一种酒精浓度的非接触测量系统

本发明属于酒精浓度检测，具体为一种酒精浓度的非接触测量系统。

背景技术：

1、随着公共交通道路的不断发展和建设，自驾车出行已经成为了最主要的出行方式之一，但随之而来的是各种交通事故，严重威胁着驾驶员和交通导通的安全；酒驾是导致交通事故的重要原因之一，驾驶员酒后驾车发生事故的可能性相比正常驾驶情况大得多，严重的危害着交通安全；因此，对酒驾进行检测非常重要。

2、但是目前的检测时大部分是通过化学接触法进行检测，从而影响了整体的检测效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种酒精浓度的非接触测量系统。

2、本发明采用的技术方案如下：一种酒精浓度的非接触测量系统，所述酒精浓度的非接触测量系统包括：标准溶液制备模块、实验室紫外波段光谱数据采集模块、实验室紫外波段光谱数据收集模块、数据收集与处理模块和反演模型的建立模块。

3、在一优选的实施方式中，所述酒精浓度的非接触测量系统使用方法包括以下步骤：

4、s1：进行实验室标准溶液制备，使用移液管取0.95ml的纯酒精；使用移液管添加8.55ml的蒸馏水到含有0.95ml纯酒精的试管中；轻轻摇动混匀液体；使用酒精浓度检测仪对标准溶液进行测量，以确保其酒精浓度为10％；试管上贴上10％酒精标签；

5、s2：进行实验室紫外波段光谱数据采集，实验选取300ml烧杯作为拍摄容器，分开加入不同浓度的酒精溶液，将烧杯放置于样品台上，烧杯到达紫外波段光谱相机正下方时，水面与相机镜头的距离约为40cm。实验中传送带的转速应与水面距紫外波段光谱采集设备镜头的高度和紫外波段光谱采集设备镜头的焦距匹配；

6、s3：进行实验室紫外波段光谱数据收集：

7、31)准备20杯不同浓度(0％-95％)的酒精溶液，每个浓度间隔5％；每杯溶液的体积应相同；

8、32)将uvc3535深紫外led灯珠254nm紫光12v模块光源固定在一个稳定的支架上，确保其能够平均照射到每一杯酒精溶液；

9、33)将uvm-30a紫外线传感器固定在每一杯酒精溶液的对面，确保它能接收到透过酒精溶液的光；

10、34)将uvm-30a紫外线传感器通过适当的线路连接到ka40i-ca40i_四核cortex-a7工业全志a40i开发板的light_sensor_pin(a0)引脚；

11、35)开启ka40i-ca40i_四核cortex-a7工业全志a40i开发板，上传并运行提供的代码；

12、36)依次对每一杯酒精溶液进行照射，每次照射后，记录开发板的串行输出，即dn值和对应的浓度值；

13、37)在照射完所有的酒精溶液后，将收集到的数据进行整理；

14、s4：进行数据收集与处理，重复上述实验过程，收集光照传感器数据。对数据进行插值处理，

15、差值公式是用于估计或计算一个函数在某一点的值的方法，此处使用拉格朗日插值：

16、f(x)＝∑f(xi)li(x)

17、其中，

18、j≠i,i和j都是从0到n的整数

19、建立一个与酒精溶液浓度一一对应的dn值数据集。可以使用神经网络进行拟合，得到浓度与dn值之间的关系式；

20、s5：进行紫外波段光谱酒精浓度反演模型的建立；构建人工神经网络模型时，我们首先需要收集一系列的光谱数据和对应的酒精浓度数据。然后，我们使用这些数据来训练神经网络，即实现反演模型构建；

21、s6：酒精含量反演模型是实际的光谱反射率与酒精参数浓度之间的关系抽象成为数学问题并建立模型，本文选取决定系数(2r)作为实验室紫外波段光谱酒精含量反演模型的拟合精度的检验指标。

22、

23、‘xi‘代表样本数据，‘x‘代表样本数据的平均值，‘yi‘代表拟合数据，‘ssreg‘表示回归平方和，‘sso‘为总离差平方和。

24、当r2越接近1时，表示该模型的拟合程度越好、参考价值越高；

25、s7：对结束酒精浓度的非接触测量结果进行记录收集，即可结束整个酒精浓度的非接触测量系统使用流程。

26、在一优选的实施方式中，所述步骤s1中，标准溶液的配置严格按照国家标准gb/t602-2002化学试剂标准溶液制备方法进行操作。分别配置0-95％共20个不同浓度梯度的酒精溶液，以配置9.5ml的10％的酒精标准溶液为例。

27、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，紫外波段光谱采集设备，其波段范围为245-275nm，选用积分时间为14ms。

28、在一优选的实施方式中，所述步骤s2中，实验光源选用一个紫外波段led灯，灯的位置和高度可以自由调节。由于水的反射率较高，因此本实验选用反射率为98％的标准反射率板进行定标。

29、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，选定紫外波段led灯为uvc3535深紫外led灯，uvc3535深紫外led灯的灯珠254nm紫光12v模块光源，波长范围定为245-275nm之间因为酒精在此波段范围内有较强的吸收特性。

30、在一优选的实施方式中，所述步骤s3中，选用uvm-30a紫外线传感器，与开发板相连，选择oka40i-c a40i_四核cortex-a7工业全志a40i开发板，编写程序，将光信号转换为dn值，并建立起浓度与dn值之间的对应关系。

31、在一优选的实施方式中，所述步骤s7中，经过计算，酒精的决定系数(2r)为0.8602，值与1十分接近，证明构建的实验室紫外波段光谱酒精含量反演模型的拟合效果较好，可以应用于酒精含量的研究中。

32、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

33、1、本发明中，紫外波段led灯和光照传感器技术已经相对成熟，市场上有大量成熟产品可供选择。此外，开发板及其编程技术也已经非常成熟，可以实现对光照传感器数据的采集和处理。本技术所需的紫外波段led灯、光照传感器和开发板等设备成本相对较低，且实验操作简单。本技术提出的酒精溶液浓度测定方法具有快速、准确的特点，可广泛应用于实验室、工业生产等场景，具有较高的实用价值。

34、2、本发明中，建立紫外波段光谱酒精浓度反演模型，利用数据挖掘的方法进行数据收集，构建人工神经网络模型，将神经网络拟合曲线与实际曲线相对比，不断强化神经网络模型；相较于传统测量酒精的紫外接收范围(200nm-300nm)，更加精确了测量酒精的强吸收波段(245nm-275nm)；提出了利用lambert-beer定律建立酒精浓度和紫外透过率之间的标准曲线模型，实现未知浓度酒精溶液浓度的测定。相较于利用软件构建酒精浓度反演模型，利用人工网路构建的酒精浓度反演模型曲线误差更小，与实际曲线更加的贴合；与化学方法检测酒精浓度相比，利用紫外波段光谱检测将时间缩短至1ms，且检测工具更加便携，大大提高了检测酒精浓度的速率与精度。