CN102305800A

CN102305800A - 基于超宽带的易燃液体检测装置及其检测方法

Info

Publication number: CN102305800A
Application number: CN201110214902A
Authority: CN
Inventors: 韦岗; 谭梁镌; 宁更新; 廖明熙
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-07-29
Also published as: CN102305800B

Abstract

本发明提供了基于超宽带的易燃液体检测装置及其检测方法，装置包括脉冲源、发射天线、第一接收天线、第二接收天线、数据处理模块、报警器和能通过滑动调节所述两边的宽度使装置夹紧所述容器的滑动变阻器；脉冲源与发射天线连接，第一接收天线、第二接收天线、报警器和滑动变阻器分别与数据处理模块连接。检测方法包括：滑动变阻器将该宽度值变为电信号传给数据处理模块；中脉冲源产生超宽带脉冲信号，通过发射天线将脉冲信号发射出去，两个天线接收的脉冲经过数据处理模块处理，数据处理模块判断液体是否是易燃液体，是则控制报警器发出警报。本发明具有结构简单、功耗低，检测过程方便快捷的优点。

Description

基于超宽带的易燃液体检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及超宽带无损检测的技术领域，具体涉及一种运用超宽带对易燃液体检测的装置及其检测方法。

背景技术

在医疗卫生、化工、环保、民航的液体安检等领域，都涉及到对液体的检测和分析。出于安全考虑，世界上大多数民航机场都对乘客携带液体做了严格管制。主要原因是，目前还没有一种检测仪可以准确快捷地把易燃液体和普通液体区分开。

当前，X射线探测仍然是安全部门使用最多的一种安检技术手段。虽然这种技术十分成熟，但仍在不断的改进和发展。X光传感器尽管有很高的穿透性、分辨率和灵敏性，但是造价昂贵且长期操作使用容易对工作人员健康产生影响。在实际使用时，对无害物品的频繁误报是它的一个主要缺点。出于安检补充或X光传感器功能完善的目的，迫切需要一种价格低廉，操作方便的液体检测技术。

微波最大的优点就是可以通过空间辐射的方式穿过介质的内部，测量过程中传感器可以不与被测物质接触，非常适合于工业生产的在线检测。微波非接触测量的精度高，可靠性好，抗干扰能力强，容易实现无损耗、实时、在线快速测量，又无辐射危险，操作和使用非常安全，因此微波非接触测量投术有着极其广阔的应用前景。

超宽带脉冲有很强的穿透性，超宽带波在时间上是非常窄的脉冲，在穿越介质时，能使分子之间形成“分子波导”，从而将传输损耗降低。超宽带技术在实现同样的传播时，功率损耗仅有传统技术的1/10一1/100，从根本上解决了分辨率和穿透力之间的矛盾。用超宽带脉冲实现对液体的检测具有非常积极的现实意义。

中国发明专利申请CN1584567A在2005年2月23日公开了一种小型非金属容器包装的易燃液体的检查方法及系统，该发明把被检测液体放在发射天线和接收天线之间以及压力传感器之上，测量微波透射被检测液体后所产生的相位差，同时测量被检测液体的重量，根据相位差和重量来鉴别被检测液体是否易燃液体。但该发明也存在一些不足：1、需要测量被检测液体的重量，测重量时产生的误差容易对最后的检测结果产生影响；2、鉴别过程过于复杂，没有达到很好的实时检测效果；3、没有采取措施来减少误判的次数，检测的准确率不是很高。

发明内容

本发明的目的是克服现有检测技术的不足，提出基于超宽带的易燃液体检测装置及其检测方法。本发明能对液体进行快速实时检测，并能通过报警器指示液体是否为易燃液体。装置不仅能实现对易燃液体的通用检测，还可实现对特定液体的分类检测。

物质的介电常数是一种物质与微波相互作用研究中的重要参数，在微波作用下，了解液体介电常数，可以进一步了解其对微波吸收、反射和透射的情况。采用微波发射装置发射微波照射被测液体，发射能量可以非常低，通过测量液体反射和透射微波能量实现快速检测液体中是否含有特定易燃品。微波通过物质通常呈现为反射、透射和吸收三个特性。物质吸收微波的能力，与介电常数近似成正比。即I＝kf(ε)，这里k为常数，ε为介电常数，I为吸收微波能量。液体吸收微波的能力越强，其反射和透射微波的能力就越弱，接收天线接收的信号就很弱。液体易燃品中乙醇、四氯化碳、苯等的介电常数都较小，其吸收微波的能力弱，反射和透射能力强，因此接收天线获得的微波能量多。

本发明通过以下技术方案实现。

基于超宽带的易燃液体检测装置，具有能夹紧盛装待检测液体的容器的两边，所述装置包括脉冲源、发射天线、第一接收天线、第二接收天线、数据处理模块、报警器和能通过滑动调节所述两边的宽度使装置夹紧所述容器的滑动变阻器；滑动变阻器将该宽度值变为电信号传给数据处理模块；中脉冲源产生超宽带脉冲信号，通过发射天线将脉冲信号发射出去，第一接收天线接收反射脉冲，第二接收天线接收透射脉冲，两个天线接收的脉冲经过数据处理模块处理，数据处理模块判断液体是否是易燃液体，是则控制报警器发出警报；脉冲源与发射天线连接，第一接收天线、第二接收天线、报警器和滑动变阻器分别与数据处理模块连接。

上述的基于超宽带的易燃液体检测装置中，所述发射天线、第一接收天线和报警器位于第一个平面上，第二接收天线位于与该平面的相对第二平面上，脉冲源、数据处理模块和滑动变阻器位于第一平面的非底面垂直平面上。

上述的基于超宽带的易燃液体检测装置中，所述脉冲源产生1.7GHz-2.2GHz、带宽为500MHz的超宽带脉冲信号作为发射天线的信号源。

上述的基于超宽带的易燃液体检测装置中，所述报警器为蜂鸣器。

上述的基于超宽带的易燃液体检测装置中，所述装置为无盖长方体形状。

上述易燃液体检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，将盛装待检测液体的容器放入装置中，调节滑动变阻器使装置两边夹紧盛装待检测液体的容器壁，并将该宽度值变为电信号传给数据处理模块，数据处理模块根据无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式计算出阀值A和阀值B，并设定好预设值，其中阀值A为反射脉冲的能量值，阀值B为透射脉冲的能量值，预设值为反射脉冲的能量值超过阀值A或透射脉冲的能量值超过阀值B的最大次数；

步骤2，脉冲源产生超宽带脉冲信号并通过发射天线照射液体，信号遇到液体后产生反射、透射和吸收，第一接收天线和第二接收天线分别接收反射脉冲和透射脉冲，交由数据处理模块处理；

步骤3，数据处理模块对反射脉冲和透射脉冲进行滤波、检波和放大，通过阀值A、阀值B和预设值判断液体是否为易燃液体，是则控制报警器发出警报。

上述检测方法中，当一次检测结果同时超过阀值A和阀值B或连续多次检测中超过其中一个阀值的次数达到预设值时，则报警器发出警报；若在对液体的检测次数上限内，报警器没有发出警报，则表明该液体不是易燃液体。

上述检测方法中，无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式为：

E(r)＝E₀e^jωte^-(α+jβ)r，

式中α为电磁波的衰减常数，表示每单位距离的衰减程度，ω为发射频率的中心频率的角频率，μ为磁导率，μ≈4π×10^-7H/m，ε为介电常数，ε′和ε″分别为介电常数ε的实部和虚部，ε″/ε′＝tanδ≈h/r，发射天线的高度为h，装置的宽度即传播的距离为r，r可根据盛装待检测液体的容器进行调整；β＝2π/λ为相移常数，其中λ为发射频率的中心频率的波长，α+jβ称为传播常数，当得知E(r)后，对E(r)的平方在一个周期内积分：

得到电磁波的透射能量值，也即阀值B的值，若在求E(r)的时候用2r代替r，则对E(r)的平方积分后，得到电磁波的反射能量值，也即阀值A的值。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1.不需要测量液体的重量，只需根据无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式计算阀值A、阀值B并设定好预设值。

2.检测过程快速、简单，不需要复杂的计算和推导。

3.通过数据处理模块计算阀值A、阀值B并设定预设值，来提高检测的准确性，减少误判的次数。

附图说明

图1是实施方式中易燃液体检测的装置结构示意图；

图2是实施方式中易燃液体检测的装置平视图；

图3是实施方式中易燃液体通用检测的方法流程图；

图4是通用检测时数据处理模块判断液体是否是易燃液体的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

如图1所示，是本发明实现易燃液体检测的装置结构示意图，包括脉冲源1、发射天线2、第一接收天线31和第二接收天线32、数据处理模块4、报警器5和滑动变阻器6。滑动变阻器6可调节装置的宽度，使装置两边夹紧盛装待检测液体的容器壁，并将该宽度值r变为电信号传给数据处理模块4，数据处理模块4根据无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式计算出阀值A和阀值B，并设定好预设值。其中阀值A为反射脉冲的能量值，阀值B为透射脉冲的能量值，预设值为反射脉冲的能量值超过阀值A或透射脉冲的能量值超过阀值B的最大次数。其中脉冲源1产生1.7GHz-2.2GHz，带宽为500MHz的超宽带脉冲信号，通过发射天线2将脉冲信号发射出去，第一接收天线31接收反射，第二接收天线32接收透射脉冲，并交由数据处理模块4处理，数据处理模块4判断液体是否是易燃液体，是则控制报警器发出警报。脉冲源1与发射天线2顺次连接，第一接收天线31、第二接收天线32、报警器5和滑动变阻器5分别与数据处理模块4连接。

参见图2，是本发明实现易燃液体检测的装置平视图，该装置为无盖长方体形状，可将盛装待检测液体的容器放入该装置中，发射天线2的高度为h，装置的宽度为r，发射天线2、第一接收天线31和报警器5在一个平面上，第二接收天线32在该平面的相对平面上，脉冲源1、数据处理模块4和滑动变阻器6在该平面的非底面垂直平面上。

图3是本发明实现易燃液体通用检测的方法流程图；

具体包括以下步骤：

步骤1：将盛装待检测液体的容器放入无盖长方体装置中，调节滑动变阻器6，使装置两边夹紧盛装待检测液体的容器壁，并将该宽度值r变为电信号传给数据处理模块4，数据处理模块4根据无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式计算出阀值A和阀值B，并设定好预设值。

步骤2：脉冲源1产生超宽带脉冲并通过发射天线照射液体，第一接收天线31接收反射脉冲，第二接收天线32接收透射脉冲，交由数据处理模块4处理。

步骤3：数据处理模块4对反射脉冲和透射脉冲进行滤波、检波和放大，通过阀值A、阀值B和预设值判断液体是否为易燃液体，是则控制报警器5发出警报。

若在对液体的判断次数上限内，报警器没有发出警报，则表明该液体不是易燃液体。

图4是通用检测时数据处理模块4判断液体是否是易燃液体的方法流程图，在对液体的判断次数上限内，当阀值A和阀值B都被超过时，数据处理模块4控制报警器5发出警报，否则分别判断阀值A和阀值B是否超过，当反射脉冲能量超过阀值A时，统计超过阀值A的次数，并进一步判断超过阀值A的次数是否达到预设值，若没超过则返回步骤2，如果超过阀值A的次数达到预设值，则数据处理模块4控制报警器5发出警报，否则回到步骤2。对阀值B的处理过程与对阀值A的处理过程类似。

若在对液体的判断次数上限内，报警器5没有发出警报，则表明该液体不是易燃液体。

如果要检测液体中是否含有乙醇，可将乙醇的介电常数、发射天线的高度和装置宽度代入无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式中，数据处理模块计算出相应的阀值A和阀值B，并设定好预设值。在对液体的判断次数上限内，当一次检测结果的反射能量值和透射能量值分别接近阀值A和阀值B时，可认为该液体中含有乙醇，报警器5发出警报，否则分别统计反射能量值接近阀值A和透射能量值接近阀值B的次数，若有一个次数超过预设值，则认为该液体中含有乙醇，报警器5发出警报。

若在对液体的判断次数上限内，报警器没有发出警报，则表明该液体中不含乙醇。

本发明根据无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式，提出了一种基于超宽带的易燃液体检测装置及其通用检测和特定液体检测的方法，该装置功耗低，检测过程方便快捷，可广泛应用于各种液体检测领域。

Claims

1.基于超宽带的易燃液体检测装置，具有能夹紧盛装待检测液体的容器的两边，其特征在于包括脉冲源、发射天线、第一接收天线、第二接收天线、数据处理模块、报警器和能通过滑动调节所述两边的宽度使装置夹紧所述容器的滑动变阻器；滑动变阻器将该宽度值变为电信号传给数据处理模块；中脉冲源产生超宽带脉冲信号，通过发射天线将脉冲信号发射出去，第一接收天线接收反射脉冲，第二接收天线接收透射脉冲，两个天线接收的脉冲经过数据处理模块处理，数据处理模块判断液体是否是易燃液体，是则控制报警器发出警报；脉冲源与发射天线连接，第一接收天线、第二接收天线、报警器和滑动变阻器分别与数据处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于超宽带的易燃液体检测装置，其特征在于所述发射天线、第一接收天线和报警器位于第一个平面上，第二接收天线位于与该平面的相对第二平面上，脉冲源、数据处理模块和滑动变阻器位于第一平面的非底面垂直平面上。

3.根据权利要求1所述的基于超宽带的易燃液体检测装置，其特征在于所述脉冲源产生1.7GHz-2.2GHz、带宽为500MHz的超宽带脉冲信号作为发射天线的信号源。

4.根据权利要求1所述的基于超宽带的易燃液体检测装置，其特征在于所述报警器为蜂鸣器。

5.根据权利要求1所述的基于超宽带的易燃液体检测装置，其特征在于所述装置为无盖长方体形状。

6.利用权利要求1所述装置的易燃液体检测方法，其特征在于包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于当一次检测结果同时超过阀值A和阀值B或连续多次检测中超过其中一个阀值的次数达到预设值时，则报警器发出警报；若在对液体的检测次数上限内，报警器没有发出警报，则表明该液体不是易燃液体。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于无界均匀有耗媒质中电磁波的电场表达式为：E(r)＝E₀e^jωte^-(α+jβ)r，式中α为电磁波的衰减常数，表示每单位距离的衰减程度，ω为发射频率的中心频率的角频率，μ为磁导率，μ≈4π×10^-7H/m，ε为介电常数，ε′和ε″分别为介电常数ε的实部和虚部，ε″/ε′＝tanδ≈h/r，发射天线的高度为h，装置的宽度即传播的距离为r，r可根据盛装待检测液体的容器进行调整；β＝2π/λ为相移常数，其中λ为发射频率的中心频率的波长，α+jβ称为传播常数，当得知E(r)后，对E(r)的平方在一个周期内积分：得到电磁波的透射能量值，也即阀值B的值，若在求E(r)的时候用2r代替r，则对E(r)的平方积分后，得到电磁波的反射能量值，也即阀值A的值。