专利名称：基于电容监测的危险液体测试装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种危险液体测试装置，特别是指一种基于电容监测的危险液体测试
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背景技术：
地铁、机场等公共场所人员密集，对于日常容易接触到的汽油、酒精、丙酮等易燃易爆危险液体的防范显得非常重要。目前，常规的瓶装液体检测方法有以下几种采用X光扫描仪通过断层照相技术估测危险液体，该方法检测速度慢、准确率较低；通过味道及颜色识别，该方法通常是通过让游客自行试喝的方法而实施的，效率低且影响服务质量。由于缺 少危险液体检测相关仪器，世界上大多数民航机场都对乘客携带液体(包括瓶装矿泉水)做了严格管制，以彻底杜绝危险液体带上飞机。因而，准确快速的危险液体检测装置及其方法研究无论对于民用还是军事应用均具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于电容监测的危险液体测试装置，其是利用不同液体介电常数的差别，通过电容电压转换电路检测不同液体的电容值，达到分辨不同液体的目的。另外，从检测方法的角度讲，本发明通过微处理器I/o 口的扩展应用，可实现多路电容的并行同步监测。本发明提供一种基于电容监测的危险液体测试装置，包括一测试电极，该测试电极与被测液体接触；一电容检测电路，该电容检测电路的输入端与测试电极的输出端连接；—电源管理�？椋玫缭垂芾砟？橄虻缛菁觳獾缏饭┑纾弧⒋砥�,该微处理器的输入端与电容检测电路的输出端连接，该微处理器并与电源管理�？榱�。其中电容检测电路包括一电容电压转换电路；一 ADC模数转换电路，该ADC模数转换电路的输入端与电容电压转换电路的输出端连接；一数字滤波电路，该数字滤波电路的输入端与ADC模数转换电路的输出端连接；一 I2C接口电路，该I2C接口电路的输入端与数字滤波电路的输出端连接。其中测试电极为金属或碳材料测试电极。其中电容检测电路的电容测试范围为0pF_204pF。本发明的有益效果是其可实现普通液体和危险液体的准确快速分辨，从而为公共场所的危险液体检测提供了一套可行的检测装置。通过对矿泉水、乙醇、汽油等多种液体检测的实验对比，发现所设计电路具有较好的准确性、重复性以及稳定性。
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中图I是本发明基于电容监测的危险液体测试装置的结构示意图。
具体实施例方式请参阅图I所示，本发明提供一种基于电容监测的危险液体测试装置，包括—测试电极2、一电容检测电路3、一电源管理�？�4以及一微处理器5。电容检测电路3的输入端与测试电极2的输出端连接，其中电容检测电路3包括电容电压转换电路3 UADC模数转换电路32、数字滤波电路33、12C接口电路34。由于介质在外加电场时所产生感应电荷会消弱电�。煌禾褰橹仕鸬牡绯∠醭潭炔煌谝欢ㄌ跫滤硐� 出来的介电常数也不同。根据电容与介电常数之间的关系，对一定的测试电极2，不同溶液表现出的电容值也不同。本发明利用这一特性设计了高精度大范围电容测试系统。图I中测试电极2与被测液体I接触，该测试电极2为金属或碳材料的测试电极；被测液体I可通过非接触方式置于测试电极2的两个电极板之间，此时测试电极可以直接采用金属电极，若在接触条件下使用，最好采用碳电极。电容电压转换电路31利用开关技术构建电荷平衡电路来测量电容，并通过闭环控制电路设计进行电容电压转换，从而提高了测试准确度；同时通过测试输入端运算放大器的灵活运用，增加了电容测试的量程，实现了 OpF至204pF范围内的电容监测，从而实现了更多种类危险液体的同步检测。ADC模数转换电路32的输入端与电容电压转换电路31的输出端连接，在ADC模数变换电路32中通过固定电容的切换、平衡可变电压输入与固定电压基准输入之间电荷提高了变换精度；数字滤波电路33的输入端与ADC模数转换电路32的输出端连接，经过模数转换后的测试结果通过数字滤波电路33以及I2C接口电路34传送至微处理器5中，继而通过RS232数据线将电容监测数据传送至上位机。电源管理�？�4向电容检测电路3以及微处理器5供电；微处理器5的输入端与电容检测电路3的输出端连接，为提高危险液体检测效率，上述检测方法在具体实施过程中可以进行优化，采用多套电容检测电路，并通过扩展微处理器的I/O端口用作12C接口的方式，实现多路电容的同步监测。表I为采用3路电容检测电路并拓展了微处理器的2个I/O端口后得到的测试结果。同时采用3路测试电路对空瓶、汽油瓶、乙醇瓶以及矿泉水瓶进行了电容监测，实验所采用的电极为铜片金属电极，空气、水、乙醇以及汽油的介电常数分别为1、81、24.3、2.0，考虑到所采用的3路检测电极分别具有各自的电极系数，通过第一路测试电路#1得到的空气、水、乙醇以及汽油的电容监测值分别为2. 467pF、132. 558pF、27. 438pF和4. 344pF ;通过第二路测试电路#2得到的空气、水、乙醇以及汽油的电容监测值分别2. 711pF、132. 212pF、27. 466pF及4. 211pF ;通过第二路测试电路#2得到的空气、水、乙醇以及汽油的电容监测值分别为2. 136pF、132. 986pF、27. 546pF及4. 982pF。由上述测试结果可以看出，本专利所实现的危险液体检测方法能较为清楚的分辨出空气、汽油、乙醇以及普通矿泉水，且不同电路对同一种液体的测试结果具有较好的一致性。因此，通过实验测试，在具体实施过程中，可以认为测试值介于4_5pF之间的被侧液体为汽油类物质、介于27-28pF之间的被侧液体为乙醇类物质、介于132-133pF之间的液体则为矿泉水，通过对电容值得检测，即可清楚的分辨出普通液体和危险液体，在地铁或机场等公共场所进行游客携带液体的准确快速检测。表I
权利要求
1.一种基于电容监测的危险液体测试装置，包括 一测试电极，该测试电极与被测液体接触； 一电容检测电路，该电容检测电路的输入端与测试电极的输出端连接； 一电源管理�？椋玫缭垂芾砟？橄虻缛菁觳獾缏饭┑纾� 一微处理器，该微处理器的输入端与电容检测电路的输出端连接，该微处理器并与电源管理�？榱�。
2.根据权利要求I所述的基于电容监测的危险液体测试装置，其中电容检测电路包括 一电容电压转换电路； 一 ADC模数转换电路，该ADC模数转换电路的输入端与电容电压转换电路的输出端连接; 一数字滤波电路，该数字滤波电路的输入端与ADC模数转换电路的输出端连接； 一 I2C接口电路，该I2C接口电路的输入端与数字滤波电路的输出端连接。
3.根据权利要求I所述的基于电容监测的危险液体测试装置，其中测试电极为金属或碳材料测试电极。
4.根据权利要求I所述的基于电容监测的危险液体测试装置，其中电容检测电路的电容测试范围为0pF-204pF。
全文摘要
一种基于电容监测的危险液体测试装置，包括一测试电极，该测试电极与被测液体接触；一电容检测电路，该电容检测电路的输入端与测试电极的输出端连接；一电源管理�？椋玫缭垂芾砟？橄虻缛菁觳獾缏饭┑纾灰晃⒋砥鳎梦⒋砥鞯氖淙攵擞氲缛菁觳獾缏返氖涑龆肆樱梦⒋砥鞑⒂氲缭垂芾砟？榱�。本发明通过微处理器I/O口的扩展应用，可实现多路电容的并行同步监测，达到分辨不同液体的目的。
文档编号G01N27/22GK102830145SQ20121030880
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月27日 优先权日2012年8月27日
发明者漆晓琼, 谢亮, 刘雨平 申请人:中国科学院半导体研究所
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