CN112710707A - 基于介电常数和超声检测的液体识别装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于介电常数和超声检测的液体识别装置及方法，解决了现有技术中不能高效、精准进行液体安检识别的问题。该装置包括：测量单元、超声波检测装置、介电常数检测装置、处理器和指示装置；处理器用于通过比较待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定待测液体是否满足第一安全条件，若待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置发出报警信息；根据容器测量宽度和超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在待测液体中的传播速度，通过比较超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件，若待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置发出报警信息。
Description
技术领域
本发明涉及液体安检技术领域，尤其涉及一种基于介电常数和超声检测的液体识别装置及方法。
背景技术
近年来，安检领域对公民随身携带的液体进行危险性的辨别的要求越来越高，针对非金属容器内或金属容器内的液体进行检测，需识别液体的范围也越来越广。
多种多样的危险液体检测仪已在市场上得到普遍应用，但随着对危险液体检测的要求越来越高，被检测的危险液体的范围越来越广，目前的危险液体检测仪很难满足客户的需求，对于少数特定的危险液体存在较高的误报率或漏报率。
因此，现有技术中需要一种能够高效、精准进行液体安检识别装置与方法。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于介电常数和超声检测的液体识别装置及方法，用以解决现有的不能高效、精准检测危险液体的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种基于介电常数和超声检测的液体识别装置，包括：
测量单元，用于检测装有待测液体的容器的测量宽度；
超声波检测装置，用于检测超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差；
介电常数检测装置，用于检测待测液体的介电常数；
处理器，用于通过比较所述待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定所述待测液体是否满足第一安全条件，若所述待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置发出报警信息；若所述待测液体满足第一安全条件，则根据容器宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在所述待测液体中的传播速度，通过比较超声波在所述待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定所述待测液体是否满足第二安全条件，若所述待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置发出报警信息；
指示装置，用于接收所述处理器的控制信号，以发出报警信息。
进一步地，所述测量单元为直线位移传感器。
进一步地，所述超声波检测装置包括：
超声波发生器，包括超声波发射电路和超声波发射探头，所述超声波发射电路用于在处理器的控制下驱动超声波发射探头发出超声波；
超声波接收器，包括超声波接收电路和超声波接收探头；所述超声波接收探头将超声波信号转换成电信号，所述超声波接收电路用于对所述电信号进行处理，并将处理后的数据传送至处理器。
进一步地，所述介电常数检测装置包括多个在同一平面平行排列的板状电容传感电极和交流激励源，其中，所述板状电容传感电极之间的间隙相同，在检测状态时贴近容器表面设置。
进一步地，所述第一安全条件为：待测液体的介电常数与预先存储的安全液体的介电常数匹配。
进一步地，所述第二安全条件为：超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声波在安全液体中的传播速度匹配。
进一步地，还包括：温度传感器，用于检测容器温度；
所述处理器根据检测得到的容器温度、容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差，计算超声波在容器温度下的待测液体中的传播速度，通过比较超声波在容器温度下的待测液体中的传播速度和预先存储的相同温度下的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件。
进一步地，所述直线位移传感器、所述超声波发射探头和所述超声波接收探头联动，当对所述容器进行超声检测时，所述超声波发射探头和超声波接收探头紧贴容器壁。
进一步地，所述指示装置为蜂鸣器、振动装置、显示器和/或指示灯。
在本发明的实施方式的另一方面中，提供了一种基于介电常数和超声检测的液体识别方法，包括：
检测装有待测液体的容器的测量宽度；
检测超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差；
检测待测液体的介电常数；
通过比较所述待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定待测液体是否满足第一安全条件，若待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置发出报警信息；若待测液体满足第一安全条件，则根据容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在待测液体中的传播速度，通过比较超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件，若待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置发出报警信息；
接收所述处理器的控制信号，以发出报警信息。
本发明的有益效果：
本发明基于介电常数和超声检测的液体识别装置及方法，采用介电常数检测和超声波检测相互结合的技术方案，介电常数检测技术主要检测在介电常数上与水存在明显差异，易于区分出来的危险液体；超声波检测装置辅助液体安检识别装置可以区分与水的介电常数相近，密度和水不同的危险液体液体，使得液体检测准确度和检测效率得到大幅提高。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本申请一个实施例所示的基于介电常数和超声检测的液体识别装置的结构示意图；
图2为本申请一个实施例所示的基于介电常数和超声检测的液体识别装置模块连接示意图；
图3为本申请一个实施例所示的超声波检测模块示意图；
图4为本申请一个实施例所示的介电常数检测模块示意图；
图5为本申请一个实施例所示的介电常数检测模块板状电容传感电极示意图；
图6为本申请一个实施例所示的介电常数检测模块板状电容传感电极电极间电场线示意图；
图7为本申请另一个实施例所示的基于介电常数和超声检测的液体识别方法流程图；
附图标记：
10-测量单元，20-超声波检测装置，30-介电常数检测装置，40-处理器，50-指示装置，60-温度传感器；101-直线位移传感器，201-超声波发射电路，202-超声波发射探头，203-超声波接收电路，204-超声波接收探头，301-板状电容传感电极，302-交流激励源。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
经过发明人的大量研究和实验，发现对液体的检测，可以采用介电常数法进行，但是实际测试时因为存在与水介电常数相近的危险液体，介电常数检测却误认为是安全液体，而未进行危险液体报警的缺陷。因此，采用超声波检测方法进行辅助测试，用于区分与水介电常数相近、密度和水不同的液体，从而对介电常数不能有效进行与水介电常数相近的危险液体检测的问题进行弥补。
如图1所示，本发明的一个具体实施例，公开了一种基于介电常数和超声检测的液体识别装置，包括：测量单元10、超声波检测装置20、介电常数检测装置30、处理器40和指示装置50。
如图2所示，下文中，对基于介电常数和超声检测的液体识别装置进行详细描述。
具体地，测量单元10包括直线位移传感器101，用于检测装有待测液体的容器的测量宽度。
超声波检测装置20，包括：超声波发生器和超声波接收器；用于检测超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差；超声波发生器，包括超声波发射电路201和超声波发射探头202，超声波发射电路201用于在处理器40的控制下驱动超声波发射探头202发出超声波；超声波接收器，包括超声波接收电路203和超声波接收探头204；超声波接收探头204将超声波信号转换成电信号，所述超声波接收电路203用于对所述电信号进行处理，并将处理后的数据传送至处理器40。
具体地，测量宽度是液体识别装置在容器预定位置处检测出的实际宽度，超声波发射探头202和超声波接收探头204在该预定位置处沿着测量宽度方向发射和接收超声波。即：测量宽度为超声波发射探头202和超声波接收探头204之间宽度，不限定为容器的最大宽度，也无需限定容器形状。
具体地，如图3所示，当液体识别装置上放置装有待测液体的容器时，直线位移传感器101、超声波发射探头202和所述超声波接收探头204联动，当对容器进行超声检测时，超声波发射探头202和超声波接收探头204紧贴容器壁。
介电常数检测装置30，用于检测待测液体的介电常数；如图4所示，介电常数检测装置30包括多个在同一平面平行排列的板状电容传感电极301和交流激励源302，其中，所述板状电容传感电极301之间的间隙相同，在检测状态时贴近容器表面设置，板状电容传感电极301包括至少一个发射电极和多个接收电极，可选地，如图5所示，板状电容传感电极301包括发射极T1～T2和接收极R1～R5；如图6所示，为板状电容传感电极301电极间电场线示意图。
处理器40，用于通过比较待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定待测液体是否满足第一安全条件，若待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置50发出报警信息；若待测液体满足第一安全条件，则根据容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在待测液体中的传播速度，通过比较超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件，若待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置50发出报警信息。
第一安全条件为待测液体的介电常数与预先存储的安全液体的介电常数匹配；第二安全条件为超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声波在安全液体中的传播速度匹配。
优选地，还包括：温度传感器60，用于检测容器温度；所述处理器40根据检测得到的容器温度、容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差，计算超声波在容器温度下的待测液体中的传播速度，通过比较超声波在容器温度下的待测液体中的传播速度和预先存储的相同温度下的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件。
可选地，指示装置50为蜂鸣器、振动装置、显示器和/或指示灯，用于接收所述处理器40的控制信号，以发出报警信息。
根据液体安检识别装置要求的数据波动范围在毫米级，且其最短传输距离要求大于等于3cm，超声波频率优选40KHz。
下文中，对液体安检识别装置的具体操作进行描述：
当液体识别装置上放置装有待测液体的容器时，直线位移传感器101、超声波发射探头202和所述超声波接收探头204联动，当对容器进行检测时，超声波发射探头202、超声波接收探头204和板状电容传感电极301紧贴容器壁。
直线位移传感器101检测装有待测液体的容器的测量宽度，并将数据传送至处理器40；超声波发射电路201在处理器40的控制下驱动超声波发射探头202发出超声波；超声波接收探头204将超声波信号转换成电信号，超声波接收电路203对所述电信号进行处理，并将处理后的数据传送至处理器40；处理器40根据采集的超声波发生器和超声波接收器的信号计算容器测量宽度方向上的收发时间差；介电常数检测装置30，根据板状电容传感电极301和交流激励源302检测待测液体的介电常数，并将数据传送至处理器40。
处理器40通过比较待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定待测液体是否满足第一安全条件，若待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置50发出报警信息；若待测液体满足第一安全条件，则根据容器测量宽度和超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在待测液体中的传播速度，通过比较超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件，若待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置50发出报警信息。具体地，第一安全条件为待测液体的介电常数与预先存储的安全液体的介电常数匹配；第二安全条件为超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声波在安全液体中的传播速度匹配。
如图7所示，本发明的另一个具体实施例，公开了一种基于介电常数和超声检测的液体识别方法，包括：
S10、检测装有待测液体的容器的测量宽度；
具体地，当液体识别装置上放置装有待测液体的容器时，直线位移传感器101、超声波发射探头202和超声波接收探头204联动，超声波发射探头202、超声波接收探头204和板状电容传感电极301紧贴容器壁，直线位移传感器101检测装有待测液体的容器的测量宽度，并将数据传送至处理器40。
S20、检测超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差；
具体地，超声波发射电路201在处理器40的控制下驱动超声波发射探头202发出超声波；超声波接收探头204将超声波信号转换成电信号，超声波接收电路203对所述电信号进行处理，并将处理后的数据传送至处理器40；处理器40根据采集的超声波发生器和超声波接收器的信号计算容器测量宽度方向上的收发时间差。
S30、检测待测液体的介电常数；
介电常数检测装置30，根据板状电容传感电极301和交流激励源302检测待测液体的介电常数，并将数据传送至处理器40。
S40、通过比较所述待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定待测液体是否满足第一安全条件，若待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置发出报警信息；若待测液体满足第一安全条件，则根据容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在待测液体中的传播速度，通过比较超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件，若待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置发出报警信息；
具体地，第一安全条件为待测液体的介电常数与预先存储的安全液体的介电常数匹配；第二安全条件为超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声波在安全液体中的传播速度匹配。例如，汽油的介电常数2，甲醇的介电常数为33.7，水的介电常数为81.5，硫酸的介电常数为84；通过第一安全条件能有效区别出汽油和甲醇进行危险液体报警，因为水和硫酸的介电常数相近，所以通过介电常数检测装置30的数据不能有效区分，进入第二安全条件的判断，因超声波在水中的传播速度为1490m/s，超声波在硫酸中的传播速度为1232m/s，所以判断超声波在待测液体中的速度，当检测硫酸时，传播速度为1232m/s，不满足第二安全条件，控制指示装置发出报警信息。
S50、接收所述处理器的控制信号，发出报警信息。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，包括：
测量单元，用于检测装有待测液体的容器的测量宽度；
超声波检测装置，用于检测超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差；
介电常数检测装置，用于检测待测液体的介电常数；
处理器，用于通过比较所述待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定所述待测液体是否满足第一安全条件，若所述待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置发出报警信息；若所述待测液体满足第一安全条件，则根据容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在所述待测液体中的传播速度，通过比较超声波在所述待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定所述待测液体是否满足第二安全条件，若所述待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置发出报警信息；
指示装置，用于接收所述处理器的控制信号，以发出报警信息。
2.根据权利要求1所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，所述测量单元为直线位移传感器。
3.根据权利要求2所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，所述超声波检测装置包括：
超声波发生器，包括超声波发射电路和超声波发射探头，所述超声波发射电路用于在处理器的控制下驱动超声波发射探头发出超声波；
超声波接收器，包括超声波接收电路和超声波接收探头；所述超声波接收探头将超声波信号转换成电信号，所述超声波接收电路用于对所述电信号进行处理，并将处理后的数据传送至处理器。
4.根据权利要求1所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于：
所述介电常数检测装置包括多个在同一平面平行排列的板状电容传感电极和交流激励源，其中，所述板状电容传感电极之间的间隙相同，在检测状态时贴近容器表面设置。
5.根据权利要求1所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，所述第一安全条件为：待测液体的介电常数与预先存储的安全液体的介电常数匹配。
6.根据权利要求1所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，所述第二安全条件为：超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声波在安全液体中的传播速度匹配。
7.根据权利要求1所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，还包括：
温度传感器，用于检测容器温度；
所述处理器根据检测得到的容器温度、容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差，计算超声波在容器温度下的待测液体中的传播速度，通过比较超声波在容器温度下的待测液体中的传播速度和预先存储的相同温度下的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件。
8.根据权利要求3所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，所述直线位移传感器、所述超声波发射探头和所述超声波接收探头联动，当对所述容器进行超声检测时，所述超声波发射探头和超声波接收探头紧贴容器壁。
9.根据权利要求1所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置，其特征在于，所述指示装置为蜂鸣器、振动装置、显示器和/或指示灯。
10.一种根据权利要求1-9任意一项所述的基于介电常数和超声检测的液体识别装置的液体识别方法，其特征在于，包括：
检测装有待测液体的容器的测量宽度；
检测超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差；
检测待测液体的介电常数；
通过比较所述待测液体的介电常数和预先存储的液体介电常数，确定待测液体是否满足第一安全条件，若待测液体不满足第一安全条件，则控制指示装置发出报警信息；若待测液体满足第一安全条件，则根据容器测量宽度和所述超声波在容器测量宽度方向上的收发时间差计算超声波在待测液体中的传播速度，通过比较超声波在待测液体中的传播速度和预先存储的超声传播速度，确定待测液体是否满足第二安全条件，若待测液体不满足第二安全条件，则控制指示装置发出报警信息；
接收所述处理器的控制信号，以发出报警信息。
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