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CN201327510Y - 用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的装置 - Google Patents

用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的装置 Download PDF

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CN201327510Y CNU2006900000941U CN200690000094U CN201327510Y CN 201327510 Y CN201327510 Y CN 201327510Y CN U2006900000941 U CNU2006900000941 U CN U2006900000941U CN 200690000094 U CN200690000094 U CN 200690000094U CN 201327510 Y CN201327510 Y CN 201327510Y
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Abstract

本实用新型涉及用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的装置。本实用新型涉及用于测量液体的物理特性的技术装置。该装置包括壳体(1)和报警指示器(2)。专用计算模块(DCD)(3)位于壳体(1)中，其一个输出被连接到指示器(2)的输入。交流电压源(4)位于壳体(1)内。引入直线布局的多个电极(5)，其使得能够测量壳体(1)外部的电位或电荷。最外侧电极(5)中的一个被连接到电压或电流源(4)，其余的电极(5)被连接到测量电压或电荷值的测量仪器(6)。测量仪器(6)的输出被连接到DCD(3)的输入。该DCD(3)的结构使得能够测量电极(5)上电压分布参数的陡度，比较测得的陡度值和对于无危险液体规定的陡度值。该DCD(3)的结构使得能够在测得的陡度值超过规定的陡度值时，通过其一个输出接通指示器(2)的输出。该装置使得能够扩大功能范围、简化结构和缩小总体尺寸。

Description

用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的装置
技术领域
本实用新型涉及一种用于测量液体的物理参数的技术仪器。其可用于在机场、检查点、大量人群拥挤的场所(博物馆、学校、迪斯科舞厅)进行检查和市民保护[G01R27/26]。
背景技术
已知一种用于被检对象内的介电常数空间分布的可视化的装置，被称为电容断层摄影(electro-capacity tomograph)[Reinecke N.andMewes D.1996，Recent developments and industrial/researchapplications of capacitance tomography，Meas.Sci.Technol.7，pp233-246]，其中使用了多电极电容系统，该系统包括包围着被检对象的每一侧的数十个电极。通过求解描述各向异性介质中的电场的方程的逆问题，根据测量结果重构出图像。电容断层摄影未用于危险液体检测，这是因为其复杂而昂贵，并且需要把被检对象完全置于测量系统内部，并且不能用于导电的介质。
在功能上最接近的类似物是用于液体中的火险非接触检测的装置，其包括以下部分：壳体；位于壳体表面上的用于发出表示液体危险的信号的报警指示器；位于壳体内的专用计算模块，其一个输出被连接到报警指示器的输入；位于壳体内部或壳体外部的交流电压源，根据装置的型式，可以是静止的或手动的或者便携式的。(http://daiichishoji，co，jp/dflt/)。
这种装置的工作原理基于微波介电测试法(microwavedielectrometry)，其能够测量容器内的液体的介电常数或导电率。该装置包括以下部分：具有天线的微波发生器；具有天线的微波检测器，其输出被连接到液体危险估计仪器，根据专用计算模块来实现，其一个输出连接到报警指示器，另一个输出连接到显示器。
已知装置的主要局限性是测试结果对容器的材料性质以及壁厚的依赖性，因而只能用于薄壁塑料瓶内的液体。其它的缺点包括这种测量仪器的总体尺寸大、复杂且昂贵。
实用新型内容
本实用新型旨在：扩大可测对象的范围、方便性和操作简便性。
由本实用新型的实现而达到的技术效果是：扩大了功能选项的范围，简化了装置并缩小了装置的尺寸。
按照所述的方法，在上述目的下并且为了实现上述技术效果，一种已知的用于容器内部的可燃液体的非接触检测的装置，包括：壳体；位于壳体表面上的用于发出表示液体危险的信号的报警指示器；位于壳体内部的专用计算模块，其一个输出被连接到报警指示器的输入；位于壳体内部的交流电压源；其特征在于，对所述装置的改进是：所述装置具有能够测量壳体外部的电位的呈直线布局的多个电极，最外侧电极被连接到交流电压源，所有其它电极被连接到电压测量仪器，电压测量仪器的输出被连接到专用计算模块的输入，专用计算模块的结构使得能够测量电极上的电压分布的参数的陡度，将所测得的陡度值和针对无危险液体的经调节的最大陡度值进行比较。一旦测得的陡度值超过无危险液体的经调节的最大陡度值，专用计算模块便接通和其一个输出相连的报警指示器，该报警指示器用于发出表示液体危险的信号。
本实用新型可以具有其它的样式，其中下述是有利的：
-引入位于壳体表面上的指示器，用于发出表示是无危险液体的信号，并且专用计算模块的结构使得能够在测得的电极上的电压分布的参数的陡度不超过对于无危险液体调节的最大陡度值时，接通和专用计算模块的另一个输出相连的该指示器；
-引入位于壳体表面上的指示器，用于发出表示不存在带有液体的容器的信号，并且专用计算模块的结构使得能够测量电极上的电压的平均值，当所测得的电压的平均值小于经调节的阈值时，所述专用计算模块的结构使得能够接通和专用计算模块的另一个输出相连的该指示器；
-当壳体由金属制成时，所述装置具有外部布置的电极；
-当至少壳体的最靠近电极的部分由介电材料制成时，所述装置具有内部布置的电极。
附图说明
下面参照附图通过本实用新型的一种改进的实施形式说明本实用新型的上述的优点和其它特征。
图1表示用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的所述装置；
图2表示对于可燃的和非可燃的液体的电极上电压分布的参数；
图3表示专用计算模块的通用工作算法的方块图；以及
图4是本实用新型的装置的操作的简单性的演示。
具体实施方式
用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的装置(图1)包括：壳体1和位于壳体表面上的用于发出表示液体危险的信号的报警指示器2。专用计算模块3(SCM)位于壳体1的内部，SCM 3的一个输出被连接到报警指示器2的输入。交流电压源4位于壳体1的内部。最外侧的电极5被连接到交流电压源4，而所有其它电极5(测量电极)被连接到电压测量仪器6。测量仪器6的输出被连接到SCM 3的输入。SCM3的结构使得能够测量电极5上的电压分布的参数的陡度(图2)(其中X方向对应于测量电极的编号，Y方向对应于测量电极上的测得的电压值)。SCM 3的结构使得能够对所测得的陡度值和对于无危险液体调节的最大陡度值进行比较(图3)，当所测得的陡度值超过调节的最大陡度值时，SCM 3接通与其一个输出相连的报警指示器2，该报警指示器2用于发出表示液体危险的信号。
该装置可以通过引入指示器7而得到改进。指示器7位于壳体1的表面上，用于发出表示无危险的液体的信号。SCM 3的结构使得当所测得的电极上的电压分布的参数的陡度(图2)不超过对于无危险液体调节的最大陡度值时，能够接通与SCM 3的另一个输出相连的该指示器7。
该装置可以通过引入指示器8被改进。指示器8位于壳体1的表面上，用于发出表示在检测器附近不存在带有液体(被检对象)的容器的信号。当测得的电极上的电压的平均值小于调节的阈值时，SCM 3的结构使得能够接通与SCM 3的另一个输出相连的指示器8(图1)。
如果壳体1用金属制成，电极5可以位于壳体1的外部(图1)。
当至少壳体1的面向电极的部分由例如具有接近于空气的介电常数的介电常数ε的介电材料制成时，电极5可位于壳体1的内部。
该装置的操作如下所述：
该装置被压到具有被检液体的容器A(图4)，如图1示意性地示出的那样，并接通电源4。于是在测量电极5上会感生出电位，该电位的值取决于电源4的输出电压和最外侧电极5与测量电极之间的距离。不过，实验表明，无论感生电位与最外侧电极5之间距离的比例如何，而且无论电源5的功率如何，对于非可燃液体，在电极5上电压分布的参数的陡度值(图2)总是大于可燃液体的陡度值，其中所述陡度值几乎与含有液体的容器的壁的材料无关。对于曲线的注释(图2)对应于以下的测试结果：“水1”-在无气隙的玻璃瓶中的水；“水2”-在带有4毫米的气隙的玻璃瓶中的水；“可口可乐”-在塑料瓶中的可口可乐；“牛奶”-四边形纸板容器(Tetra Pack)中的牛奶；“汽油1”-在无气隙的玻璃瓶中的汽油；“汽油2”-在有气隙的玻璃瓶中的汽油；“煤油”-在纸板牛奶容器中的煤油。图2表示电极电压的绝对值和空间依赖性都与容器和气隙的性质以及液体的参数有关。同时，无论容器壁的参数如何，具有较小介电常数的液体产生测量值随着实际电极距离的增大而较高速地减小的空间分布，这个事实被用于识别液体而与容器壁的材料和厚度无关。
由测量仪器6的输出得到的电极5上的电压值(或感生电位)Q1-Q4在SCM 3中被处理，为此目的使用放大器-解调器块10，在其中将信号放大然后减小到恒定的电压值。在模数转换器块(ADC)11中，把信号转换成数字形式。信号平均电平测量块12确定所接收的信号的平均电平。在块13中，按照电源4的功率和电极5之间的距离调节针对所接收的信号的阈值。比较块14确定平均信号电平是否高于经调节的阈值。如果不是，则没有被检对象，SCM 3通过其“无”输出接通指示器8，其用于发出表示不存在被检液体的信号。如果是，则块15的操作输入被激活，并对信号进行处理。在块15中，计算电极5上的电压分布的参数的陡度值K。在块16中将该K值与Kthreshold(即在块17中经调节的非可燃液体的参数的最大陡度)进行比较。如果K大于Kthreshold，则认为该液体是可燃的，并通过块16的“是”输出接通报警指示器2。如果K不大于Kthreshold，则通过块16的“否”输出接通指示器7，其用于发出表示液体是非可燃的信号。
在本实用新型中，实现了一种呈直线布局的多电极系统5，电极5的数量可以是3个或以上(不少于3个)。通过估计检测器的最外侧电极5和其余的电极5(测量电极)之间的互电容的空间相关性，这种系统使得能够排除容器壁对液体测量的影响，因而使得液体检测更加可靠和可信。本实用新型暗示了一种和电容断层摄影紧密相关的方法，不过，在这种情况下，只需要估计包括容器、空气隙和液体的各向异性介质的一种成分的复介电常数(complex permittivity)，而不必进行可视化。由于这个事实，只需要少得多的电极5。当电极5和交流电压源4相连时，通过在一对电极5之间感生交流电位，并测量由其它电极5上产生的电场感生的电荷，可以测量电极5之间的互电容。通过测量电极5上相对于一个有源电极5的电位，或者通过使用测量电容的任何其它方法，可以达到相同的结果。电极5可被设置在被检对象(具有液体的容器)的一侧上，靠近被检对象的表面。结果，该装置使得能够估计液体的物理(电)特性，而无论容器壁的材料和厚度以及在测量系统和容器之间的空气隙如何。同时，利用被检对象的表面上的相对小的面积和被检对象的任何一侧便足够了，这很好地使得所提出的装置有别于微波电介质测试器以及已知的电容断层摄影。这些测量可以在任何方便的频率下进行，从几百Hz到数十MHz。和微波电介质测试器相比，所提出的装置的成本、复杂性和测量仪器的要求被大大降低了(不需要用于微波照射的昂贵的发送器、接收器和天线系统)，或者和标准的电容断层摄影(要求一定数量的通道及其灵敏度，并要求用于数据处理的计算资源)相比，这些方面也被大大降低。
通过提供测试玻璃容器和塑料容器内的液体的能力，可以扩大该装置的功能选项(见表)。所述的设备被实现为一个紧凑的装置。该装置的外观示于图4。借助于所提出的装置，在下述表中所示的测试结果表明了危险液体检测的最高可靠性。此外，简化了结构，缩小了设备的尺寸。
在工业应用方面，所述的用于可燃和爆炸性液体的非接触检测的装置的最有效的应用是由安全和执法部门对携带的液体进行操作检查，也用于在大量人群拥挤的地方维持安全。
表-利用所述装置测试的不同容器中的液体的对照表
Figure Y20069000009400091

Claims (5)

1.一种用于容器内部的可燃液体的非接触检测的装置，包括：
壳体；
位于壳体表面上用于发出表示液体危险的信号的报警指示器；
位于壳体内部的专用计算模块，其一个输出和所述报警指示器的输入相连；
位于壳体内部的交流电压源；
其特征在于，对所述装置的改进是：所述装置具有能够测量壳体外部的电位的呈直线布局的多个电极，最外侧电极被连接到交流电压源，所有其它电极被连接到电压测量仪器，电压测量仪器的输出被连接到专用计算模块的输入，专用计算模块的结构使得能够测量电极上电压分布的参数的陡度，比较所测得的陡度值和对于无危险液体调节的最大陡度值，在所测得的陡度值超过调节的最大陡度值的情况下，专用计算模块接通被连接到专用计算模块的一个输出的报警指示器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置具有位于壳体表面上的另一个指示器，用于发出表示是无危险液体的信号，并且所述专用计算模块的结构使得能够：在所测得的电极上电压分布的参数的陡度不超过对于无危险液体调节的最大陡度值的情况下，接通和专用计算模块的另一个输出相连的所述指示器。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置具有位于壳体表面上的另一个指示器，用于发出表示不存在带有液体的容器的信号，并且所述专用计算模块的结构使得能够测量电极上的电压的平均值，并且当所测得的电压的平均值小于经调节的阈值时，所述专用计算模块的结构使得能够接通和所述专用计算模块的另一个输出相连的所述指示器。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当壳体由金属制成时，所述装置具有外部布置的电极。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当至少壳体的最接近电极的部分由介电材料制成时，所述装置具有内部布置的电极。
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