CN105092664B - 一种柠檬酸溶液浓度检测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柠檬酸溶液浓度检测装置和方法。该装置包括计算机、采集单元和采集工作台，采集单元包括细胞电极板、声表面波谐振器和转换单元，采集工作台包括底座，底座上设置有放置槽，放置槽包括第一凹槽和第二凹槽，放置槽上方设有滴液室，滴液室底部设有与滴液室连通的微量泵，微量泵底部设有与微量泵连通的滴液头，滴液室顶部设有进液口，滴液室内还设有清洗机构和排水机构，滴液室上方设有圆盘，圆盘上绕圆心设有若干个储液腔，储液腔底部与进液口对应的位置设有出液口，出液口上设有出液电磁阀，滴液室顶部设有驱动圆盘转动的驱动电机。本发明结构简单，成本低，能够快速准确的检测出柠檬酸溶液的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及溶液浓度检测技术领域，尤其涉及一种柠檬酸溶液浓度检测装置和方法。
背景技术
现有的柠檬酸溶液浓度检测技术方法有仪器分析检测法和化学检测法，仪器分析检测法虽然操作简单，但是存在设备体积大、费用昂贵、检测精度低的缺陷；化学检测法存在操作繁琐，重复性差的不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有柠檬酸溶液浓度检测装置成本高、检测精度较低的技术问题，提供了一种柠檬酸溶液浓度检测装置和方法，其结构简单，成本低，能够快速准确的检测出柠檬酸溶液的浓度。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种柠檬酸溶液浓度检测装置，包括计算机、采集单元和采集工作台，所述采集单元包括细胞电极板、声表面波谐振器和转换单元，所述采集工作台包括底座，所述底座上设置有放置槽，所述放置槽上方设有滴液室，所述滴液室底部设有与滴液室连通的微量泵，所述微量泵底部设有与微量泵连通的滴液头，所述滴液室顶部设有进液口，所述滴液室内还设有清洗机构和排水机构，所述滴液室上方设有圆盘，所述圆盘上绕圆心设有若干个储液腔，所述储液腔底部与进液口对应的位置设有出液口，所述出液口上设有出液电磁阀，所述滴液室顶部设有驱动圆盘转动的驱动电机，所述放置槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽位于排水机构的出水口下方，所述第二凹槽位于滴液头下方，所述第一凹槽底部和第二凹槽底部都设有排水孔，所述排水孔通过排水管路与外部废水存储装置连接，所述声表面波谐振器分别与细胞电极板和转换单元电连接，所述计算机分别与转换单元、微量泵、清洗机构、排水机构、出液电磁阀和驱动电机电连接。
在本技术方案中，预先取得不同浓度的柠檬酸溶液，将不同浓度的柠檬酸溶液分别倒入圆盘上的各个储液腔内，将细胞电极板放置在放置槽内，且细胞电极板位于滴液头下方。
启动柠檬酸溶液浓度检测装置工作，计算机控制圆盘上与滴液室对应的储液腔上的出液电磁阀开启(与滴液室对应的储液腔上的出液口与滴液室上的进液口对准)，储液腔内的柠檬酸溶液通过进液口注入滴液室。接着计算机控制微量泵工作，微量泵控制滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次。滴液室内的柠檬酸溶液通过滴液头滴到细胞电极板上，细胞电极板产生特异性电流响应，电流响应被声表面波谐振器捕捉到以频率形式输出到转换单元，转换单元检测频率信号，并输出频率响应曲线到计算机。计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，得到该柠檬酸溶液的输出信噪比
滴液结束后，排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干。接着，计算机通过驱动电机驱动圆盘顺时针转动一定角度，使下一个储液腔转动到与滴液室对应的位置，接着重复上述步骤检测出该储液腔内柠檬酸溶液的输出信噪比，然后排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干。如此循环直到检测出圆盘上所有储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，预先取得的柠檬酸溶液的浓度分别为k1，k2，...，kN，其对应的输出信噪比分别为SNR1，SNR2，...，SNRN，计算机将点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(kN，SNRN)拟合成一条直线，根据拟合的直线得到柠檬酸溶液的预测模型：
检测未知浓度的待测柠檬酸溶液时，只要将待测柠檬酸溶液倒入与圆盘上与滴液室对应的储液腔内，重复上述步骤得到该柠檬酸溶液的输出信噪比SNR，将该输出信噪比SNR代入柠檬酸溶液的预测模型：从而计算出待测柠檬酸溶液的浓度k。本发明构简单，成本低，每次滴液完成后，清洗机构会对滴液室进行清洗吹干，保证下一次注入滴液室的柠檬酸溶液的浓度不会受到杂质干扰，提高了检测精度，检测装置由计算机控制自动工作，检测速度快，提高了检测效率。
作为优选，所述细胞电极板包括基板，所述基板上设有工作电极、对电极和两个参比电极，所述工作电极包括前端的圆形部，该圆形部由泡沫铜制成，该泡沫铜上镀有一层镀金层，所述镀金层上设有小鼠菌状味蕾味觉受体细胞，所述对电极的前端和参比电极的前端呈弧形围绕在圆形部外侧，所述工作电极前端、对电极前端和参比电极前端外侧涂有油漆涂层。对电极、参比电极和工作电极的上表面均高于基板上表面0.5至1厘米，基板由ST切型石英制成，对电极和参比电极由钨制成，工作电极由泡沫铜材料制成，泡沫铜为均匀分布的三维网状孔结构，其具有多层稳定的网状结构且连接紧密，网状结构不易变形及塌陷，这使得细胞能够进入泡沫铜结构内部，使得细胞能更好的附着在电极上，镀金层相比泡沫铜毒性更低，与细胞接触使得细胞活性更好，也使得检测灵敏度更好。
作为优选，所述转换单元包括振荡电路和频率检测器，所述声表面波谐振器通过振荡电路与频率检测器电连接，所述频率检测器与计算机电连接。
作为优选，所述清洗机构包括进气口和进水口，所述滴液室通过一个连接管路与进气口和进水口连通，所述进气口与气泵相连，所述进水口与水泵相连，所述水泵与水箱相连，所述进气口设有进气电磁阀，所述进水口设有进水电磁阀，所述气泵、水泵、进气电磁阀和进水电磁阀分别与计算机电连接。对滴液室进行清洗时，先关闭进气电磁阀，启动水泵、开启进水电磁阀，水泵向滴液室内注入清水清洗，接着排水机构将水排出，关闭水泵和进水电磁阀，启动气泵、开启进气电磁阀，气泵向滴液室内通入空气将滴液室吹干。
作为优选，所述清洗机构还包括设置在滴液室内的搅拌机构，所述搅拌机构包括水平设置的中空的横杆和纵向设置的中空的纵杆，所述横杆中段的底部通过轴承套设在纵杆的顶端，所述横杆内的空腔与纵杆内的空腔连通，所述横杆一端的前侧面和横杆另一端的后侧面设有若干个通孔，所述通孔与横杆内空腔连通，所述纵杆设置在滴液室底部，所述纵杆内的空腔通过连接管路与进气口和进水口连通。清洗时，清水从纵杆通入横杆，并从横杆的通孔内排出，清水从通孔内排出时带动横杆转动，当滴液室内清水达到一定量时，横杆转动搅拌清水，使滴液室清洗更彻底。在排水机构排出清水后，空气通入横杆，并从通孔排出，横杆转动，加速滴液室内气流流动，加快滴液室干燥速度。而且，在储液腔将溶液注入滴液室时，通入空气使横杆转动，横杆搅拌溶液使空气与溶液更好的混合，增加溶液含氧量，从而使细胞电极板上的细胞存活更长的时间。
作为优选，所述清洗机构还包括空气加热器，所述空气加热器的出风口与气泵的进风口连通，所述空气加热器与计算机电连接。在清洗时，加热装置工作，气泵向滴液室内通入热空气，加快滴液室干燥速度，在增加滴液室内溶液含氧量时，加热装置不工作，气泵向滴液室内通入常温状态下的空气。
作为优选，所述排水机构包括设置在滴液室底部的排水管，所述排水管与滴液室连通，所述排水管上设有排水电磁阀，所述排水电磁阀与计算机电连接。
本发明的一种柠檬酸溶液浓度检测方法，包括以下步骤：
S1：将待测柠檬酸溶液倒入圆盘上与滴液室对应的储液腔内，接着将储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室；
S2：滴液头将柠檬酸溶液滴到细胞电极板上，微量泵控制滴液头的滴液量和滴液时间，滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次，滴液结束后排出滴液室内的剩余溶液，并对滴液室进行清洗吹干；
S3：声表面波谐振器采集细胞电极板上的信号发送到转换单元，转换单元输出频率响应曲线到计算机，计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到170-180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，
其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；
噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ，
其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为
得到待测柠檬酸溶液的输出信噪比为
S4：将得到的输出信噪比SNR代入柠檬酸溶液浓度预测模型：计算出待测柠檬酸溶液的浓度k。
作为优选，所述柠檬酸溶液浓度预测模型通过以下步骤得到：
N1：预先取得不同浓度的柠檬酸溶液，将不同浓度的柠檬酸溶液分别倒入圆盘上的各个储液腔内；
N2：计算机控制圆盘上与滴液室对应的储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，滴液室内的柠檬酸溶液通过滴液头滴到细胞电极板上，微量泵控制滴液头的滴液量和滴液时间，滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次；
N3：滴液结束后，排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干；
N4：声表面波谐振器采集细胞电极板上的信号发送到转换单元，转换单元输出频率响应曲线到计算机，计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到170-180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，得到该柠檬酸溶液的输出信噪比；
N5：计算机控制圆盘转动一定角度，将下一个储液腔转动到与滴液室对应的位置，将该储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，重复执行步骤N2至步骤N4，得到该储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，接着圆盘再转动一定角度，检测出下一个储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，如此循环直到检测出圆盘上所有储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比；
N6：预先取得的柠檬酸溶液的浓度分别为k1，k2，...，kN，其对应的输出信噪比分别为SNR1，SNR2，...，SNRN，计算机将点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(kN，SNRN)拟合成一条直线，根据拟合的直线得到柠檬酸溶液的预测模型：
本发明的实质效果是：结构简单，成本低，每次滴液完成后，清洗机构会对滴液室进行清洗吹干，保证下一次注入滴液室的柠檬酸溶液的浓度不会受到杂质干扰，提高了检测精度，检测装置由计算机控制自动工作，检测速度快，提高了检测效率。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的圆盘的一种结构示意图；
图3是本发明的一种电路原理连接框图；
图4是本发明的细胞电极板的一种结构示意图；
图5是本发明的横杆的一种结构示意图；
图6是本发明的声表面波谐振器的一种结构示意图。
图中：1、计算机，2、细胞电极板，3、声表面波谐振器，4、转换单元，5、底座，6、放置槽，7、滴液室，8、微量泵，9、滴液头，10、进液口，11、圆盘，12、储液腔，13、出液口，14、出液电磁阀，15、驱动电机，16、基板，17、工作电机，18、对电极，19、参比电极，20、油漆涂层，21、进气口，22、进水口，23、气泵，24、水泵，25、进气电磁阀，26、进水电磁阀，27、横杆，28、纵杆，29、通孔，30、空气加热器，31、排水管，32、排水电磁阀，33、压电基片，34、叉指换能器，35、反射栅，36、增益栅，37、吸声件，38、连接端，39、连接套，40、单向阀，41、第一凹槽，42、第二凹槽，43、排水孔，44、定位基座，45、升降器，46、语音输出单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种柠檬酸溶液浓度检测装置，如图1、图2、图3所示，包括计算机1、采集单元和采集工作台，采集单元包括细胞电极板2、声表面波谐振器3和转换单元4，采集工作台包括底座5，底座5上设置有放置槽6、升降器45和语音输出单元46，放置槽6上方设有滴液室7，滴液室7通过连接机构与升降器45相连，滴液室7底部设有与滴液室7连通的微量泵8，微量泵8底部设有与微量泵8连通的滴液头9，滴液室7顶部设有进液口10，滴液室7内还设有清洗机构和排水机构，滴液室7上方设有圆盘11，圆盘11上绕圆心设有若干个储液腔12，储液腔12底部与进液口10对应的位置设有出液口13，出液口13上设有出液电磁阀14，滴液室7顶部设有驱动圆盘11转动的驱动电机15。
清洗机构包括进气口21、进水口22和设置在滴液室内的搅拌机构，搅拌机构包括水平设置的中空的横杆27和纵向设置的中空的纵杆28，如图5所示，横杆27中段的底部通过轴承套设在纵杆28的顶端，横杆27内的空腔与纵杆28内的空腔连通，横杆27一端的前侧面和横杆27另一端的后侧面设有若干个通孔29，通孔29与横杆27内空腔连通，纵杆28设置在滴液室7底部，纵杆28内的空腔通过一个连接管路与进气口21和进水口22连通，进气口21与气泵23相连，进水口22与水泵24相连，水泵24与水箱相连，进气口21设有进气电磁阀25，进水口22设有进水电磁阀26。排水机构包括设置在滴液室7底部的排水管31，排水管31与滴液室7连通，排水管31上设有排水电磁阀32。
声表面波谐振器3分别与细胞电极板2和转换单元4电连接，计算机1分别与转换单元4、微量泵8、驱动电机15、出液电磁阀14、进气电磁阀25、进水电磁阀26、排水电磁阀32、气泵23、水泵24、升降器45和语音输出电路46电连接。转换单元4包括振荡电路和频率检测器，声表面波谐振器3通过振荡电路与频率检测器电连接，频率检测器与计算机1电连接。
放置槽6包括第一凹槽41和第二凹槽42，第一凹槽41位于排水管31下方，第二凹槽42位于滴液头9下方，第二凹槽42内设有定位基座44，定位基座44上设有与细胞电极板2配合的定位槽，定位基座44的侧壁倾斜设置，第一凹槽41底部和第二凹槽42底部都设有排水孔43，排水孔43通过排水管路与外部废水存储装置连接。驱动电机15的转轴上套设有连接套39，圆盘11与连接套39可拆卸连接，便于圆盘拆下清洗。进气口21位于进水口22上方。连接管路上设有单向阀40，防止液体回流。升降器用于控制滴液室升降，从而将滴液头调整到合适的位置。语音输出单元用于输出语音提示和检测结果。滴液室和圆盘之间存在间隙。
如图4所示，细胞电极板2包括基板16，基板16上设有工作电极17、对电极18和两个参比电极19，工作电极17包括前端的圆形部，该圆形部由泡沫铜制成，该泡沫铜上镀有一层镀金层，镀金层上设有小鼠菌状味蕾味觉受体细胞，对电极18的前端和参比电极19的前端呈弧形围绕在圆形部外侧，工作电极17前端、对电极18前端和参比电极19前端外侧涂有油漆涂层20。对电极18、参比电极19和工作电极17的上表面均高于基板16上表面1厘米，基板16由ST切型石英制成，对电极18和参比电极19由钨制成，工作电极18由泡沫铜材料制成，泡沫铜为均匀分布的三维网状孔结构，其具有多层稳定的网状结构且连接紧密，网状结构不易变形及塌陷，这使得细胞能够进入泡沫铜结构内部，使得细胞能更好的附着在电极上，镀金层相比泡沫铜毒性更低，与细胞接触使得细胞活性更好，也使得检测灵敏度更好。两个参比电极之间没有电压差，相当于他们之间有一个电压恒定的区域，整个区域作为电压参考，有利提高检测的稳定性。
如图6所示，声表面波谐振器3包括压电基片33、叉指换能器34、两个反射栅35、设于反射栅35两侧的四个增益栅36和分别设置于两个反射栅35的远离叉指换能器34一侧的两个吸声件37，对电极18和工作电极17分别与设于叉指换能器34上的两个连接端38电连接，参比电极19通过5V偏置直流电压与工作电极17连接。
预先取得不同浓度的柠檬酸溶液，将不同浓度的柠檬酸溶液分别倒入圆盘上的各个储液腔内，将细胞电极板放置在定位基座的定位槽内，此时细胞电极板位于滴液头下方。
启动柠檬酸溶液浓度检测装置工作，计算机控制圆盘上与滴液室对应的储液腔上的出液电磁阀开启(与滴液室对应的储液腔上的出液口与滴液室上的进液口对准)，储液腔内的柠檬酸溶液通过进液口注入滴液室。接着计算机控制微量泵工作，微量泵控制滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次。滴液室内的柠檬酸溶液通过滴液头滴到细胞电极板上，细胞电极板产生特异性电流响应，电流响应被声表面波谐振器捕捉到以频率形式输出到转换单元，转换单元检测频率信号，并输出频率响应曲线到计算机。计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，得到该柠檬酸溶液的输出信噪比
滴液结束后，排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干。接着，计算机通过驱动电机驱动圆盘顺时针转动一定角度，使下一个储液腔转动到与滴液室对应的位置，接着重复上述步骤检测出该储液腔内柠檬酸溶液的输出信噪比，然后排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干。如此循环直到检测出圆盘上所有储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，预先取得的柠檬酸溶液的浓度分别为k1，k2，...，kN，其对应的输出信噪比分别为SNR1，SNR2，...，SNRN，计算机将点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(kN，SNRN)拟合成一条直线，根据拟合的直线得到柠檬酸溶液的预测模型：
检测未知浓度的待测柠檬酸溶液时，只要将待测柠檬酸溶液倒入与圆盘上与滴液室对应的储液腔内，重复上述步骤得到该柠檬酸溶液的输出信噪比SNR，将该输出信噪比SNR代入柠檬酸溶液的预测模型：从而计算出待测柠檬酸溶液的浓度k。
清洗机构还包括空气加热器30，空气加热器30的出风口与气泵23的进风口连通，空气加热器30与计算机1电连接。每次滴液结束后，排水机构先将滴液室内的剩余溶液排出，接着排水电磁阀关闭，进行清洗。关闭进气电磁阀，启动水泵、开启进水电磁阀，清水从纵杆通入横杆，并从横杆的通孔内排出，清水从通孔内排出时带动横杆转动，当滴液室内清水达到一定量时，横杆转动搅拌清水，使滴液室清洗更彻底。接着排水机构将水排出，关闭水泵和进水电磁阀，启动气泵、空气加热器、开启进气电磁阀，气泵向滴液室内通入热空气将滴液室吹干。在排水机构排出清水后，热空气通入横杆，并从通孔排出，横杆转动，加速滴液室内气流流动，加快滴液室干燥速度。
在储液腔将溶液注入滴液室时，通入常温空气使横杆转动，横杆搅拌溶液使空气与溶液更好的混合，增加溶液含氧量，从而使细胞电极板上的细胞存活更长的时间。
本实施例的一种柠檬酸溶液浓度检测方法，适用于上述的柠檬酸溶液浓度检测装置，包括以下步骤：
S1：将细胞电极板放入放置槽内，将待测柠檬酸溶液倒入圆盘上与滴液室对应的储液腔内，接着升降器将滴液头调整到指定位置，然后将储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，储液腔内的溶液全部注入滴液室后，通入常温空气一段时间使横杆转动，横杆搅拌溶液使空气与溶液更好的混合，增加溶液含氧量，从而使细胞电极板上的细胞存活更长的时间；
S2：滴液头将柠檬酸溶液滴到细胞电极板上，微量泵控制滴液头的滴液量和滴液时间，滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次，滴液结束后，打开排水电磁阀，将滴液室内的剩余溶液排出，排出后关闭排水电磁阀，接着启动水泵、开启进水电磁阀通入清水，对滴液室进行清洗，清洗后关闭水泵和进水电磁阀，再打开排水电磁阀排出水，然后启动气泵、空气加热器、开启进气电磁阀，通入热空气将滴液室吹干，最后关闭排水电磁阀、气泵、空气加热器和进气电磁阀；
S3：声表面波谐振器采集细胞电极板上的信号发送到转换单元，转换单元输出频率响应曲线到计算机，计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，
其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；
噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ，
其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为
得到待测柠檬酸溶液的输出信噪比为
S4：将得到的输出信噪比SNR代入柠檬酸溶液浓度预测模型：计算出待测柠檬酸溶液的浓度。
当模型共振时，质点在某个位置产生共振，此时角频率Ω、衰减系数r、相关率λ、系数b、常数a、q都已经确定，因此可以计算出信噪比SNR。
柠檬酸溶液浓度预测模型通过以下步骤得到：
N1：预先取得不同浓度的柠檬酸溶液，将不同浓度的柠檬酸溶液分别倒入圆盘上的各个储液腔内，将细胞电极板放入放置槽内，接着升降器将滴液头调整到指定位置；
N2：计算机控制圆盘上与滴液室对应的储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，滴液室内的柠檬酸溶液通过滴液头滴到细胞电极板上，微量泵控制滴液头的滴液量和滴液时间，滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次；
N3：滴液结束后，排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干；
N4：声表面波谐振器采集细胞电极板上的信号发送到转换单元，转换单元输出频率响应曲线到计算机，计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，得到该柠檬酸溶液的输出信噪比；
N5：计算机控制圆盘转动一定角度，将下一个储液腔转动到与滴液室对应的位置，将该储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，重复执行步骤N2至步骤N4，得到该储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，接着圆盘再转动一定角度，检测出下一个储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，如此循环直到检测出圆盘上所有储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比；
N6：预先取得的柠檬酸溶液的浓度分别为k1，k2，...，kN，其对应的输出信噪比分别为SNR1，SNR2，...，SNRN，计算机将点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(kN，SNRN)拟合成一条直线，根据拟合的直线得到柠檬酸溶液的预测模型：
步骤N4中计算机在接收到的频率响应曲线上采样时，对滴液头前30次滴液期间测得的频率不进行采样，因为在对每个储液腔内溶液进行检测的滴液初期细胞电极板上残留有上一次检测的溶液，经过前30次滴液后，细胞电极板上上一次检测的溶液被清洗掉，保证了检测精度。
Claims (5)
1.一种柠檬酸溶液浓度检测装置，其特征在于：包括计算机(1)、采集单元和采集工作台，所述采集单元包括细胞电极板(2)、声表面波谐振器(3)和转换单元(4)，所述采集工作台包括底座(5)，所述底座(5)上设置有放置槽(6)，所述放置槽(6)上方设有滴液室(7)，所述滴液室(7)底部设有与滴液室(7)连通的微量泵(8)，所述微量泵(8)底部设有与微量泵连通的滴液头(9)，所述滴液室(7)顶部设有进液口(10)，所述滴液室(7)内还设有清洗机构和排水机构，所述滴液室(7)上方设有圆盘(11)，所述圆盘(11)上绕圆心设有若干个储液腔(12)，所述储液腔(12)底部与进液口(10)对应的位置设有出液口(13)，所述出液口(13)上设有出液电磁阀(14)，所述滴液室(7)顶部设有驱动圆盘转动的驱动电机(15)，所述放置槽(6)包括第一凹槽(41)和第二凹槽(42)，所述第一凹槽(41)位于排水机构的出水口下方，所述第二凹槽(42)位于滴液头(9)下方，所述第一凹槽(41)底部和第二凹槽(42)底部都设有排水孔(43)，所述排水孔(43)通过排水管路与外部废水存储装置连接，所述声表面波谐振器(3)分别与细胞电极板(2)和转换单元(4)电连接，所述计算机(1)分别与转换单元(4)、微量泵(8)、清洗机构、排水机构、出液电磁阀(14)和驱动电机(15)电连接，所述清洗机构包括进气口(21)和进水口(22)，所述滴液室(7)通过一个连接管路与进气口(21)和进水口(22)连通，所述进气口(21)与气泵(23)相连，所述进水口(22)与水泵(24)相连，所述水泵(24)与水箱相连，所述进气口(21)设有进气电磁阀(25)，所述进水口(22)设有进水电磁阀(26)，所述气泵(23)、水泵(24)、进气电磁阀(25)和进水电磁阀(26)分别与计算机(1)电连接，所述清洗机构还包括设置在滴液室(7)内的搅拌机构，所述搅拌机构包括水平设置的中空的横杆(27)和纵向设置的中空的纵杆(28)，所述横杆(27)中段的底部通过轴承套设在纵杆(28)的顶端，所述横杆(27)内的空腔与纵杆(28)内的空腔连通，所述横杆(27)一端的前侧面和横杆(27)另一端的后侧面设有若干个通孔(29)，所述通孔(29)与横杆(27)内空腔连通，所述纵杆(28)设置在滴液室(7)底部，所述纵杆(28)内的空腔通过连接管路与进气口(21)和进水口(22)连通，所述清洗机构还包括空气加热器(30)，所述空气加热器(30)的出风口与气泵(23)的进风口连通，所述空气加热器(30)与计算机(1)电连接，所述排水机构包括设置在滴液室(7)底部的排水管(31)，所述排水管(31)与滴液室(7)连通，所述排水管(31)上设有排水电磁阀(32)，所述排水电磁阀(32)与计算机(1)电连接；每次滴液结束后，排水机构先将滴液室内的剩余溶液排出，接着排水电磁阀关闭，进行清洗；关闭进气电磁阀，启动水泵、开启进水电磁阀，清水从纵杆通入横杆，并从横杆的通孔内排出，清水从通孔内排出时带动横杆转动，当滴液室内清水达到一定量时，横杆转动搅拌清水，使滴液室清洗更彻底；接着排水机构将水排出，关闭水泵和进水电磁阀，启动气泵、空气加热器、开启进气电磁阀，气泵向滴液室内通入热空气将滴液室吹干；在排水机构排出清水后，热空气通入横杆，并从通孔排出，横杆转动，加速滴液室内气流流动，加快滴液室干燥速度。
2.根据权利要求1所述的一种柠檬酸溶液浓度检测装置，其特征在于：所述细胞电极板(2)包括基板(16)，所述基板(16)上设有工作电极(17)、对电极(18)和两个参比电极(19)，所述工作电极(17)包括前端的圆形部，该圆形部由泡沫铜制成，该泡沫铜上镀有一层镀金层，所述镀金层上设有小鼠菌状味蕾味觉受体细胞，所述对电极(18)的前端和参比电极(19)的前端呈弧形围绕在圆形部外侧，所述工作电极(17)前端、对电极(18)前端和参比电极(19)前端外侧涂有油漆涂层(20)。
3.根据权利要求1所述的一种柠檬酸溶液浓度检测装置，其特征在于：所述转换单元(4)包括振荡电路和频率检测器，所述声表面波谐振器(3)通过振荡电路与频率检测器电连接，所述频率检测器与计算机(1)电连接。
4.一种柠檬酸溶液浓度检测方法，适用于权利要求1-3中任一权利要求所述的一种柠檬酸溶液浓度检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将待测柠檬酸溶液倒入圆盘上与滴液室对应的储液腔内，接着将储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室；
S2：滴液头将柠檬酸溶液滴到细胞电极板上，微量泵控制滴液头的滴液量和滴液时间，滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次，滴液结束后排出滴液室内的剩余溶液，并对滴液室进行清洗吹干；
S3：声表面波谐振器采集细胞电极板上的信号发送到转换单元，转换单元输出频率响应曲线到计算机，计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到170-180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，
其中，x(t)是振动质点的位移，Ω为角频率，r和ω分别是设定的衰减系数和线性振动质点的频率，c是设定的信号调解系数，b是设定的二次噪声ξ2(t)的系数，ξ(t)为三歧噪声，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪声的歧化过程遵循泊松分布，其概率分布为ps(a)＝ps(-a)＝q，ps(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5；
噪声均值与相关性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa2e-λτ，
其中λ为相关率，三歧噪声ξ(t)的平直度为
得到待测柠檬酸溶液的输出信噪比为
S4：将得到的输出信噪比SNR代入柠檬酸溶液浓度预测模型：计算出待测柠檬酸溶液的浓度k。
5.根据权利要求4所述的一种柠檬酸溶液浓度检测方法，其特征在于：所述柠檬酸溶液浓度预测模型通过以下步骤得到：
N1：预先取得不同浓度的柠檬酸溶液，将不同浓度的柠檬酸溶液分别倒入圆盘上的各个储液腔内；
N2：计算机控制圆盘上与滴液室对应的储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，滴液室内的柠檬酸溶液通过滴液头滴到细胞电极板上，微量泵控制滴液头的滴液量和滴液时间，滴液头每间隔2.4秒滴液一次，每次滴液量为0.05ml，总共滴液290次；
N3：滴液结束后，排水机构将滴液室内剩余的柠檬酸溶液排出，清洗机构对滴液室进行清洗吹干；
N4：声表面波谐振器采集细胞电极板上的信号发送到转换单元，转换单元输出频率响应曲线到计算机，计算机在接收到的频率响应曲线上采样，得到170-180个采样值，将采样值作为输入数据S(t)，输入二阶线性系统随机共振模型中，并使二阶线性系统随机共振模型共振，得到该柠檬酸溶液的输出信噪比；
N5：计算机控制圆盘转动一定角度，将下一个储液腔转动到与滴液室对应的位置，将该储液腔内的柠檬酸溶液注入滴液室，重复执行步骤N2至步骤N4，得到该储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，接着圆盘再转动一定角度，检测出下一个储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比，如此循环直到检测出圆盘上所有储液腔内的柠檬酸溶液的输出信噪比；
N6：预先取得的柠檬酸溶液的浓度分别为k1，k2，...，kN，其对应的输出信噪比分别为SNR1，SNR2，...，SNRN，计算机将点(k1，SNR1)，(k2，SNR2)，...，(kN，SNRN)拟合成一条直线，根据拟合的直线得到柠檬酸溶液的预测模型：
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