一种基于电容和红外光电技术的地沟油浓度检测方法

摘要

本发明公开了一种基于电容和红外光电技术的地沟油浓度检测传感器，属于检测技术领域。本发明包括平行板电容器、红外光源和光敏二极管，所述平行板电容器由两块平行的不锈钢极板组成，红外光源和光敏二极管分别设置在平行板电容器的两侧；红外光源发出的红外光射入到平行板电容器的其中一块不锈钢极板的边缘且在平行板电容器内形成连续反射并从平行板电容器的另一侧射出，光敏二极管位于从平行板电容器射出的红外光的光路上。本发明结构简单、制造成本低，其检测结果信息冗余性高、可靠性和鲁棒性好，具有良好的精度和灵敏度。

主权项

一种基于电容和红外光电技术的地沟油浓度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)采用平行板电容器、红外光源和光敏二极管对地沟油浓度进行检测，所述平行板电容器包括两块平行的不锈钢极板，红外光源和光敏二极管分别设置在平行板电容器的两侧；红外光源发出的红外光射入到平行板电容器的其中一块不锈钢极板的边缘且在平行板电容器内形成连续反射并从平行板电容器的另一侧射出，光敏二极管位于从平行板电容器射出的红外光的光路上；待测地沟油样品注满在平行板电容器内；2)测得平行板电容器电容C和光敏二极管根据接收到的红外光的光强I₁而转换成的光电流I₂的值；3)根据以下公式计算地沟油浓度N：$N(C,I_2)={\alpha }_0+{\alpha }_{1}C+{\alpha }_2{I}_2+{\alpha }_{3}C{I}_2+{\alpha }_4{C}^2+{\alpha }_5{I}_2^2---\left(3\right)$上述式(3)中，α₀,α₁,α₂,α₃,α₄,α₅为系数、利用各种已知浓度的地沟油及其对应被测电容值C和光电流I₂之间的实验数据库回归分析得到，其计算过程如下：假设实验过程中取n+1个浓度观测点N_i，i＝0,1,2,…,n，将每个浓度观测点上测得的电容C_i，i＝0,1,2,…,n，和光电流I_2i，i＝0,1,2,…,n，带入式(3)，用最小二乘法计算如下，观测数据与该融合方式拟合曲线偏差的平方和为：$F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)=\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}{[N(C_i,I_{2i})-N_i]}^2$再由$\left\{\begin{array}{c}\frac{\partial F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)}{\partial {\alpha }_0}=2\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}[N(C_i,I_{2i})-N_i]=0\\ \frac{\partial F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)}{\partial {\alpha }_1}=2\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}[N(C_i,I_{2i})-N_i]C_i=0\\ \frac{\partial F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)}{\partial {\alpha }_2}=2\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}[N(C_i,I_{2i})-N_i]I_{2i}=0\\ \frac{\partial F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)}{\partial {\alpha }_3}=2\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}[N(C_i,I_{2i})-N_i]C_i{I}_{2i}=0\\ \frac{\partial F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)}{\partial {\alpha }_4}=2\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}[N(C_i,I_{2i})-N_i]C_i^2=0\\ \frac{\partial F({\alpha }_0,{\alpha }_1,{\alpha }_2,{\alpha }_3,{\alpha }_4,{\alpha }_5)}{\partial {\alpha }_5}=2\underset{i=0}{\overset{n}{\Sigma }}[N(C_i,I_{2i})-N_i]I_{2i}^2=0\end{array}\right.$解得α₀,α₁,α₂,α₃,α₄,α₅，其中$N(C_i,I_{2i})={\alpha }_0+{\alpha }_1{C}_i+{\alpha }_2{I}_{2i}+{\alpha }_3{C}_i{I}_{2i}+{\alpha }_4{C}_i^2+{\alpha }_5{I}_{2i}^2.$