液体智能检测系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种液体智能检测系统和方法，包括：影子效应器件紧贴盛有待测液体的容器的外侧，在被对侧的光线照射时，生成携带有待测液体的特征的电信号；

【技术实现步骤摘要】
液体智能检测系统和方法


[0001]本专利技术涉及检测分析的
，尤其是涉及一种液体智能检测系统和方法
。

技术介绍

[0002]液体检测技术涉及到在化工生产
、
石油储运
、
生物医学
、
食品饮料
、
水质检测等各个领域，是影响着人民安居乐业
、
国家蓬勃发展以及地球生态环境的关键技术之一
。
其中，液位测量是对容器中液位进行实时且精确的监控和检测过程，液体识别包括对容器中液体颜色
、
浓度等特征的检测
。
[0003]液体探测包括对液体液位
、
颜色
、
浓度等特征的探测，涉及到社会发展以及科技进步的众多领域
。
液体探针被广泛用于液体探测，根据探测方式的不同，液体探针可以分为接触式和非接触式
。
接触式液体探针是基于液体的某种物理或化学性质，依赖于高精度仪器探头的直接接触
。
接触式液体探针的电信号取决于液体的介电常数
、
浮力
、
静压
、
密度
、
粘度
、
温度等物理或化学特性
。
然而，在多数场景下，这些探测设备安装部署复杂，有时甚至需要在专门的实验室进行测试，对探测环境的要求高
。
其次，接触式液体探针如电容式
、
浮标式
、
静压式等探测设备需要浸入液体测量，导致设备探头受到液体的腐蚀
、
污染或结垢等影响，维护成本高
。
另外，在动态液体的监测场景过程中，接触式液体探针通常具有非线性
、
滞后等误差，需要进行复杂的信号处理和补偿才能达到精密测量的要求
。
[0004]相对于接触式液体探针存在的问题，非接触式液体探针应运而生，可基于无线信号
、
光学信号或光电探测对液体进行探测
。
基于无线信号的非接触式液体探针可以通过发射和接收超声波
、
雷达
、
射频识别技术
RFID(Radio Frequency Identification)、
毫秒波等信号，计算液体的液位
、
介电常数
、
密度等特性
。Dhekne
等人研究设计的
LiquID
液体探针利用两个独立的超宽带
UWB(Ultra Wide Band)
单元测量液体的介电常数实现液体识别
。Wang
等人利用
RFID
信号研发了
TagScan
系统，将待探测液体的特性和数据库进行匹配测量
。
另外还有研究使用
FG
‑
LiquID
和
MmLiquid
液体探针测量毫米波频谱中细微的信息区域，提取液体最具辨别力的特征
。
然而，这些方法需要预先知道液体的特定性质，并且需要配备繁杂的特殊的信号发射装置发射
UWB
或
RFID
等信号
。
[0005]基于光学信号的液体探针技术是非接触式液体探测的另一种方法，一般通过对摄像头拍摄图片的进一步分析识别探测液体
。Yue
等人研发了
CapCam
液体探针通过手机摄像头测量液体表面张力来进行液体探测
。Wu
等人使用摄像头拍摄的液体图片细微的粘度差异来识别液体
。
然而基于光学信号的液体探测存在环境和拍摄角度的局限，如在环境弱光或者某些角度被遮挡的情况下，液体特征无法被摄像捕捉，限制了其应用及发展
。
另一方面，这种探针技术对相机精度的要求以及图像的数据复杂度大大增加了计算功耗和能耗
。
[0006]基于光电探测的非接触式液体探测是实现液体智能化探测的另一种手段，具有响应时间短
、
精度和稳定性高的优势
。
最近一些研究利用液体对特定光源
(
如红外光
)
吸收光谱的唯一性，采用光电探针获取液体的光学吸收或反射信息
。Rahmman
等人研发的
Nutrilyzer
液体探针利用吸收光谱来实现液体识别，能够捕获
LED
光在液体食品中的透射
和散射特性，从而检测食品的营养物质或杂质，但该探针需要将液体采样到压电探测器的电极上，检测步骤较为繁琐
。
另有研究提出了一种配备近红外光源的智能设备，可以估计酒精浓度水平
。
光电探测利用特定光源可使液体探测免受环境光的影响，但额外的光源增加了装备成本及能耗
。
另外，这些光电探测型液体探针无法彻底解决环境光的干扰以及在弱光下的低分辨率问题，只能对特定液体识别也限制了其进一步发展
。
因此，开发在环境弱光下具有出色探测能力的非接触式液体探针至关重要
。
[0007]综上，现有的液体检测系统无法兼顾高精度
、
低成本
、
低能耗和高效率的特点
。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种液体智能检测系统和方法，以缓解现有的液体检测系统无法兼顾高精度
、
低成本
、
低能耗和高效率的技术问题
。
[0009]第一方面，本专利技术实施例提供了一种液体智能检测系统，包括：依次连接的影子效应器件
、Arduino
开发板和上位机，其中，所述影子效应器件为在衬底上沉积金属层得到的；
[0010]所述影子效应器件紧贴盛有待测液体的容器的外侧，用于在被对侧的光线照射时，生成携带有所述待测液体的特征的电信号，其中，所述电信号是由所述影子效应器件的照明区域和所述影子效应器件的阴影区域之间的功函数差异所形成的，所述照明区域为所述光线未经过所述待测液体后形成的区域，所述阴影区域为所述光线经过所述待测液体后形成的区域；
[0011]所述
Arduino
开发板，用于接收所述电信号，并对所述电信号进行处理，得到数字电信号；
[0012]所述上位机，用于采用液体分类函数和
/
或液体多特征检测模型对所述数字电信号进行液体检测，得到所述待测液体的液体检测结果
。
[0013]进一步的，所述影子效应器件包括：硅衬底和沉积在所述硅衬底上的金属层，其中，所述硅衬底的中间位置未沉积所述金属层
。
[0014]进一步的，所述金属层的金属包括：金；
[0015]所述未沉积所述金属层的宽度为预设宽度
。
[0016]进一步的，所述处理包括：滤波处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种液体智能检测系统，其特征在于，包括：依次连接的影子效应器件
、Arduino
开发板和上位机，其中，所述影子效应器件为在衬底上沉积金属层得到的；所述影子效应器件紧贴盛有待测液体的容器的外侧，用于在被对侧的光线照射时，生成携带有所述待测液体的特征的电信号，其中，所述电信号是由所述影子效应器件的照明区域和所述影子效应器件的阴影区域之间的功函数差异所形成的，所述照明区域为所述光线未经过所述待测液体后形成的区域，所述阴影区域为所述光线经过所述待测液体后形成的区域；所述
Arduino
开发板，用于接收所述电信号，并对所述电信号进行处理，得到数字电信号；所述上位机，用于采用液体分类函数和
/
或液体多特征检测模型对所述数字电信号进行液体检测，得到所述待测液体的液体检测结果
。2.
根据权利要求1所述的液体智能检测系统，其特征在于，所述影子效应器件包括：硅衬底和沉积在所述硅衬底上的金属层，其中，所述硅衬底的中间位置未沉积所述金属层
。3.
根据权利要求2所述的液体智能检测系统，其特征在于，所述金属层的金属包括：金；所述未沉积所述金属层的宽度为预设宽度
。4.
根据权利要求1所述的液体智能检测系统，其特征在于，所述处理包括：滤波处理和模数转换处理
。5.
根据权利要求1所述的液体智能检测系统，其特征在于，所述液体分类函数包括以下任一种：颜色分类函数
、
液位分类函数和浓度分...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁齐杰，张茜，廉丽珍，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：