CN109900747A - 一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，包括电路板，所述电路板的上表面设置有顶层电容阵列，电路板的下表面设置有底层电容阵列；所述顶层电容阵列与底层电容阵列以电路板为对称轴对称设置；该适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，解决了市场上现有技术采样维数的限制，突破了仅能识别安全与危险的粗略分类，无需开瓶或开箱检检测，提高了液体检测的准确度，并为进一步数据分析识别液体类型提供数据采样基础；电容阵列通过布局布线和电容块的设计，提高了电容传感器的灵敏度和抗干扰性；通过阵列组合的控制方法，全方位获取待测液体介电常数变化的立体数据，为进一步液体识别提供数据。

Description

一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置

技术领域

本发明属于危险液体检测仪器技术领域，具体涉及一种适用于液体介 电常数探测的电容阵列采样装置。

背景技术

近年来，随着恐怖事件不断加重，机场、地铁、公交汽车、会场等公 共场所遭到越来越多的安全威胁，因此各种各样的高科技检测技术应用而 生。在公众场所的未知液体的检测，特别是密封的瓶装液体检测变得尤为 重要。目前常用的安全检测技术有：X射线传感器、金属探测门和金属探测 棒、以及人工检查。

对于危险液体或者液体炸弹通常只能人工检测，市场上现有液体检测 仪检测信号多为两维成像信号，仅仅只能判断危险与安全，而且需要安检 人员在旁边进行判断，即便如此，对液体的检测仍然需要开瓶或者开箱检 验；且该类仪器误报率较高，容易受外界电磁干扰。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是解决现有危险液体检测仪器仅能进行 安全性检测、错误率高、容易受到外界因素干扰的问题。

为此，本发明提供了一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装 置，包括电路板，所述电路板的上表面设置有顶层电容阵列，电路板的下 表面设置有底层电容阵列；所述顶层电容阵列与底层电容阵列以电路板为 对称轴对称设置。

所述电路板的上表面、下表面还对称设置有信号控制线。

所述电路板的上表面设置有控制接口，所述控制线的一端与顶层电容 阵列或底层电容阵列连接，控制线的另一端与控制接口连接。

所述顶层电容阵列分为内环电容阵列、外环电容阵列；所述底层电容 阵列与顶层电容阵列结构相同。

所述内环电容阵列由至少两个形状相同的电容阵列构成；所述外环电 容阵列由至少两个形状相同的电容阵列构成。

所述内环电容阵列与外环电容阵列的间距为5～10mm。

所述顶层电容阵列中至少有一块电容阵列为激励信号；对应的底层电 容阵列通过控制接口输入与激励信号相位相反的激励参考信号。

所述顶层电容阵列中至少有一块电容阵列电容信号采集源；对应的底 层电容阵列通过控制接口连通增强接收信号。

所述电路板厚度为1mm～3mm。

所述顶层电容阵列包括多个环电容阵列；所述底层电容阵列与顶层电 容阵列结构相同。

本发明的有益效果：本发明提供的这种适用于液体介电常数探测的电 容阵列采样装置，解决了市场上现有技术采样维数的限制，突破了仅能识 别安全与危险的粗略分类，无需开瓶或开箱检检测，提高了液体检测的准 确度，并为进一步数据分析识别液体类型提供数据采样基础；电容阵列通 过布局布线和电容块的设计，提高了电容传感器的灵敏度和抗干扰性；通 过阵列组合的控制方法，全方位获取待测液体介电常数变化的立体数据， 为进一步液体识别提供数据。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明电容阵列在电路板顶面的布局结构示意图。

图2是本发明电路板分层示意图。

图3是本发明电容阵列有6个电容阵列分区示意图。

图4是本发明电容阵列有8个电容阵列分区示意图。

图5是本发明电容阵列形状为环形示意图。

图6是本发明电容阵列形状为不同形状示意图。

图中：1、电路板；2、顶层电容阵列；3、底层电容阵列；4、控制线； 5、第一电容阵列；6、第二电容阵列；7、第三电容阵列；8、第四电容阵 列；9、第五电容阵列；10、第六电容阵列；11、第七电容阵列；12、第八 电容阵列；13、控制接口；14、第一环形电容阵列；15、第二环形电容阵 列；16、第三环形电容阵列；17、第四环形电容阵列；18、第五环形电容 阵列。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结 合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明 如下。

实施例1

为了解决现有危险液体检测仪器仅能进行安全性检测、误报率高、容 易受到外界因素干扰的问题。本实施例提供了一种如图1～图6所示的适用 于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，包括电路板1，所述电路板1的 上表面设置有顶层电容阵列2，电路板1的下表面设置有底层电容阵列3； 所述顶层电容阵列2与底层电容阵列3以电路板1为对称轴对称设置；所 述电路板1的上表面对称设置有信号控制线4；所述电路板1的上表面有控 制接口13，所述控制线4的一端与顶层电容阵列2或底层电容阵列3连接， 控制线4的另一端与控制接口13连接。

所述顶层电容阵列2包括多个环电容阵列；所述底层电容阵列3与顶 层电容阵列2结构相同。

所述顶层电容阵列2分为内环电容阵列、外环电容阵列；所述底层电 容阵列3与顶层电容阵列2结构相同。

所述内环电容阵列由至少两个形状相同的电容阵列构成；所述外环电 容阵列由至少两个形状相同的电容阵列构成。

该用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，通过在电路板1的上 表面设置顶层电容阵列2，在电路板1的下表面设置底层电容阵列3，而且 顶层电容阵列2与底层电容阵列3以电路板1为对称轴对称设置，并且所 述顶层电容阵列2中至少有一块电容阵列为激励信号；对应的底层电容阵 列3通过控制接口13输入与激励信号相位相反的激励参考信号；所述顶层 电容阵列2中至少有一块电容阵列电容信号采集源；对应的底层电容阵列3 通过控制接口13连通增强接收信号；外部处理器激励源产生的脉冲信号通 过控制接口送到电容阵列上的激励源电容阵列，正反激励信号相位相反， 产生的容性脉冲信号会穿过待测液体的瓶子，电容信号采集源选取的阵列 正反面通过控制接口连通，电容信号采集源获取穿过待测液体的变化的容 性脉冲星信号，通过控制接口传回外部处理器，外部处理器对信号采样并 存储，完成一次信号采集。通过多次不同阵列组合方法，选取不同组合的 激励源阵列和电容信号采集源阵列，多次不同组合获取待检液体的介电参 数的不同方位的立体数据，并传回处理器，为识别待测液体成分做好数据 准备。

如图1所示，所述顶层电容阵列2包括形状相同的第一电容阵列5、第 二电容阵列6、第三电容阵列7、第四电容阵列8、第五电容阵列9、第六 电容阵列10、第七电容阵列11、第八电容阵列12；所述第二电容阵列6、 第四电容阵列8、第六电容阵列10、第八电容阵列12构成内环电容阵列； 所述第一电容阵列5、第三电容阵列7、第五电容阵列9、第七电容阵列11构成外环电容阵列，而且如图1所示，第一电容阵列5、第二电容阵列6、 第三电容阵列7、第四电容阵列8、第五电容阵列9、第六电容阵列10、第 七电容阵列11、第八电容阵列12以圆心为中心，成中心对称；所述底层电 容阵列3与顶层电容阵列2结构相同。

所述内环电容阵列与外环电容阵列的间距为5～10mm，优先的可以选择 6mm。

所述电路板1厚度为1mm～3mm；优先的可以选择2mm；电路板1的 材质为非金属常见的PCB材质。

使用时，外部处理器通过控制接口13连接该装置，通过控制接口13 的引脚输入控制信号，选取顶面的顶层电容阵列2中的一块和其相应的底 层电容作为信号激励源，其中顶层激励信号与底层相位相反，在剩余的电 容块中选取一块或者多块作为电容信号接收源，外部处理器通过控制接口 13将选中的信号接收源，接收源与顶层电容阵列2和底层电容阵列3连通， 由于顶面与底面布局的控制线4完全一致，极大程度降低了外部信号的干扰，测试过程中，通过多次选取不同的组合，对放入在该阵列中的待测液 体进行数据采集。不同的组合，获取的数据不同，通过多次组合变化，可 以得到多维立体检测数据，将数据传回处理器，为算法识别液体成分做好 准备。

实施例2

本实施例中，如图1，电容板尺寸为12cm正方形，内层电容环的外半 径为32mm，内半径4mm，外层电容环的外半径为51mm,内半径38mm， 两两电容阵列之间的间隔为6mm，控制接口13为贴片封装。如图1，电容 阵列通过信号控制线4与控制接口连接，电路板正面的电容阵列与背面的 电容阵列关于电路板对称，信号控制线也关于电路板轴对称，背面的信号线在控制接口附近打孔与控制接口相连。

本实例中，外部处理器通过控制接口13选取电容阵列作为激励信号源， 例如选择电容阵列6作为信号激励源，顶层电容阵列6输入脉冲激励信号， 底层电容阵列6输入相位相反的参考激励信号；也可同时选取电容阵列6 和8作为激励信号源，选取的组合可以为8组电容阵列中任意的组合。

外部处理器通过控制接口13选取信号接收源，例如选取电容阵列5， 或者可选取电容阵列7和9，或者除激励信号源选取外的任意组合均可。选 取的信号接收源顶层与底层通过控制接口13连接，最大程度接收变化的激 励信号。

当待检测液体放置在该实例装置中央，外部处理器通过控制接口13选 择激励信号源与信号接收源，采集一次数据；通过多次不同的组合，选择 不同的激励信号源与信号接收源，多次采集不同的待测液体数据，形成多 维立体数据，并传回外部处理器，为识别做好准备。

实施例3

本实施例中，如图3，电容阵列只有6个电容阵列，分为3个Area(区)； 其中电容阵列区划分可以更多，如图4，有8个Area。顶层电容阵列布局 中心对称；可有底层电容阵列关于电路板对称，也可选择底层无电容阵列； 电容阵列的环形布局可选择内环、外环两层，但不局限于两层，环形布局 可为一层，也可为3层或者更多环形布局。

本实施例中信号控制线、控制接口、控制方法与实施例1相同。

实施例4

本实施例中，如图5，电容阵列形状为环形，包括第一环形电容阵列 14、第二环形电容阵列15、第三环形电容阵列16、第四环形电容阵列17、 第五环形电容阵列18；所有的环形电容阵列中心对称，每个电容环形阵列 宽度可变，间距可变，环形数量可设为任意数，电容阵列可只有顶层，也 可同时拥有顶层、底层电容阵列。其余与实施例1相同，控制方法与实施 例1相同。

实施例5

本实施例中，如图6，电容阵列形状为不同形状，布局无对称性，每个 电容阵列布局位置可任意，数量可设为任意数，其余与实施例4相同，控 制方法与实施例1相同。

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 (10)

1.一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：包括电路板(1)，所述电路板(1)的上表面设置有顶层电容阵列(2)，电路板(1)的下表面设置有底层电容阵列(3)；所述顶层电容阵列(2)与底层电容阵列(3)以电路板(1)为对称轴对称设置。

2.如权利要求1所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述电路板(1)的上表面、下表面还对称设置有信号控制线(4)。

3.如权利要求2所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述电路板(1)的上表面设置有控制接口(13)，所述控制线(4)的一端与顶层电容阵列(2)或底层电容阵列(3)连接，控制线(4)的另一端与控制接口(13)连接。

4.如权利要求1所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述顶层电容阵列(2)分为内环电容阵列、外环电容阵列；所述底层电容阵列(3)与顶层电容阵列(2)结构相同。

5.如权利要求4所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述内环电容阵列由至少两个形状相同的电容阵列构成；所述外环电容阵列由至少两个形状相同的电容阵列构成。

6.如权利要求4所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述内环电容阵列与外环电容阵列的间距为5～10mm。

7.如权利要求3所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述顶层电容阵列(2)中至少有一块电容阵列为激励信号；对应的底层电容阵列(3)通过控制接口(13)输入与激励信号相位相反的激励参考信号。

8.如权利要求3所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述顶层电容阵列(2)中至少有一块电容阵列电容信号采集源；对应的底层电容阵列(3)通过控制接口(13)连通增强接收信号。

9.如权利要求1所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述电路板(1)厚度为1mm～3mm。

10.如权利要求1所述的一种适用于液体介电常数探测的电容阵列采样装置，其特征在于：所述顶层电容阵列(2)包括多个环电容阵列；所述底层电容阵列(3)与顶层电容阵列(2)结构相同。