一种基于多频谐振的液体检测方法、系统及装置

本发明涉及液体检测，尤其是指一种基于多频谐振的液体检测方法、系统及装置。

背景技术：

1、在交通运输与安全检查领域，对潜在危险的可疑液体实施高效、无损的检测，始终是一项既关键又充满挑战的任务。液体的分子极性与相互作用力的微妙差异，在电场的影响下，展现出独特的电极化现象，且这一特性随着电磁场频率的波动而动态变化。正是这些微妙的物理变化，为液体种类的精准识别提供了坚实的理论基础。

2、微波谐振器传感器被用于液体检测，具有高灵敏度、小尺寸、简单结构和低制作成本等优点，能够快速测量待测液体。然而，由于液体检测方式和频带的限制，检测过程存在较大的不确定性。

3、为了确保检测结果的准确性与可靠性，每次测量后均需对收集到的数据进行精细处理与分析。这一过程不仅要求技术人员具备深厚的专业知识，还需耗费大量时间与精力，以人工方式构建起液体种类与微波谐振器所捕捉到的关键参数(如谐振频率、信号幅值、反射系数相位、q值等)之间的复杂映射关系。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中的液体检测精度低且检测时间长的问题。为解决该技术问题，本发明提供了一种基于多频谐振的液体检测方法，所述液体检测方法包括：

2、s1：获取多种液体样品在一定频带内的传输系数；

3、s2：构建液体检测模型，将所述传输系数划分成训练集和测试集，利用所述训练集对所述液体检测模型进行迭代训练，以从所述训练集中提取目标谐振频率下的传输系数值，得到训练后的液体检测模型；

4、s3：基于所述训练后的液体检测模型，对待测液体进行检测，得到检测结果。

5、在本发明的一个实施例中，所述液体检测模型包括输入层、多个隐藏层和输出层；其中，所述输入层用于接收所述训练集，并将所述训练集转换成数组形式数据；所述隐藏层包括多个隐藏神经元，每个隐藏神经元对所述数组形式数据进行特征提取，得到特征值；所述输出层将所述特征值转换成概率分布值。

6、在本发明的一个实施例中，所述特征值的计算方法为：

7、利用每个隐藏神经元将前一层的输出或输入层的输入与相应的权重相乘，并加上偏置项，得到每个隐藏神经元的净输入；

8、对所述净输入进行非线性变换，将所有负值置为零，保留正值不变，得到每个隐藏神经元的输出特征值。

9、在本发明的一个实施例中，所述净输入的计算公式为：

10、

11、其中，表示偏置项；表示从第(l-1)层的第k个神经单元到第l层的第j个神经元的连接权重；n0是在每一层神经单元的数量。

12、在本发明的一个实施例中，所述输出特征值的计算公式为：

13、

14、其中，relu(·)表示激活函数，l表示层号，1≤l≤n，n表示隐藏层和输出层的总层数。

15、在本发明的一个实施例中，所述传输系数包括频段为2ghz到6ghz且步长为0.01ghz的s21传输曲线数据。

16、基于同一发明构思，本发明还提供了一种基于多频谐振的液体检测系统，所述液体检测系统用于实现所述的基于多频谐振的液体检测方法，所述液体检测系统包括以下模块：

17、数据获取模块，所述数据获取模块用于获取多种液体样品在一定频带内的传输系数；

18、模型构建模块，所述模型构建模块用于构建液体检测模型，将所述传输系数划分成训练集和测试集，利用所述训练集对所述液体检测模型进行迭代训练，以从所述训练集中提取目标谐振频率下的传输系数值，得到训练后的液体检测模型；

19、液体检测模块，所述液体检测模块用于基于所述训练后的液体检测模型，对待测液体进行检测，得到检测结果。

20、本发明还提供了一种基于多频谐振的液体检测装置，包括多谐振液体感应单元、矢量网络分析仪、控制单元以及所述基于多频谐振的液体检测系统；其中，所述多谐振液体感应单元连接所述矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪连接所述控制单元，所述基于多频谐振的液体检测系统存储于所述控制单元中。

21、本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的基于多频谐振的液体检测方法的指令。

22、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于多频谐振的液体检测方法的步骤。

23、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

24、本发明将多谐振单元与多层感知器(mlp)神经网络相结合，应用于液体检测中，将待测液体放置在谐振单元的检测区域，在较宽的频带内获取液体的传输系数，大量的数据包含丰富的特征。将测量数据通过多层感知器进行训练以消除误差影响。测量液体时，能够自动学习并提取出不同液体之间细微的传输系数特征差异，实现对液体的高精度检测。

技术特征：

1.一种基于多频谐振的液体检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多频谐振的液体检测方法，其特征在于：所述液体检测模型包括输入层、多个隐藏层和输出层；其中，所述输入层用于接收所述训练集，并将所述训练集转换成数组形式数据；所述隐藏层包括多个隐藏神经元，每个隐藏神经元对所述数组形式数据进行特征提取，得到特征值；所述输出层将所述特征值转换成概率分布值。

3.根据权利要求2所述的基于多频谐振的液体检测方法，其特征在于：所述特征值的计算方法为：

4.根据权利要求3所述的基于多频谐振的液体检测方法，其特征在于：所述净输入的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的基于多频谐振的液体检测方法，其特征在于：所述输出特征值的的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的基于多频谐振的液体检测方法，其特征在于：所述传输系数包括频段为2ghz到6ghz且步长为0.01ghz的s21传输曲线数据。

7.一种基于多频谐振的液体检测系统，其特征在于，所述液体检测系统用于实现如权利要求1～6任一项所述的基于多频谐振的液体检测方法，所述液体检测系统包括以下模块：

8.一种基于多频谐振的液体检测装置，其特征在于：包括多谐振液体感应单元、矢量网络分析仪、控制单元以及如权利要求7所述的基于多频谐振的液体检测系统；其中，所述多谐振液体感应单元连接所述矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪连接所述控制单元，所述基于多频谐振的液体检测系统存储于所述控制单元中。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述的基于多频谐振的液体检测方法的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的基于多频谐振的液体检测方法的步骤。

技术总结
本发明涉及液体检测技术领域，尤其是指一种基于多频谐振的液体检测方法、系统及装置，所述检测方法包括：S1：获取多种液体样品在一定频带内的传输系数；S2：构建液体检测模型，将所述传输系数划分成训练集和测试集，利用所述训练集对所述液体检测模型进行迭代训练，以从所述训练集中提取目标谐振频率下的传输系数值，得到训练后的液体检测模型；S3：基于所述训练后的液体检测模型，对待测液体进行检测，得到检测结果。本发明能够更精确地提取出不同液体的传输系数特征，从而实现对液体的高精度检测。

技术研发人员：张允晶,周逸凡,永敬磊,何兴理,李灵锋,李鹏
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21