地，上述发光二极管信号发射模块(11)，包括如下组成：
[0027]发光二极管(111)，包含LED发光芯片，提供液体浓度检测系统的基本光源；发光二极管驱动电路(112)，用于提供适合LED发光要求的稳定驱动电压，即提供发光二极管(111)的偏置电压，并提供发光二极管(111)温度控制功能；交流电信号(113)，用于提供调制到发光二极管(111)上的基本交流信号波形。
[0028]进一步地，该方法中所述可见光信号接收模块(13)，包括如下组成：
[0029]硅光电池(131)，或者光电探测器(132)，用来接收可见光信号，将其转化为光电
流；
[0030]跨阻放大器(133)，为硅光电池(131)，或者光电探测器(132)的前端放大器，用于将(131)或(132)的输出电流信号转换为电压信号；
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升可见光检测液体浓度系统线性度的方法，其特征为：所述系统包含：发光二极管信号发射模块(11)，发射出调制有交流电信号的某个光波波段的信号，提供液体浓度检测系统的基本信号源；液体检测容器(12)，该容器具有容量标记，用来盛放待测液体(14)，或者盛放稀释液体(102)；可见光信号接收模块(13)，用于接收包含有待测液体(14)浓度信息的可见光信号，并输出经过放大、滤波和采样后的数字信号；待测液体(14)，需要测量浓度的液体；波形存储模块(15)，用于存放可见光信号接收模块(13)输出的数字信号，并具有信号存储功能。该系统按照如下方法完成可见光检测液体浓度线性拟合度的参数优化：a)选择一个偏置电压V
b
(1)＝V
b0
，其中V
b0
是发光二极管的初始偏置电压；b)选择待测液体(14)浓度范围[ρ1，ρ2]，在该浓度范围内完成N次测试，浓度间隔为Δρ＝(ρ2‑
ρ1)/(N
‑
1)，得到每个浓度下的接收光信号功率P(ρ1+nρ)(0≤n≤N)；c)拟合该偏置电压条件下，N个不同浓度下的接收光信号功率P(ρ1+nρ)，并得到线性拟合曲线的R2数值R2(1)；d)改变偏置电压V
b
，得到V
b
(k)＝V
b
(k
‑
1)+ΔV，ΔV为偏置电压的调谐量，k为偏置电压调谐的次数，每次按照e)
‑
g)的条件进行判断，并按照上述a)至c)的方法得到拟合曲线的R2数值R2(k)；e)若R2(k)＞R2(k
‑
1)，且R2(k)＜R
th
(R
th
为R2数值的阈值，即认为该数值下线性拟合度满足要求)，则k的数值增加1，即k＝k+1；f)若R2(k)＜R2(k
‑
1)，则改变偏置电压，得到V
b
(k)＝V
b
(k
‑
1)
‑
ΔV，ΔV为偏置电压的调谐量，即向着相反方向改变偏置电压，按照上述a)至c)的方法得到拟合曲线的R2数值R2(k)，跳转到e)，重复执行e)
‑
g)的判断；g)若R2(k)＞R2(k
‑
1)，且R2(k)≥R
th
(R
th
为R2数值的阈值，即认为该数值下线性拟合度满足要求)，则完成整个搜索过程。2.如权利要求1所述的方法，其特征为按照如下方法记录溶液浓度和接收信号光功率(接收电压峰峰值)之间的关系：a)将体积为L0的稀释液体(102)放置于液体检测容器(12)中；b)将体积为L1的待测液体(14)放置于盛有体积为L0稀释液体(102)的液体检测容器(12)中；...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂林，韦晓琪，邢昊楠，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：