CN104007475B - 一种危险液体检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种危险液体检测方法。该方法包括：准备、发射电磁波、接收电磁波、取样、数据处理及判断、结果输出。采用了本发明一种危险液体检测方法技术方案的一种危险液体检测装置，检测速度快、操作方便、无有害辐射。而且不仅对于与水的介电常数相差较大的易燃易爆液体能准确区分，同时对于相近介电常数的水和硫酸也能准确区分，检测范围广。

Description

一种危险液体检测方法

技术领域

本发明涉及危险物品检测技术领域，尤其涉及警用安全检测技术领域，具体涉及一种危险液体检测装置及其所采用的检测方法。

背景技术

危险物品的检测技术，一直是事关一国安全的重要技术领域。尤其在美国911恐怖袭击事件之后，各国都加强了重要场所的安保措施，而其中一项重要的措施就是对危险物品的检测。

在我国的机场、火车站、地铁站等重要场所，也都可以常常见到对危险物品进行检测的X光机。虽然X光机造价昂贵，但是因为其具有高穿透性，以及较高的分辨率和灵敏性，因而是安全部门目前使用最多的安全检测技术手段。

但是长期操作X光机可能会对工作人员健康产生影响，而且在实际使用中还发现X光机会对无害物品频繁误报，常常需要结合人工开包检查。这样不但降低了安检效率和增加了人工成本，而且人工常常也无法分辨危险液体。目前的做法是由安检人员要求可疑液体的携带者，当着安检人员的面喝一口其声称是水或者饮料的液体。此种方式一者是对公众的不信任，二者有些产品开瓶喝一口后会对之后的保管、储运带来不良后果，由此引发公众的不快，以及给公众带来诸多不便，因而需要改进。

据闻最新的技术可以对液体进行非接触式无损检测，但是其如何进行检测不得而知，不过有一点可以肯定的是，该技术对于与水的介电常数相差较大的易燃易爆液体能准确区分，但是对于与水的介电常数相近的液体，比如说硫酸，则无法区分，因而留有安全隐患，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种危险液体检测装置，其不但能够对液体进行非接触式无损检测，关键其还能够有效区分与水的介电常数相近的液体。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种危险液体检测装置，其用于液体的非接触式无损检测，包括分别置于待检测液体两侧的发射天线和接收天线，以及与所述发射天线连接的发射电路，与所述接收天线连接的取样电路；所述危险液体检测装置还包括：时基源、前置触发电路、步进延迟脉冲生成电路、数据处理单元和结果输出单元，且所述数据处理单元具有数据存储器；所述时基源分别与所述前置触发电路、步进延迟脉冲生成电路和数据处理单元三者连接；所述前置触发电路与所述发射电路连接；所述步进延迟脉冲生成电路与所述取样电路连接；所述取样电路还与所述数据处理单元连接；数据处理单元还与所述结果输出单元连接。

优选的技术方案中，所述发射天线和接收天线位于同一水平面。

进一步优选的技术方案中，所述发射天线和接收天线的分数带宽大于25％，所述发射天线和接收天线为领结形，周围设有用于接地和屏蔽的底板。

优选的技术方案中，所述发射天线和接收天线连接在一个铝金属壳上，且发射天线和接收天线之间做了金属隔离。

优选的技术方案中，所述发射电路中包括三极管，并且该三极管基于雪崩效应产生超宽带脉冲。

进一步优选的技术方案中，所述发射天线和接收天线分别通过射频线与发射电路和取样电路对应连接。

本发明所要解决的技术问题之二是相应提供一种危险液体检测方法，其不但能够对液体进行非接触式无损检测，关键其还能够有效区分与水的介电常数相近的液体。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种危险液体检测方法，其基于前述的一种危险液体检测装置，实现危险液体的检测，该方法包括如下步骤：

S1)、准备：将待检测液体置于所述发射天线和接收天线之间，并开启所述危险液体检测装置；

S2)、发射电磁波：所述时基源产生第一路触发时钟，所述前置触发电路利用所述第一路触发时钟生成具有陡峭上升沿的触发脉冲，所述发射电路利用所述触发脉冲产生超宽带脉冲，并经发射天线发射出电磁波；

S3)、接收电磁波：所述接收天线接收发射天线发射出的电磁波并转换成高频信号；

S4)、取样：所述步进延迟脉冲生成电路利用所述时基源产生的斜波和第二路触发时钟，产生步进延迟脉冲信号；所述取样电路利用所述步进延迟脉冲信号对所述高频信号进行等效时间取样，生成低频信号；

S5)、数据处理及判断：所述数据处理单元对所述低频信号进行数字采样，然后进行数字信号处理，再计算并判断待检测液体是否为危险液体；

S6)、结果输出：待检测液体为危险液体时，数据处理单元通过结果输出单元发出危险液体警示。

优选的技术方案中，步骤S5)中所述数字采样，是指数据处理单元利用所述时基源产生的数字采样窗中断源作为数字采样的起始时间窗，对所述低频信号进行数字采样生成低频数字信号；所述数字信号处理是指数据处理单元对所述低频数字信号做FFT变换和计算低频数字信号时域峰峰值。

进一步优选的技术方案中，步骤S5)中，所述计算并判断待检测液体是否为危险液体是指，首先计算所述低频数字信号经过FFT变换后频域中高频分量占信号功率的比值，并与所述数据存储器中预存的第一下限数据进行第一次比较；所述比值小于第一下限数据时，待检测液体为危险液体；大于第一 下限数据时所述数据处理单元计算低频数字信号的时域峰峰值，并与数据存储器中预存的第二下限数据进行第二次比较，所述峰峰值大于第二下限数据时，待检测液体为危险液体。

更进一步优选的技术方案中，所述第一下限数据是预先对水进行检测时，所计算得出的低频信号频域中高频分量占信号功率的比值；所述第二下限数据是预先对硫酸进行检测时，所计算得出的低频信号的时域峰峰值。

优选的技术方案中，步骤S4)中所述的等效时间取样后，在保持高频信号原有形状的基础上，在时间轴上展宽，经低通滤波后即变为所述的低频信号。

本发明的有益效果是：

采用了本法明一种危险液体检测方法技术方案的一种危险液体检测装置，其采用对待检测液体发射电磁波，再对所接收的液体反射电磁波进行分析的方法来实现危险液体的非接触式无损检测，因而无需打开液体包装，即可快速检测液体是否为易燃易爆危险液体，检测速度快、操作方便、无有害辐射。而且由于发射天线和接收天线的谐振频率随着液体的介电常数的增大而向高频方向偏移，使得电磁波高频部分的接收功率与液体介电常数正相关，不仅对于与水的介电常数相差较大的易燃易爆液体能准确区分，同时所接收的液体反射信号的时域峰峰值与液体的电导率正相关，对于相近介电常数但电导率不同的水和硫酸也能准确区分，检测范围广。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置的电路原理框图；

图2是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置中的发射天线和接收天线的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置部分模块的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置中前置触发电路的电路原理图；

图5是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置中发射电路的电路原理图；

图6是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置中步进延迟脉冲生成电路的电路原理图；

图7是本发明具体实施方式一种危险液体检测装置中取样电路的电路原理图。

具体实施方式

本具体实施方式提供的一种危险液体检测装置如图1所示，其用于液体的非接触式无损检测，包括如图2和图3所示的，分别置于待检测液体两侧的发射天线5和接收天线6，以及与所述发射天线5连接的发射电路4，与所述接收天线6连接的取样电路7；所述危险液体检测装置还包括：时基源1、前置触发电路2、步进延迟脉冲生成电路3、数据处理单元8和结果输出单元9，且所述数据处理单元8具有数据存储器；所述时基源1分别与所述前置触发电路2、步进延迟脉冲生成电路3和数据处理单元8三者连接；所述前置触发电路2与所述发射电路4连接；所述步进延迟脉冲生成电路3与所述取样电路7连接；所述取样电路7还与所述数据处理单元8连接；数据处理单元8还与所述结果输出单元9连接。

与之相应的一种危险液体检测方法，其基于前述的一种危险液体检测装置，实现危险液体的检测，该方法包括如下步骤：

S1)、准备：将待检测液体置于所述发射天线5和接收天线6之间，并开启所述危险液体检测装置；

S2)、发射电磁波：所述时基源1产生第一路触发时钟，所述前置触发电路2利用所述第一路触发时钟生成具有陡峭上升沿的触发脉冲，所述发射电路4利用所述触发脉冲产生超宽带脉冲，并经发射天线5发射出电磁波；

S3)、接收电磁波：所述接收天线6接收发射天线5发射出的电磁波并转换成高频信号；

S4)、取样：所述步进延迟脉冲生成电路3利用所述时基源1产生的斜波和第二路触发时钟，产生步进延迟脉冲信号；所述取样电路7利用所述步进延迟脉冲信号对所述高频信号进行等效时间取样，生成低频信号；

S5)、数据处理及判断：所述数据处理单元8对所述低频信号进行数字采样，然后进行数字信号处理，再计算并判断待检测液体是否为危险液体；

S6)、结果输出：待检测液体为危险液体时，数据处理单元8通过结果输出单元9发出危险液体警示。

图4是所述前置触发电路2的电路原理图，CLK_OUT1与时基源1相连，7CN2与发射电路4相连，时基源1产生的第一路触发时钟经过CLK_OUT1输入至7Q11和7Q12的缓冲电路，然后信号被输入至7Q10共基模式的三极管放大电路，7Q8加载了高压源，被7Q10传送过来放大的触发时钟触发，发生雪崩效应，从而生成具有陡峭上升沿的触发脉冲，由7CN2连接至发射电路4。

优选的技术方案中，所述发射电路4中包括三极管9Q1，并且该三极管9Q1基于雪崩效应产生超宽带脉冲。图5是所述发射电路4电路原理图，TXCRTL与前置触发电路2的7CN2相连，TP3和TP4与发射天线5相连，加载了高压的三极管9Q1被前置触发部分传送过来的具有陡峭上升沿的触发脉冲所触发，发生雪崩效应，生成超宽带脉冲，由TP3和TP4经宽带传输线(比如射频线)传送到发射天线5，由发射天线5发射出电磁波到待检测液体。

图6是所述步进延迟脉冲生成电路3的电路原理图，7CN4和CLK_OUT2与时基源1相连，7CN3与取样电路7相连，时基源1产生的第二路触发时钟经CLK_OUT2输入至7Q4和7Q5射级缓冲电路，时基源1产生的斜波通过7CN4信号接口经7R9输入至7Q6基级。触发时钟与斜波初始相位相同，只有当触发时钟的电位跟斜波的电位相比较高于7Q6三级管基级导通电压Vbe时，7Q6集电极才能输出高电平，由于触发时钟存在边沿时间，时钟的每一周期跟斜波的电位进行比较都存在一个线性相等的高电平输出延迟，7Q6集电极输出的延迟信号触发加载了高压的三极管7Q2，发生雪崩效应，生成步进延迟脉冲信号，由信号接口7CN3连接至取样电路7。

图7是所述取样电路7的电路原理图，TP3和TP4与步进延迟脉冲生成电路3的7CN3连接，TP1和TP2与接收天线6相连，步进延迟脉冲生成电路3生成的步进延迟脉冲信号，通过阶跃恢复二极管8D3、8D4和电感L1、L2进一步整形加强上升沿，产生时域采样门信号，通过二极管门电路8D1和8D2对接收天线6的高频信号进行等效时间取样，信号在保持原有形状的基础上在时间轴上展宽，经低通滤波后变为低频信号，由8CN2连接至数据处理单元8。

采用了本法明具体实施方式一种危险液体检测方法技术方案的一种危险液体检测装置，其采用对待检测液体发射电磁波，再对所接收的液体反射电磁波进行分析的方法来实现危险液体的非接触式无损检测，因而无需打开液体包装，即可快速检测液体是否为易燃易爆危险液体，检测速度快、操作方便、无有害辐射。而且由于发射天线5和接收天线6的谐振频率随着液体的介电常数的增大而向高频方向偏移，使得电磁波高频部分的接收功率与液体介电常数正相关，不仅对于与水的介电常数相差较大的易燃易爆液体能准确区分，同时所接收的液体反射信号的时域峰峰值与液体的电导率正相关，对于相近介电常数但电导率不同水和硫酸也能准确区分，检测范围广。

优选的技术方案中，步骤S5)中所述数字采样，是指数据处理单元8利用所述时基源1产生的数字采样窗中断源作为数字采样的起始时间窗，对所述低频信号进行数字采样生成低频数字信号；所述数字信号处理是指数据处理单元8对所述低频数字信号做FFT变换和计算低频数字信号的时域峰峰值。(FFT，Fast Fourier Transformation，即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。)

进一步优选的技术方案中，步骤S5)中，所述计算并判断待检测液体是否为危险液体是指，首先计算所述低频数字信号经过FFT变换后频域中高频分量占信号功率的比值，并与所述数据存储器中预存的第一下限数据进行第一次比较；所述比值小于第一下限数据时，待检测液体为危险液体；大于第一下限数据时所述数据处理单元计算低频数字信号的时域峰峰值，并与数据存 储器中预存的第二下限数据进行第二次比较，所述峰峰值大于第二下限数据时，待检测液体为危险液体。

更进一步优选的技术方案中，所述第一下限数据是预先对水进行检测时，所计算得出的低频信号中频域中高频分量占信号功率的比值；所述第二下限数据是预先对硫酸进行检测时，所计算得出的低频信号的时域峰峰值。

优选的技术方案中，步骤S4)中所述的等效时间取样后，在保持高频信号原有形状的基础上，在时间轴上展宽，经低通滤波后即变为所述低频信号。

优选的技术方案中如图2和图3所示，所述发射天线5和接收天线6位于同一水平面。接收天线6和发射也天线5也可以有一定角度，发射天线5在瓶子的一侧，接收天线6在瓶子的另外一侧，但是这样对各种瓶子的适应性就小很多，比如有些瓶子是方形的，瓶子直径有大有小，瓶壁曲率不一样，从瓶壁检测要求天线水平，从瓶底进行检测要求瓶子能放在发射天线和接收天线上面。

进一步优选的技术方案中如图2所示，所述发射天线5和接收天线6，其分数带宽(FBW，Fractional Band-Width)大于25％，类型为领结型，周围设有用于接地和屏蔽的底板(图中阴影区域)。图2中的R1-R8为天线的匹配电阻。宽带天线有很多种类型，领结型只是其中的一种，有一些是立体结构的天线，比如喇叭型天线，这种就不适合对多种类型的瓶子的检测。

优选的技术方案中如图3所示(图3中未示出：时基源1、数据处理单元8和结果输出单元9，其中示出了接口单元12，时基源1和数据处理单元8通过所述接口单元12实现与其相连接的模块的连接)，所述发射天线5和接收天线6连接在一个铝金属壳11上，且发射天线5和接收天线6之间做了金属隔离。这样做是因为，在做检测的时候，接收天线6所接收的大部分电磁波的能量，是从被检测的瓶子那边发射过来的，而不是从发射天线5经过空气直接传播过来，这样做可以使得电磁波携带的有效信息尽量准确。

进一步优选的技术方案中，所述发射天线和接收天线分别通过射频线10与发射电路4和取样电路7对应连接。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种危险液体检测方法，其基于一种危险液体检测装置，实现危险液体的检测；该危险液体检测装置用于液体的非接触式无损检测，包括分别置于待检测液体两侧的发射天线和接收天线，以及与所述发射天线连接的发射电路，与所述接收天线连接的取样电路，所述危险液体检测装置还包括：时基源、前置触发电路、步进延迟脉冲生成电路、数据处理单元和结果输出单元，且所述数据处理单元具有数据存储器；所述时基源分别与所述前置触发电路、步进延迟脉冲生成电路和数据处理单元三者连接；所述前置触发电路与所述发射电路连接；所述步进延迟脉冲生成电路与所述取样电路连接；所述取样电路还与所述数据处理单元连接；数据处理单元还与所述结果输出单元连接；该方法包括如下步骤：

S1)、准备：将待检测液体置于所述发射天线和接收天线之间，并开启所述危险液体检测装置；

S2)、发射电磁波：所述时基源产生第一路触发时钟，所述前置触发电路利用所述第一路触发时钟生成具有陡峭上升沿的触发脉冲，所述发射电路利用所述触发脉冲产生超宽带脉冲，并经发射天线发射出电磁波；

S3)、接收电磁波：所述接收天线接收发射天线发射出的电磁波并转换成高频信号；

S4)、取样：所述步进延迟脉冲生成电路利用所述时基源产生的斜波和第二路触发时钟，产生步进延迟脉冲信号；所述取样电路利用所述步进延迟脉冲信号对所述高频信号进行等效时间取样，生成低频信号；

S5)、数据处理及判断：所述数据处理单元对所述低频信号进行数字采样，然后进行数字信号处理，再计算并判断待检测液体是否为危险液体；

S6)、结果输出：待检测液体为危险液体时，数据处理单元通过结果输出单元发出危险液体警示。

2.如权利要求1所述的一种危险液体检测方法，其特征在于，步骤S5)中所述数字采样，是指数据处理单元利用所述时基源产生的数字采样窗中断源作为数字采样的起始时间窗，对所述低频信号进行数字采样生成低频数字信号；所述数字信号处理是指数据处理单元对所述低频数字信号做FFT变换和计算低频数字信号时域峰峰值。

3.如权利要求2所述的一种危险液体检测方法，其特征在于，步骤S5)中，所述计算并判断待检测液体是否为危险液体是指，首先计算所述低频数字信号经过FFT变换后频域中高频分量占信号功率的比值，并与所述数据存储器中预存的第一下限数据进行第一次比较；所述比值小于第一下限数据时，待检测液体为危险液体；大于第一下限数据时所述数据处理单元计算低频数字信号的时域峰峰值，并与数据存储器中预存的第二下限数据进行第二次比较，所述时域峰峰值大于第二下限数据时，待检测液体为危险液体。

4.如权利要求3所述的一种危险液体检测方法，其特征在于，所述第一下限数据是预先对水进行检测时，所计算得出的低频信号频域中高频分量占信号功率的比值；所述第二下限数据是预先对硫酸进行检测时，所计算得出的低频信号的时域峰峰值。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的一种危险液体检测方法，其特征在于，步骤S4)中所述的等效时间取样后，在保持高频信号原有形状的基础上，在时间轴上展宽，经低通滤波后即变为所述的低频信号。