一种液体检测仪

技术领域

本发明属于检测技术领域，涉及一种液体检测仪。

背景技术

为保障安全，机场、高铁站、地铁站等场所都配备了液体检测仪，用以检测乘客随身携带物品中是否存在液体。液体检测仪是一款专门用于探测易燃易爆液体的安检仪器。目前，我国使用最广泛的液体检测仪的原理是准静态电层析成像，简称“准静态计算断层扫描技术”，通过测量待测液体的介电常数和电导率来判断待测液体是否有易燃易爆性。而安全液体和危险液体的介电常数和电导率相差较大，故可通过此法来识别危险液体。该检测仪能够在不直接接触液体的情况下将液体炸药、汽油、丙酮、乙醇等易燃易爆液体与水、可乐、牛奶、果汁等安全液体区分开，但是不能检测出液体的具体种类。虽然使用这种方法鉴别液体可以达到使用要求，但是，如果想要更进一步，判断液体的种类，就显得十分困难了。而且，这类液体检测仪普遍成本较高，价格较昂贵，一台设备动辄好几万。

发明内容

本发明目的就是针对现有技术的不足，提供一种液体检测仪。

本发明包括样品行进机构、信号采集机构和操控机构。

所述的样品行进机构包括行进电机、丝杆、滑台、比色皿；丝杆一端与行进电机的动力输出端连接，丝杆与滑台配合连接，比色皿置于滑台上；所述的比色皿为侧壁透明的容器；行进电机通过丝杆带动滑台和比色皿在水平方向移动。

所述的信号采集机构包括水平台、发光二极管座、光电二极管座；水平台设置在丝杆上方，发光二极管座和光电二极管座设置在水平台上，发光二极管座和光电二极管座分别并排开设由十六个光通道；所述的光通道为贯穿的开孔，开孔方向与滑台移动方向垂直；发光极管座的光通道与光电二极管座的光通道一一对应在一条直线上；发光极管座的光通道内设置有发光二极管，光电二极管座的光通道内设置有光电二极管。

所述的十六个发光二极管的发光波长峰值均不相同，分为四组，每组的四个光电二极管接对应的信号放大电路；每个信号放大电路包括一个放大芯片和四个可变电阻；所述的放大芯片具有四个正输入脚、四个负输入脚和四个输出脚；每个光电二极管的正极接放大芯片对应的正输入脚，负极接放大芯片对应的负输入脚，并通过可调电阻接放大芯片的输出脚；放大芯片的电源脚接24V电源，四个正输入脚和接地脚接地。

所述的操控机构包括主控板、电机驱动芯片、液晶屏和树莓派。

所述的主控板至少具有十六个信号输入脚和十六个控制引脚，每个放大芯片的四个输出脚接主控板的十六个信号输入脚，十六个发光二极管的阳极分别通过对应的电阻接主控板的十六个控制引脚，阴极接地。

所述的电机驱动芯片的四个驱动信号输出端接行进电机，电机驱动芯片的电源脚接主控板的电源输出脚，脉冲信号输入脚接主控板的脉冲信号输出脚，方向信号输入脚接主控板的方向信号输出脚，使能控制脚接主控板的使能信号输出脚。

所述的液晶屏的电源输入脚和多媒体信号输入脚分别接树莓派的电源输出脚和多媒体信号输出脚，树莓派通过USB接口与主控板连接，接收主控板信号或向主控板发送信号。

进一步，十六个发光二极管中至少十二个发射波长峰值为380nm～780nm的可见光。

进一步，所述的放大芯片采用LM324N四运放放大芯片。

进一步，所述的主控板采用单片机Arduino MEGA 2560。

进一步，所述的电机驱动芯片采用电机驱动器M420B。

本发明获取液体光谱的方式新颖，鉴别准确率高、速度快，克服了传统检测仪不能识别液体种类的缺陷。本发明并且结构、原理简单，制造成本很低，非常适合应用推广。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为样品行进机构结构示意图；

图3为信号采集机构结构示意图；

图4为实施例中发光二极管波长示意图；

图5为操控机构示意图；

图6为测试液体为乙醇的波形图；

图7为测试液体为氢氧化钠的波形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种液体检测仪，包括样品行进机构1、信号采集机构2和操控机构。

如图2所示，样品行进机构1包括行进电机(图中未画出)、丝杆11、滑台12、比色皿13。丝杆11一端与行进电机的动力输出端连接，丝杆11与滑台12配合连接，比色皿13置于滑台12上，比色皿13为侧壁透明的容器。行进电机带动丝杆11转动，从而带动滑台12和比色皿13在水平方向移动。

如图3所示，信号采集机构2包括水平台21、发光二极管座22、光电二极管座23。水平台21设置在丝杆11上方，发光二极管座22和光电二极管座23设置在水平台21上，发光二极管座22和光电二极管座23分别并排开设由十六个光通道，光通道为贯穿的开孔，开孔方向与滑台12移动方向垂直。发光极管座22的光通道与光电二极管座23的光通道一一对应在一条直线上，保证单色光稳定发射和接收。发光极管座22的光通道内分别设置有发光二极管(图中未画出)，光电二极管座23的光通道内分别设置有光电二极管(图中未画出)，每个发光二极管发射的可见光被对应的光电二极管接收，形成十六条平行的光路。比色皿13水平移动时，十六条光路依次穿过比色皿13。

十六个发光二极管的发光波长峰值均不相同，其中至少十二个发射波长峰值为380nm～780nm的可见光。如图4所示，本实施例中十六个发光二极管LED1～LED16发射光的波长峰值分别为370.7nm、425.3nm、446.6nm、459.6nm、513.5nm、592.3nm、636.0nm、850.5nm、399.3nm、430.2nm、454.3nm、470.5nm、561.2nm、610.3nm、660.0nm、940.0nm，以上发光二极管都是市场购买取得，为市场上波长峰值相对区别较大的发光二极管。如图5所示，十六个光电二极管分为四组，每组的四个光电二极管PD1～PD4接对应的信号放大电路。每个信号放大电路包括一个放大芯片U1和四个可变电阻Rf1～Rf4。放大芯片U1采用LM324N四运放放大芯片，具有四个正输入脚1IN+～4IN+、四个负输入脚1IN-～4IN-和四个输出脚1OUT～40UT。每个光电二极管的正极接放大芯片U1对应的正输入脚IN+，负极接放大芯片U1对应的负输入脚IN-，并通过可调电阻接放大芯片的输出脚OUT，放大芯片的电源脚VCC接24V电源，四个正输入脚IN+和接地脚GND接地。

如图5所示，操控机构包括主控板U2、电机驱动芯片U3、液晶屏L和树莓派RPi。

主控板U2采用单片机Arduino MEGA 2560，每个放大芯片U1的四个输出脚1OUT～40UT(一共十六个)接主控板的十六个信号输入脚，十六个发光二极管LED的阳极分别通过对应的电阻R接主控板U2的十六个控制引脚，阴极接地。

电机驱动芯片U3采用电机驱动器M420B，电机驱动芯片U3的四个驱动信号输出端接行进电机D，电机驱动芯片U3的电源脚接主控板U2的电源输出脚VC，脉冲信号输入脚PUL接主控板U2的脉冲信号输出脚，方向信号输入脚DIR接主控板U2的方向信号输出脚，使能控制脚ENA接主控板U2的使能信号输出脚。主控板U2通过电机驱动芯片U3控制行进电机D的转动以及转动方向。

液晶屏L的电源输入脚和多媒体信号输入脚分别接树莓派RPi的电源输出脚和多媒体信号输出脚，树莓派RPi通过USB接口与主控板U2连接，接收主控板信号或向主控板发送信号。

首先根据已知液体进行标定，标定每个发光二极管发射的单色光穿过该已知液体后，对应的光电二极管产生的电压。将待测液体置于比色皿13内，开启行进电机和光电二极管。比色皿13依次经过十六个发光二极管，发光二极管发出的不同波长的单色光，穿过待测液体后被光电二极管接收，产生电流信号，经过信号放大电路后，电流信号转换为电压信号并被放大，由主控板接收。根据电压信号的强度及对应的光电二极管，参照标定的已知液体，即可确定待测液体的种类。

图6为测试液体为乙醇的发光二极管波长与输出电压的关系示意图，图7为测试液体为氢氧化钠的发光二极管波长与输出电压的关系示意图。由图6和7可见，不同的液体具有不同的波形，通过该仪器进行检测，可以清楚得到待测液体的种类。