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光电测试技术在液体检测中的应用

红外与激光工程 2006年第z1期35卷 227-232页

作者：陈海秀张国雄唐慧强南京信息工程大学信息与控制学院江苏南京210044 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

液体检测涉及到多方面的内容,介绍基于光电测试技术的光谱液滴分析仪在液体检测中的具体应用.一方面从光学角度出发,在被测液体形成液滴的过程中,利用光纤从液滴内部探测液体的光学特性,获取经过液滴的光强信号随液滴生长变化的规律;同... 详细信息

液体检测涉及到多方面的内容,介绍基于光电测试技术的光谱液滴分析仪在液体检测中的具体应用.一方面从光学角度出发,在被测液体形成液滴的过程中,利用光纤从液滴内部探测液体的光学特性,获取经过液滴的光强信号随液滴生长变化的规律;同时运用流动比色装置和微型光纤光谱仪,在液滴形成过程中采集被测液体样品的光谱数据.另一方面利用液体的电学特性,对被测液体的液滴生长过程中的电学量进行监测,得到液滴的瞬时体积信息.最终得到反映液体综合特性的液体三维指纹图.结合实验说明液体的三维指纹图可以作为鉴别液体的依据,同时具有测量液体物理、化学特性参数的潜力.

关键词：液体检测光电测试技术光学特性电学特性三维指纹图液体鉴别

基于振动感知的文本交互系统和液体检测系统的技术研究

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基于振动感知的文本交互系统和液体检测系统的技术研究

作者：黄勇志深圳大学

学位级别：硕士

技术革命,让我们从上一个工业4.0时代进入到一个新的时期----5G时代。随着5G时代的到来,虚拟现实与增强现实产业出现新一轮的爆炸式增长。然而,本文作者洞察到在拥有极致的沉浸式体验的过程中,虚拟现实与增强现实产业忽略了数字原住民... 详细信息

技术革命,让我们从上一个工业4.0时代进入到一个新的时期----5G时代。随着5G时代的到来,虚拟现实与增强现实产业出现新一轮的爆炸式增长。然而,本文作者洞察到在拥有极致的沉浸式体验的过程中,虚拟现实与增强现实产业忽略了数字原住民的另一大需求----文本交互需求。这开辟了虚拟现实与增强现实产业中的一个新的细分领域的市场,其中包括虚拟的会议,虚拟网络冲浪,聊天,购物等等。然而,这一细分领域的关键技术就是如何随时随地的使用高效的文本交互系统。本文作者设计的文本交互系统,借助人们日常生活中必然会佩戴的便携式设备,比如能够为我们提供计步功能的手环或者智能手表,通过感知它们的振动信息实现了一个文本交互系统。该系统不需要实体的键盘,用户通过放置在桌面上的纸质键盘的提示,就能够像使用电脑实体的QWERTY键盘那样,完成高效的文本交互工作。该系统也不需要额外的设备,比如外置的摄像头或者特质的键盘。本文作者还发现另一个问题,人们想要临时建立安全检查站点,却不得不事先购买昂贵的液体检测设备;当人们拿到饮料时候,也会思考,这里面装的是什么,是不是我所要的产品,产品有没有变质;人们在日常追求健康的（限制摄入卡路里）饮食过程中,常常清楚的记得摄入的食物和食物摄入的热量,却忘记了喝下饮料是什么,也忘记它的热量。在这些与之类似的场景中,人们会产生一个困惑,有什么办法能够知道拿在手上的瓶子究竟装了什么液体。其中问题的关键在于现有研究技术中,没有一个轻量级而又便捷的液体检测方案。在此基础上,本文作者创新性的提出了一个新的液体检测系统。该系统搭建在手机上,能够利用手机产生的振动分辨出液体的黏度,利用每种液体有着独特黏度信息的特点,系统能够确定检测的液体种类。系统能够克服不同的容器带来的干扰,具有足够的鲁棒性。

关键词：无线智能感知文本交互液体检测智能感知

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基于信道状态信息的多波段可疑液体检测研究

基于信道状态信息的多波段可疑液体检测研究

作者：邓婕文西安电子科技大学

学位级别：硕士

在公共场合各类项目的安检过程中,危险液体检测是一项重要的工作。目前,在我国安全检查领域最常用的技术是准静态计算机断层扫描技术,通过检测待测液体的介电常数和电导率,根据安全液体和危险液体的介电常数和电导率相差较大的特性,来... 详细信息

在公共场合各类项目的安检过程中,危险液体检测是一项重要的工作。目前,在我国安全检查领域最常用的技术是准静态计算机断层扫描技术,通过检测待测液体的介电常数和电导率,根据安全液体和危险液体的介电常数和电导率相差较大的特性,来判断该液体是否具有易燃易爆性。虽然,现有的液体检测技术十分成熟,但因其价格昂贵、体积庞大而不利于大面积部署。针对上述问题,并结合现如今发展迅速的Wi-Fi技术,本文提出了基于无线信号信道状态信息（Channel State Information,CSI）技术的可疑液体检测方法,该方法利用不同液体之间介电常数的不同,将无线电信号穿过液体前后CSI幅值数据的差异作为判断依据,具有价格低廉、利于部署、有良好的精确度和鲁棒性的优点。另外,在CSI幅值数据的基础之上,分别讨论了利用C波段无线信号和S波段无线信号对液体进行检测的结果,以及采用不同材质的容器对液体检测结果的影响。液体CSI数据的提取部分,论文首先介绍搭建的实验平台,实验整体流程的设计。然后,提出了一种液体信息提取模型。最后,实现了对利用无线信号CSI技术进行液体检测的可行性分析,并完成了液体检测和识别的多种实验,即判断可疑液体与非可疑液体的实验、识别可疑液体的种类的实验和识别不同浓度的酒精的实验。并收集了不同液体的CSI幅值数据,为液体分类工作提供了理论基础和数据来源。液体的识别部分,本文首先采用Hampel滤波器对环境噪声以及数据奇异点的消除;然后,使用主成分分析（Principal Components Analysis,PCA）算法实现对CSI数据集的数据降维及特征选择;最后,对比K近邻（K-Nearest Neighbor,KNN）分类算法和随机森林（Random Forest,RF）分类算法对液体的分类结果,选出最优模型和最优参数。实验结果表明,论文提出的识别方法能对可疑液体进行检测的准确率达98%以上,可疑液体类型的识别正确率超过97%,区分不同浓度酒精的准确率高达98%。论文分别讨论了利用C波段无线信号和S波段无线信号对液体进行检测的结果,以及采用不同材质的容器对液体检测结果的影响。

关键词：液体检测 CSI 无线信号介电常数机器学习

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太赫兹超材料传感器在液体检测中的应用研究

太赫兹超材料传感器在液体检测中的应用研究

作者：高浩宇合肥工业大学

学位级别：硕士

太赫兹波在电磁波波谱中位于毫米波和红外波段之间,具有穿透力强、安全性好、分辨率高等性质,在传感探测领域具有重要的应用价值。超材料是一种人工结构,可以通过改变超材料的结构参数来获得需要的电磁响应。通过人工设计可以使超材料... 详细信息

太赫兹波在电磁波波谱中位于毫米波和红外波段之间,具有穿透力强、安全性好、分辨率高等性质,在传感探测领域具有重要的应用价值。超材料是一种人工结构,可以通过改变超材料的结构参数来获得需要的电磁响应。通过人工设计可以使超材料结构对外界环境的介电特性变化十分敏感。本文设计并制作了两种基于超材料的反射式传感结构,对不同浓度的乙醇和不同种类的植物油液体进行了测试分析,具体研究内容如下:首先设计了一种单偶极子结构的超材料传感器件,采用数值计算分析了结构参数对谐振峰的影响,模拟了折射率变化时谐振峰的频移特性。在被测样品介电常数增大的时候,超材料传感器在特定电磁频段的谐振频点左移,通过谐振频点和介电常数的一一对应可以反映出被测样品的介电特性,而通过不同液体具有不用的介电常数可以对不同的液体进行分别。接着设计了一种圆孔型结构的超材料传感器件,该传感结构相较于偶极子结构,具有极化不敏感特性。模拟分析了谐振单元周围介电常数变化时谐振峰的频移特性,同时计算了介质的介电损耗对谐振峰的影响。通过光刻工艺制作了传感器样件,使用矢量网络分析仪搭建的测试平台测试了对上述两种传感器的反射波频谱。使用单偶极子型传感器测试浓度从75%到95%的乙醇溶液,传感器样品的谐振频点随添加物介电常数的降低从99.55 GHz移动到109.45 GHz。该传感器灵敏度可以达到34.2 GHz/RIU,Q值可以达到78.57。使用圆孔型传感器分析四种不同的植物油溶液及其混合物,通过谐振频点变化实现了区分。芝麻油、菜籽油、大豆油、花生油的谐振频点分别为115.80 GHz、116.00 GHz、116.25 GHz、116.40 GHz。将测试结果进行拟合分析,由折射率与介电常数的关系可以得到,芝麻油、菜籽油、大豆油、花生油的介电常数是逐渐减小的。该传感器灵敏度可以达到65.46 GHz/RIU,Q值可以达到143.64。实验结果表明这两种传感器结构可以应用于对液体样品的检测。

关键词：太赫兹超材料传感器液体检测

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基于电容传感器的多功能液体检测系统设计

工业控制计算机 2020年第4期33卷 129-130,146页

作者：熊志金杨雁松倪楚金广州铁路职业技术学院电气工程学院广东广州510430

设计为一个简易多功能的液体容器,以STM32F103RCT6单片机为控制核心,采用HL-8型压力传感器和HX711AD转换电路进行液体重量的检测,通过超声波传感器实现液体的高度测量;根据不同液体介电常数的区别,通过自制电极检测在不同液体中的电容量... 详细信息

设计为一个简易多功能的液体容器,以STM32F103RCT6单片机为控制核心,采用HL-8型压力传感器和HX711AD转换电路进行液体重量的检测,通过超声波传感器实现液体的高度测量;根据不同液体介电常数的区别,通过自制电极检测在不同液体中的电容量,进行信号处理后,送给单片机内置的高精度ADC进行转换和辨别,将辨别结果在LCD12864上显示,同时对测量结果进行语音播报。测试结果表明:该液体容器具有价格比高、功耗低、使用方便、测量精度高等特点。

关键词：电容传感器液体检测介电常数自制电极

基于单片机的简易多功能液体检测容器设计与实现——2019年全国电子设计竞赛K题解析

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江西电力职业技术学院学报 2020年第7期33卷 11-13,17页

作者：林家铸陈惠静李焕洲汕尾职业技术学院广东汕尾516600

根据2019年全国电子设计竞赛K题的命题要求,设计并制作了一个简易多功能液体容器,采用AVR单片机为主控,应用超声波传感器、压力传感器、pH值传感器和TDS传感器等传感器与外电路相结合,再加上合理布局,可以实现判别给定液体的种类,自动... 详细信息

根据2019年全国电子设计竞赛K题的命题要求,设计并制作了一个简易多功能液体容器,采用AVR单片机为主控,应用超声波传感器、压力传感器、pH值传感器和TDS传感器等传感器与外电路相结合,再加上合理布局,可以实现判别给定液体的种类,自动测量给定液体的液位、重量等参数,并在液晶显示屏上进行显示。经实验测试表明系统设计稳定,达到比赛题目的功能及精度要求。

关键词： AVR单片机液体检测重量检测

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光电测试技术在液体检测中的应用

光电测试技术在液体检测中的应用

2006年全国光电技术学术交流会

作者：陈海秀张国雄唐慧强南京信息工程大学信息与控制学院天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室

液体检测涉及到多方面的内容,介绍基于光电测试技术的光谱液滴分析仪在液体检测中的具体应用。一方面从光学角度出发,在被测液体形成液滴的过程中,利用光纤从液滴内部探测液体的光学特性,获取经过液滴的光强信号随液滴生长变化的规律;... 详细信息

液体检测涉及到多方面的内容,介绍基于光电测试技术的光谱液滴分析仪在液体检测中的具体应用。一方面从光学角度出发,在被测液体形成液滴的过程中,利用光纤从液滴内部探测液体的光学特性,获取经过液滴的光强信号随液滴生长变化的规律;同时运用流动比色装置和微型光纤光谱仪,在液滴形成过程中采集被测液体样品的光谱数据。另一方面利用液体的电学特性,对被测液体的液滴生长过程中的电学量进行监测,得到液滴的瞬时体积信息。最终得到反映液体综合特性的液体三维指纹图。结合实验说明液体的三维指纹图可以作为鉴别液体的依据,同时具有测量液体物理、化学特性参数的潜力。

关键词：液体检测光电测试技术光学特性电学特性三维指纹图液体鉴别

来源： cnki会议评论

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浸入式便携智能危险液体检测仪器研制

浸入式便携智能危险液体检测仪器研制

作者：苏睿恒陕西师范大学

学位级别：硕士

为了防范破坏社会稳定的恐怖主义活动,保障公共场所安全,国家制定了关于公共场所配备安检设备来检测可能存在的危险物品的相关管理办法,对于隐蔽携带的易燃易爆危险液体的检测成为了维护公共场所和交通枢纽安全的重要保障。目前危险液... 详细信息

为了防范破坏社会稳定的恐怖主义活动,保障公共场所安全,国家制定了关于公共场所配备安检设备来检测可能存在的危险物品的相关管理办法,对于隐蔽携带的易燃易爆危险液体的检测成为了维护公共场所和交通枢纽安全的重要保障。目前危险液体检测仪器产品种类少,多数为体积庞大、效率低且仅能识别安全危险的台式机器,因此对于便携式液体检测仪器需求逐渐增大。本课题针对高速公路危险液体检测的应用场景,设计了一种可便携、稳定性高、响应速度快、可识别液体成分的浸入式液体检测装置。其中,基于多通道电容传感阵列信息采集技术,获取包含液体介电常数的多维度信息的信号。此外,采用了BP神经网络算法对液体成分进行分类识别,并利用了X-CUBE-AI扩展包来实现神经网络算法在嵌入式设备上的移植。主要研究内容如下:1.设计了浸入式液体检测仪器的硬件系统。其中,设计了一款含有4块可任意组合的电容极板的传感器阵列,以及具有耐强酸强碱能力、抗腐蚀性的传感器外壳。该电容传感器阵列能够多维度表征介电常数与电容之间的关系,可有效解决浸入式传感器由于体积过小带来的边缘效应,进而可靠获取液体介电常数的多方位立体信息;设计了面向高频微弱交流信号的信号调理电路模块,解决了多通道传感器信号变化量微弱抗干扰性差的问题。同时,针对传感器信号的相位特性以及幅度特性依次设计了相位检测电路与放大整流滤波电路对信号调理电路模块进行完善,该模块配合主控芯片的通道选择获取稳定、变化能力强的多通道信号的幅度与相位信息;设计了由主控芯片控制的数据存储模块,完成对液体样本数据库的构建与收集;设计了电源模块,并对电路的功耗、输出精度以及效率等因素进行了分析。2.设计了以主控芯片为核心的软件系统,完成了对信号幅度与相位的数字化,构建了样本数据库与测试数据库,实现了对危险液体类型的有效识别。其中涉及的主要技术有:ADC/DAC采集与时序控制、UC/OS操作系统的任务分配、定时器方波计时与输出控制、TIMER-DMA-DAC联合操作、USB虚拟串口驱动、IIC接口通信、QSPI接口通信以及神经网络算法软件实现。3.设计了以BP神经网络为架构的数据分析算法,实现了液体成分的有效识别。并通过意法半导体公司最新推出的X-CUBE-AI软件扩展包,完成了原始神经网络模型向C模型的压缩转换,实现了神经网络模型在嵌入式芯片上的移植。同时,设计了相位检测算法,完成了对传感器信号的相位特性的获取与数字化转换,进一步提高了分类算法的识别率。4.完成对系统整体的性能测试。其中,按照液体的种类、传感器浸入液体深度情况进行实验探究,记录数据和检测结果确定浸入深度对检测结果的影响程度。最后实验结果表明,在保证便携、安全、低成本的同时,系统可准确有效测出十余种液体成分,检测时间控制在1.5s内,检测准确率平均可达90%以上。

关键词：液体检测介电常数嵌入式系统 stm32cube.ai

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基于空芯光纤的在线式液体拉曼检测方法

基于空芯光纤的在线式液体拉曼检测方法

作者：金志强南京大学

学位级别：硕士

拉曼光谱分析是一种根据分子基团的“指纹谱”进行物质检测的方法,已经被广泛应用于化学合成、医疗诊断、生物样品分析等领域。由于拉曼光强度本身比较微弱,其功率大约是泵浦光功率的0.001%,所以光谱检测时需要进行一系列复杂的拉曼增... 详细信息

拉曼光谱分析是一种根据分子基团的“指纹谱”进行物质检测的方法,已经被广泛应用于化学合成、医疗诊断、生物样品分析等领域。由于拉曼光强度本身比较微弱,其功率大约是泵浦光功率的0.001%,所以光谱检测时需要进行一系列复杂的拉曼增强步骤。传统增强方法(如:表面增强拉曼散射法、共振拉曼增强法和针尖增强拉曼散射法等)存在工艺繁琐、检测速度慢、重复率不高、设备稳定性差等问题,很难适应复杂的样品和快速检测的环境。因此,本文为了提高检测的灵敏度、实现在线式快速样品检测、延长使用寿命、增强设备稳定性和便携性,设计了基于空芯光纤的在线式液体拉曼检测装置。该设备在生物医疗诊断、食品安全分析等需要快速检测的领域具有广泛的应用前景。空芯光纤是一种高效的导光元件,入射光由于内壁反射或者晶体带隙的影响被束缚在光纤的内孔中传输,此时将样品液体注入到光纤内孔的导光区,可实现光路与液路的重合,光液作用的效率很高。因此所需的空芯光纤长度通常在数米以下,对于传输损耗极低的空芯光纤波导,甚至仅需数厘米长的光液作用距离,便可以实现低浓度样品物质检测。针对液体的拉曼检测技术在许多相关领域已经有一些应用的案例,例如化学合成中,可以利用反应溶液中一种物质的拉曼光谱强度的变化,来监测合成的进度。同时,很多气体拉曼检测技术也不是直接对气体进行检测,一般会将气体循环萃取,富集到液体溶液中,再利用液体拉曼检测装置进行分析。利用空芯光纤作为液体拉曼增强反应室,成本较低,所需样晶体积较小,清洗方便,可重复使用,配合高压设备可以实现样品高速切换,实现在线液体检测,可以一定程度上满足高效、低碳、便携的要求。本文为了实现快速、便携、高灵敏度、在线式的液体检测,利用空芯光子晶体光纤和内镀金属毛细管这两种空芯光纤波导,设计了四套合理的液体检测实验方案,并作了理论分析:空芯光子晶体光纤与单模光纤插入耦合拉曼检测装置、光纤Sagnac环结构拉曼接收增强装置、基于内镀金属毛细管内嵌金膜拉曼接收增强装置和基于内镀金属毛细管双端镀膜拉曼增强系装置。单模光纤腐蚀包层后插入到空芯光子晶体光纤中空孔内高效的耦合,液体由狭缝进入到光子晶体光纤中与光路重合,组成的拉曼检测装置检测灵敏度很高,但是内孔较小,注液速度较慢,适用于超低浓度样品分析。光纤Sagnac环结构拉曼检测装置通过将两根大芯径光纤插入到内镀金属毛细管两侧,另外两侧合并起来与拉曼探头耦合,达到收集反射和透射两种拉曼信号的目的。检测速度较快,但是灵敏度相对上一种方式较低,并且光纤与拉曼探头的耦合损耗过大。在内镀金属毛细管内插入端面镀金膜的玻璃棒,是我们研究的第三种结构。激励光由于金膜的反射作用,与样品作用的距离增加了一倍,反射和透射拉曼都可以被光谱仪接收。整体装置更加便携,光纤与探头耦合效率较高,但是该装置的Si02拉曼底噪也因此变得很高。在内镀金属毛细管一端插入端面镀有785nm long pass膜的大芯径光纤,另一端插入端面镀金的中空毛细管,利用腐蚀过的单模光纤穿过中空毛细管输入泵浦光。泵浦光被束缚在拉曼反应室内,极大的增加了光物作用距离。拉曼阈值很低,检测速度较快,同时检测灵敏度较高,但是装置的制作工艺较复杂,成品率很低。.对于这四种拉曼检测装置,整体的设计思路就是增强光与液体的相互作用,同时将所有产生的拉曼信号尽可能的收集到光谱仪内。系统倾向于集成化、全光纤化、便携化。本文的研究方向致力于开发出一种适应生物医疗诊断、食品安全分析市场的拉曼光谱检测仪。目前的研究成果可以以拉曼检测配件的形式提供给拉曼光谱仪厂商或者科研单位,增强拉曼检测效率,存在一定的应用前景,为后续的研发奠定了基础。

关键词：液体检测空芯光纤光纤拉曼检测拉曼收集增强