阅读说明：本技术 基于微波热声技术的酒精含量检测装置及方法 (Alcohol content detection device and method based on microwave thermoacoustic technology ) 是由 夏添 陈泓江 胡哲江 黄林 于 2021-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于微波热声技术的酒精含量检测装置及方法,该装置包括微波源、天线、检测探头和数据处理单元；微波源、天线、检测探头、数据处理单元依次通信连接,测量时根据用途将天线对准检测对象(本发明的检测对象主要为人体血液和工业酒产品),并用检测探头对应接收即可；本发明装置是一种基于的微波热声技术的非接触式的、无损的酒精含量检测技术,在执法检测方面,弥补了常规医疗检测中化学方法的非便携性以及有效避免了在执法检测过程中因使用吹气式血液酒精含量检测技术而会遇到的拒检问题；在工业检测方面,本发明可以很好的保护酒产品本身,可不通过开坛等方式进行快速的无损检测,使检测环节便捷化。(The invention discloses an alcohol content detection device and method based on microwave thermoacoustic technology, wherein the device comprises a microwave source, an antenna, a detection probe and a data processing unit; the microwave source, the antenna, the detection probe and the data processing unit are sequentially in communication connection, and the antenna is aligned to a detection object (the detection object of the invention is mainly human blood and industrial wine products) according to the purpose during measurement and the detection probe is used for correspondingly receiving the signals; the device is a non-contact and nondestructive alcohol content detection technology based on a microwave thermoacoustic technology, and in the aspect of law enforcement detection, the non-portability of a chemical method in conventional medical detection is made up, and the problem of refusal of detection caused by the use of an air blowing type blood alcohol content detection technology in the law enforcement detection process is effectively avoided; in the aspect of industrial detection, the invention can well protect the wine product, and can carry out rapid nondestructive detection without opening the jar and other modes, so that the detection link is convenient.)

基于微波热声技术的酒精含量检测装置及方法

技术领域

本发明属于微波热声领域，具体涉及一种基于微波热声技术的酒精含量检测装置及方法。

背景技术

微波热声技术是在二十世纪六七十年代开始发展起来的一项新技术，目前已在化学、新材料、微电子等领域得到广泛应用。近年来，成为生物医学领域的研究热点。其主要应用领域包括微波消融，微波热成像等。

微波加热检测对象时，产生的信号携带了目标的介质特性等相关信息。为了能够接受到产生的微波热信号，我们就需要利用检测探头对其进行接收。获得的热信号传输至数据处理单元，对信号进行处理分析，就可得到检测对象所携带的能量信息。

目前在酒精含量检测领域，较多都是使用化学方法进行分析和测量。本发明所提基于微波热声的酒精度检测技术：对比化学方法，具有快速并且无损的特点；对比吹气式方法，具有非依赖性的特点。因此，该方法在执法行为方面有助于执法人员对于酒驾行为的快速准确检测，避免拒检行为的发生；在工业领域方面有助于生产商对酒产品进行便捷、无损的酒精度数检测。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供的基于微波热声技术的酒精含量检测装置及方法解决了采用传统化学方法时，便携性低且有损的缺陷；避免了采用吹气式检测在执法过程中拒检行为的发生；同时也能够在不破坏酒产品酿造环境的前提下对酒产品进行酒精度数检测。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：基于微波热声技术的酒精含量检测装置，包括微波源、天线、检测探头、数据处理单元；所述微波源、天线、检测探头和数据处理单元依次通信连接；

所述微波源用于产生微波信号；所述天线用于接收微波源产生的微波信号，并辐射至检测对象；所述检测探头用于采集检测对象的由微波所激发形成的热信号，并将其传输至数据处理单元；所述数据处理单元用于信号处理与分析，获得检测对象所携带的能量信息。

进一步地，所述微波源的工频频率为0.1～300GHz，功率为1～1000kW。

进一步地，所述天线为偶极子天线、喇叭天线、螺旋天线、贴片天线、开口波导天线、Vivaldi天线或介质填充天线。

进一步地，所检测的对象放置于所述天线能量分布为3dB波瓣内的最佳加热区域内。

基于微波热声技术的酒精含量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开启微波源进行预热，并设置参数进行装置初始化；

S2、将微波源产生预设的微波信号辐射至检测对象，通过检测探头采集检测对象的热信号，并传输至数据处理单元；

S3、通过数据处理单元对热信号进行处理分析，得到检测对象的能量信息。

本发明的有益效果为：

(1)利用该发明在执法行为方面有助于执法人员对于酒驾行为的快速准确检测，避免拒检行为的发生；在工业领域方面有助于生产商对酒产品进行便捷、无损的酒精度数检测。

(2)该发明在集成后体积小，性能稳定，使用寿命长，操作便捷，造价低廉，功耗低，且对检测对象不具有接触依赖。

附图说明

图1为本发明提供的基于微波热声技术的酒精含量检测装置结构图；

图2为本发明提供的基于微波热声技术的酒精含量检测方法流程图；

图3为本发明提供的基于微波热声技术的酒精含量检测方法试验数据图；

图4为去离子水混合不同酒精浓度的理论电导率变化值示意图。

其中：1、微波源；2、天线；3、检测探头；4、数据处理单元。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1：

如图1所示，基于微波热声技术的酒精含量检测装置，包括微波源1、天线2、检测探头3和数据处理单元4；

所述微波源1用于产生微波信号；所述天线2用于接收微波源1产生的微波信号，并辐射至检测对象；所述检测探头3用于采集检测对象的由微波所激发形成的热信号，并将其传输至数据处理单元4；所述数据处理单元4用于信号处理与分析，获得检测对象所携带的能量信息。

本发明实施例中的热声信号接收装置的工作原理为：微波源1产生微波信号，微波信号经由天线2传播至检测对象，不同酒精含量的介质对微波吸收存在差异，且通过微波热效应产生相应热信号，实现将微波的电磁能转换为热能，热信号反映了不同酒精含量介质对微波吸收差异的特性，检测对象产生的热信号被检测探头3捕获，再将得到的热信号传输至数据处理单元4，数据处理单元4利用算法重建出检测对象吸收天线辐射后产生的热声信号，即对应能量信息。

本实施例中的微波源1提供激发产生微波热信号的微波，脉冲电源和微波电子管是微波源1的主要组成部分，微波源1工频频率为0.1～300GHz，功率为1～1000kW；天线2用于辐射出微波信号，天线2为偶极子天线、喇叭天线、螺旋天线、贴片天线、开口波导天线、Vivaldi天线或介质填充天线，以提供更加均匀的场分布，实现对人体组织的均匀加热，优选为一种形状为正方形的偶极子天线，工作频率为3.0GHz，口径64*64mm，增益7dB；本实例中将检测对象放置于天线2能量分布为3dB波瓣内的最佳加热区域内，以实现对检测对象的均匀加热。本实施例中的检测探头3用于采集热信号数据；数据处理单元4的作用是对检测探头采集的信号加以分析，分析检测对象的能量信息。

实施例2：

如图2所示，与上述实施例1中的装置对应，本实施例提供了基于微波热声技术的酒精含量检测方法，包括以下步骤：

S1、开启微波源进行预热，并设置参数进行装置初始化；

S2、将微波源产生预设的微波信号辐射至检测对象，并通过检测探头采集检测对象的热信号，并传输至数据处理单元；

S3、通过数据处理单元对热信号进行处理分析，得到检测对象的能量信息。

利用上述装置及方法对酒精浓度分别为0％、5％、10％、20％、30％、40％、50％的去离子水样品管进行了测量。每组浓度均有三个样品管以减小个体误差，每次对各样品管三个不同位置进行测量以减小空间误差，检测数据保留两组以减小设备测量误差；结果如图3所示(折线为实测数据，弧线为拟合值)。

结合去离子水混合不同酒精浓度的理论电导率变化值(如图4所示)，发现图3中的拟合曲线与其具有良好的相关性，对方法的可行性予以佐证。