CN215768367U - 一种液体浓度表征装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种液体浓度表征装置，包括液体管道和感应组件，感应组件包括输入部、输出部和阻抗谐振器，阻抗谐振器设置在输入部和输出部之间；阻抗谐振器包括耦合组件，耦合组件包括间隔设置的输入微带线和输出微带线，输入微带线与输入部电性连接，输出微带线与输出部电性连接，输入微带线和输出微带线可在馈电状态下产生耦合电容；液体管道设置在阻抗谐振器的旁侧。这种液体浓度表征装置只需要给感应组件馈电，再往液体管道内注入液体即可，方便携带、操作方便、易于实现并且能达到较高的检测精度。

Description

一种液体浓度表征装置

技术领域

本实用新型涉及液体浓度检测技术领域，具体为一种液体浓度表征装置。

背景技术

液体浓度检测广泛运用在金属制品加工、模具加工生产、塑胶、五金等行业，应运而生的液体浓度检测装置也有很多。但是现有的液体浓度检测装置或结构复杂，或精度不高，很难在满足结构简单、方便携带的同时，做到较高的检测精度，对于经常检测不同液体，或者经常在外检测的工作人员来说不太方便。因此，本领域的技术人员希望有一种结构简单，又能满足精度要求的液体浓度检测装置来实现此目的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种液体浓度表征装置，旨在解决现有技术中检测装置携带不方便，检测精度不高的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种液体浓度表征装置，包括液体管道和感应组件，感应组件包括输入部、输出部和阻抗谐振器，阻抗谐振器设置在输入部和输出部之间；阻抗谐振器包括耦合组件，耦合组件包括间隔设置的输入微带线和输出微带线，输入微带线与输入部电性连接，输出微带线与输出部电性连接，输入微带线和输出微带线可在馈电状态下产生耦合电容；液体管道设置在阻抗谐振器的旁侧。

耦合组件可在馈电状态下产生耦合电容，该耦合组件在馈电状态下产生的耦合电容决定了该耦合组件所在的感应电路的传输系数的谐振频率。而液体管道设置在感应电路的旁侧，在液体管道内注入液体，液体会对耦合电容产生干扰，从而使感应电路的传输系数发生变化，通过变化量转换出液体的具体浓度。这种液体浓度表征装置只需要给感应组件馈电，再往液体管道内注入液体即可，方便携带、操作方便、易于实现并且能达到较高的检测精度。

优选地，阻抗谐振器包括第一U型微带线和第二U型微带线；第一U型微带线包括第一中间微带线，第一中间微带线与输入部电性连接，第一中间微带线的两端分别连接有输入微带线；第二U型微带线包括第二中间微带线，第二中间微带线与输出部电性连接，第二中间微带线的两端分别连接有输出微带线；两个输入微带线与两个输出微带线一一对应设置并形成两个耦合组件，两个耦合组件依次沿液体管道的延伸方向设置。采用两个U型微带线的结构，构成一个谐振回路，该谐振回路有两条支路，感应组件馈电后电流可以流经这两个分支电路，与没有分支电路的感应电路对比，该感应电路的传输系数对应的变化曲线的斜率更大，更有利于观察谐振频率的偏移量。

优选地，两条输入微带线分别称为第一输入微带线和第二输入微带线，两条输出微带线分别称为第一输出微带线和第二输出微带线；第一输入微带线与第一输出微带线对应设置，第一输出微带线靠近第一输入微带线的一侧设置有第一缺口，第一输入微带线设置在第一缺口的内部；第二输入微带线与第二输出微带线对应设置，第二输入微带线靠近第二输出微带线的一侧设置有第二缺口，第二输出微带线设置在第二缺口的内部。第一输入微带线设置在第一缺口的内部、第二输出微带线设置在第二缺口的内部，可以增长第一输入微带线与第一输出微带线以及第二输入微带线与第二输出微带线的耦合长度，可以增强耦合强度，使得检测更准确。

优选地，第一输出微带线包括第一输出微带线分段、第二输出微带线分段和第三输出微带线分段，第一输出微带线分段、第二输出微带线分段和第三输出微带线分段的宽度各不相同，第一输出微带线分段、第二输出微带线分段和第三输出微带线分段沿第二中间微带线往第一输入微带线的方向依次设置；第二输入微带线包括第一输入微带线分段、第二输入微带线分段和第三输入微带线分段，第一输入微带线分段、第二输入微带线分段和第三输入微带线分段的宽度各不相同，第一输入微带线分段、第二输入微带线分段和第三输入微带线分段沿第一中间微带线往第二输出微带线的方向依次设置。将第一输出微带线和第二输入微带线分成宽度不同的三段，形成了阶跃阻抗变化的形式，使得调整阻抗更方便，匹配阻抗，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提高检测的准确性。

优选地，液体管道包括进液口、出液口和主流段，主流段设置在进液口和出液口之间，主流段分别与两个耦合组件接触设置。在感应组件中，耦合组件的耦合强度最大，将液体管道设置在此处，感应组件对液体管道内的液体浓度的感应最为灵敏，在形成的谐振频率曲线上的表现上为位移更明显，更有利于观察。而主流段与耦合组件接触设置，也能进一步提高感应组件对液体浓度的感应灵敏度。

优选地，液体浓度表征装置还包括矩形金属微带线，靠近输入部和输出部分别设有两片矩形金属微带线。在靠近输入段和输出部的位置分别设有两片矩形金属微带线，作为输入部或输出部的共地面，减少了外界信号的干扰，形成了一个较为完整的屏蔽系统，进一步提高液体检测的准确性。

优选地，液体浓度表征装置还包括安装板，安装板由硬质材料制成，感应组件和液体管道设置在安装板上。安装板由硬质材料制成，有利于液体管道安装在安装板上，使得液体浓度表征装置的整体结构更稳定。

优选地，感应组件通过印刷的方式设置在安装板上。使用印刷的方法将感应电路设置在安装板上，有利于保护感应电路，延长感应电路的使用寿命。

优选地，液体管道的材质为电介质材料。电介质材料为不导电的物质，液体管道采用电介质材料制成，可以减少检测的影响因素，提高检测准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中液体浓度表征装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中液体浓度表征装置的俯视图；

图3为基于本实用新型实施例中的液体浓度表征装置，三种不同情况下的感应电路的传输系数S21变化曲线图；

图4为基于本实用新型实施例中的液体浓度表征装置，液体管道注入五种不同浓度液体时感应电路的传输系数S21变化曲线图；

图5和图6为分别检测两种未知浓度的葡萄糖溶液得出的谐振频率与液体浓度关系图。

附图中：1-安装板、2-输入部、3-输出部、4-进液口、5-出液口、6-第一输出微带线、7-第一输入微带线、8-矩形金属微带线、9-第三输入微带线分段、 10-第二输入微带线分段、11-第一输入微带线分段、12-液体管道、13-第二输入微带线、14-主流段、20-第三输出微带线分段、21-第二输出微带线分段、 22-第一输出微带线分段、23-第二输出微带线、24-第二中间微带线、25-第一中间微带线、26-第一缺口、27-第二缺口。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

如图1至图6所示，一种液体浓度表征装置，包括液体管道12和感应组件，感应组件包括输入部2、输出部3和阻抗谐振器，阻抗谐振器设置在输入部2和输出部3之间；阻抗谐振器包括耦合组件，耦合组件包括间隔设置的输入微带线和输出微带线，输入微带线与输入部2电性连接，输出微带线与输出部3电性连接，输入微带线和输出微带线可在馈电状态下产生耦合电容；液体管道12设置在阻抗谐振器的旁侧。

感应组件组合成感应电路。耦合组件可在馈电状态下产生耦合电容，该耦合组件在馈电状态下产生的耦合电容决定了该耦合组件所在的感应电路的传输系数的谐振频率。而液体管道12设置在感应组件的旁侧，在液体管道12 内注入液体，液体会对耦合电容产生干扰，从而使感应电路的传输系数发生变化，通过变化量转换出液体的具体浓度。这种液体浓度表征装置只需要给感应组件馈电，再往液体管道12内注入液体即可，方便携带、操作方便、易于实现并且能达到较高的检测精度。

优选地，阻抗谐振器包括第一U型微带线和第二U型微带线；第一U型微带线包括第一中间微带线25，第一中间微带线25与输入部2电性连接，第一中间微带线25的两端分别连接有输入微带线；第二U型微带线包括第二中间微带线24，第二中间微带线24与输出部3电性连接，第二中间微带线24 的两端分别连接有输出微带线；两个输入微带线与两个输出微带线一一对应设置并形成两个耦合组件，两个耦合组件依次沿液体管道12的延伸方向设置。

采用两个U型微带线的结构，构成一个谐振回路，该谐振回路有两条支路，感应组件馈电后电流可以流经这两个分支电路，与没有分支电路的感应电路对比，该感应电路的传输系数对应的变化曲线的斜率更大，更有利于观察谐振频率的偏移量。

优选地，两条输入微带线分别称为第一输入微带线7和第二输入微带线 13，两条输出微带线分别称为第一输出微带线6和第二输出微带线23；第一输入微带线7与第一输出微带线6对应设置，第一输出微带线6靠近第一输入微带线7的一侧设置有第一缺口26，第一输入微带线7设置在第一缺口26 的内部；第二输入微带线13与第二输出微带线23对应设置，第二输入微带线13靠近第二输出微带线23的一侧设置有第二缺口27，第二输出微带线23 设置在第二缺口27的内部。第一输入微带线7设置在第一缺口26的内部、第二输出微带线23设置在第二缺口27的内部，可以增长第一输入微带线7 与第一输出微带线6以及第二输入微带线13与第二输出微带线23的耦合长度，可以增强耦合强度，使得检测更准确。

在本实施例中，第一输出微带线6靠近第一输入微带线7的一侧设置有第一缺口26，第一输入微带线7设置在第一缺口26的内部；第二输入微带线 13靠近第二输出微带线23的一侧设置有第二缺口27，第二输出微带线23设置在第二缺口27的内部。这样的形式既可以让第一输入微带线7和第一输出微带线6之间以及第二输入微带线13和第二输出微带线23之间具有较强的耦合强度，从结构上来说，也降低了加工难度。

为了解释该感应电路的工作机理，将耦合结构部分等效为耦合电容C1，这样感应电路构成了一个谐振回路，该谐振回路有两条支路，分别命名为支路一和支路二，支路一为第一输入微带线7和第一输出微带线6组成的支路，支路二为第二输入微带线13和第二输出微带线23组成的支路感应电路的电流可以流经这两个分支电路。输入部2设置有端口一，输出部3设置有端口二。

本实施例感应电路的谐振频率与耦合电容C1的ABCD矩阵关系式如下所示。

公式(1)：支路一的ABCD矩阵关系式：

公式(2)：支路二的ABCD矩阵关系式：

公式(3)：支路一和支路二的ABCD矩阵关系式：

公式(4)：感应电路端口一和端口二之间的传输系数为：

公式(5)：θ1和θ2是两个感应路径的电长度相位：

公式(6)：在本实施例中，电路的结构是对称的，因此，θ1＝θ2，由此可以得到谐振频率公式：

因为C1是感应电路的耦合电容，当感应电路表面安装有介质材料时，C1 就会发生变化的，因此依据这一原理可以用来检测浓度变化情况下的谐振频率偏移量。

优选地，第一输出微带线6包括第一输出微带线分段22、第二输出微带线分段21和第三输出微带线分段20，第一输出微带线分段22、第二输出微带线分段21和第三输出微带线分段20的宽度各不相同，第一输出微带线分段22、第二输出微带线分段21和第三输出微带线分段20沿第二中间微带线 24往第一输入微带线7的方向依次设置；第二输入微带线13包括第一输入微带线分段11、第二输入微带线分段10和第三输入微带线分段9，第一输入微带线分段11、第二输入微带线分段10和第三输入微带线分段9的宽度各不相同，第一输入微带线分段11、第二输入微带线分段10和第三输入微带线分段 9沿第一中间微带线25往第二输出微带线23的方向依次设置。将第一输出微带线6和第二输入微带线13分成宽度不同的三段，形成了阶跃阻抗变化的形式，使得调整阻抗更方便，匹配阻抗，以此来达到所有高频的微波信号均能传递至负载点的目的，而且几乎不会有信号反射回来源点，从而提高检测的准确性。

在本实施例中，第一输出微带线分段22、第二输出微带线分段21和第三输出微带线分段20的宽度从宽到窄的排序依次为：第二输出微带线分段21、第一输出微带线分段22、第三输出微带线分段20；第一输入微带线分段11、第二输入微带线分段10和第三输入微带线分段9的宽度从宽到窄的排序依次为：第二输入微带线分段10、第一输入微带线分段11、第三输入微带线分段 9。

优选地，液体管道包括进液口4、出液口5和主流段14，主流段14设置在进液口4和出液口5之间，主流段14分别与两个耦合组件接触设置。在感应组件中，耦合组件的耦合强度最大，将液体管道12设置在此处，感应组件对液体管道12内的液体浓度的感应最为灵敏，在形成的谐振频率曲线上的表现上为位移更明显，更有利于观察。而主流段14与耦合组件接触设置，也能进一步提高感应组件对液体浓度的感应灵敏度。

优选地，液体浓度表征装置还包括矩形金属微带线8，靠近输入部2和输出部3分别设有两片矩形金属微带线8。在靠近输入部2和输出部3的位置分别设有两片矩形金属微带线8，作为输入部2或输出部3的共地面，减少了外界信号的干扰，形成了一个较为完整的屏蔽系统，进一步提高液体检测的准确性。

优选地，液体浓度表征装置还包括安装板1，安装板1由硬质材料制成，感应电组件和液体管道12设置在安装板1上。安装板1由硬质材料制成，有利于液体管道12安装在安装板1上，使得液体浓度表征装置的整体结构更稳定。

感应组件通过印刷的方式设置在安装板1上。使用印刷的方法将感应电路设置在安装板1上，有利于保护感应组件，延长感应组件的使用寿命。

液体管道12采用电介质材料制成。电介质材料为不导电的物质，液体管道12采用电介质材料制成，可以减少检测的影响因素，提高检测准确率。在本实施例中，液体管道12是由树脂类材料制成的，具体为ABS树脂，ABS 树脂不导电而且成本低，可以降低液体浓度表征装置的制作成本。

基于本实用新型中液体浓度表征装置的具体结构，还做了以下仿真测试：

图3展示了三种不同情况下的感应电路的传输系数曲线S21，这三种情况分别命名为case 1、case 2和case 3。

其中case 1是感应电路没有加载液体管道的情况，case 2是感应电路加载空液体管道的情况，case 3是感应电路加载了注满水的液体管道的情况。

由图3可知，三种不同情况都导致了S21的两个谐振零点发生了偏移。说明了有无液体情况下，感应电路起到了明显的感应效果。

为了进一步验证本装置的效果，图4展示了液体管道12注入五种不同浓度液体的情况。实验利用标准的葡萄糖标准溶液，其浓度分别为200mg/L, 400mg/L，600mg/L，800mg/L，1000mg/L。由图4可知，感应电路的第一谐振零点在葡萄糖溶液浓度从200mg/L变换到1000mg/L时，谐振频率从 0.825GHz下降到0.61GHz。与此同时，感应电路的第二谐振零点从1.75GHz 下降到1.5GHz，频率偏移量非常明显。为了表征液体浓度与频率偏移的关系，用平均灵敏度Average Sensitivity表示，得到公式(7)：

根据图4的实验结果，第一谐振零点的平均灵敏度为0.215MHz/mgL-1，第二谐振零点的平均灵敏度为0.25MHz/mgL-1。

以平均灵敏度作为斜率，可以分别获得谐振频率与液体浓度的数据关系，如图5和图6所示。

根据图5和图6，利用本液体浓度表征装置，验证未知浓度的葡萄糖溶液时，根据频率偏移量，即可判断出对应的液体浓度。

利用本实施例的液体浓度表征装置具有简单，易于实现，检测精度高的特点，特别适用于生物液体、工业液体、食用液体的浓度检测。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种液体浓度表征装置，其特征在于：包括液体管道(12)和感应组件，所述感应组件包括输入部(2)、输出部(3)和阻抗谐振器，所述阻抗谐振器设置在所述输入部(2)和所述输出部(3)之间；

所述阻抗谐振器包括耦合组件，所述耦合组件包括间隔设置的输入微带线和输出微带线，所述输入微带线与所述输入部(2)电性连接，所述输出微带线与所述输出部(3)电性连接，所述输入微带线和所述输出微带线可在馈电状态下产生耦合电容；

所述液体管道(12)设置在所述阻抗谐振器的旁侧。

2.根据权利要求1所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述阻抗谐振器包括第一U型微带线和第二U型微带线；

所述第一U型微带线包括第一中间微带线(25)，所述第一中间微带线(25)与所述输入部(2)电性连接，所述第一中间微带线(25)的两端分别连接有所述输入微带线；

所述第二U型微带线包括第二中间微带线(24)，所述第二中间微带线(24)与所述输出部(3)电性连接，所述第二中间微带线(24)的两端分别连接有所述输出微带线；

两个所述输入微带线与两个所述输出微带线一一对应设置并形成两个所述耦合组件，两个所述耦合组件依次沿所述液体管道(12)的延伸方向设置。

3.根据权利要求2所述的液体浓度表征装置，其特征在于：两条所述输入微带线分别称为第一输入微带线(7)和第二输入微带线(13)，两条所述输出微带线分别称为第一输出微带线(6)和第二输出微带线(23)；

所述第一输入微带线(7)与所述第一输出微带线(6)对应设置，所述第一输出微带线(6)靠近所述第一输入微带线(7)的一侧设置有第一缺口(26)，所述第一输入微带线(7)设置在所述第一缺口(26)的内部；

所述第二输入微带线(13)与所述第二输出微带线(23)对应设置，所述第二输入微带线(13)靠近所述第二输出微带线(23)的一侧设置有第二缺口(27)，所述第二输出微带线(23)设置在所述第二缺口(27)的内部。

4.根据权利要求3所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述第一输出微带线(6)包括第一输出微带线分段(22)、第二输出微带线分段(21)和第三输出微带线分段(20)，所述第一输出微带线分段(22)、所述第二输出微带线分段(21)和所述第三输出微带线分段(20)的宽度各不相同，所述第一输出微带线分段(22)、所述第二输出微带线分段(21)和所述第三输出微带线分段(20)沿所述第二中间微带线(24)往所述第一输入微带线(7)的方向依次设置；

所述第二输入微带线(13)包括第一输入微带线分段(11)、第二输入微带线分段(10)和第三输入微带线分段(9)，所述第一输入微带线分段(11)、所述第二输入微带线分段(10)和所述第三输入微带线分段(9)的宽度各不相同，所述第一输入微带线分段(11)、所述第二输入微带线分段(10)和所述第三输入微带线分段(9)沿所述第一中间微带线(25)往所述第二输出微带线(23)的方向依次设置。

5.根据权利要求2所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述液体管道包括进液口(4)、出液口(5)和主流段(14)，所述主流段(14)设置在所述进液口(4)和所述出液口(5)之间，所述主流段(14)分别与两个所述耦合组件接触设置。

6.根据权利要求1所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述液体浓度表征装置还包括矩形金属微带线(8)，靠近所述输入部(2)和所述输出部(3)分别设有两片所述矩形金属微带线(8)。

7.根据权利要求1所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述液体浓度表征装置还包括安装板(1)，所述安装板(1)由硬质材料制成，所述感应组件和所述液体管道(12)设置在所述安装板(1)上。

8.根据权利要求7所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述感应组件通过印刷的方式设置在所述安装板(1)上。

9.根据权利要求1所述的液体浓度表征装置，其特征在于：所述液体管道(12)的材质为电介质材料。

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