[发明专利]一种基于可见光的液体变质监测方法及系统

权利要求书

1.一种基于可见光的液体变质监测方法，包括以下步骤：

步骤S10，建立液体表面张力数据库，该液体表面张力数据库反映多种类型液体的微生物含量与液体表面张力及吸收光谱之间的对应关系；

步骤S20，通过振动传感器振动待测液体，使得液体表面在表面张力的作用下产生表面毛细波；

步骤S30，使用光源组合发出多种不同颜色的可见光，照射在液体表面；

步骤S40，接收经过液体表面毛细波反射的可见光；

步骤S50，对于接收到的可见光的光强变化数据，分析反射光的频偏关系，得到液体表面毛细波的波长，进而利用表面毛细波波长计算得到液体表面张力；

步骤S60，对于接收到的可见光，通过分析不同颜色的可见光下液体吸收的光强，得到液体的颜色，进而综合颜色和表面张力得到液体类型以及液体中微生物含量情况；

其中，步骤S50包括以下子步骤：

在接收到的反射光中分析反射光的频谱数据，不同的表面毛细波波长，反射光频率不同，基于参考方差分析方法，找到发生频偏的区间，计算区间的平均距离得到频率偏移值；

根据频率频移值计算得到表面毛细波的波长，进而计算液体的表面张力；

其中，步骤S60包括以下子步骤：

在不同波长的光源下接收到的反射光中，计算不同波长下的液体的吸收率，根据不同波长的吸收率比使用决策树进行分类，得到液体变质的区间位置；

根据步骤S50计算得到的液体表面张力，利用所构建的液体表面张力数据库，获得微生物含量情况，以得到液体变质情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤S10包括以下子步骤：

对多种类型的液体以及变质情况产生的不同微生物含量进行实验，收集在不同微生物含量情况下，测得对应表面张力数值以及吸收光谱数据，建立微生物含量与液体表面张力、吸收光谱的数据库；

根据液体类型选择吸收光谱中吸收峰值最高的预定数量波长的光源作为可见光光源；

计算不同振动频率下的振动频率效率比，并选择最大的振动频率效率比的振动频率作为振动传感器的特征频率；

根据可见光光源的波长范围选择光电二极管的波长范围，用于接收液体表面毛细波反射的可见光；

检测光电二极管的光强检测上限，检测室内环境光光强大小和检测场景的环境光光强大小，挑选光电二极管；

根据光电二极管接收到反射光的频率选择检测时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，根据以下公式计算振动频率效率比：

其中，R是振动效率比，S是振动信号功率，是滤波之后的信号，N是静止信号功率，包括环境光和光电二极管的特征光。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S30中，所述光源是发光二极管，分别使用不同波长的发光二极管，经过透镜调整光路照射在液体表面，检测一段时间。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤S40中，使用光电二极管接收经过表面毛细波反射的可见光，包括：

根据光源的入射角度调整所述光电二极管的角度，使得所述光电二极管接收到液体表面毛细波的反射光；

关闭所述振动传感器，记录在环境光和发光二极管的作用下的光强。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，液体表面张力γ和液体表面毛细波长之间的关系表示为：

其中，f是表面毛细波的频率，g是重力加速度，ρ是液体密度，λ是求得的液体表面毛细波的波长。