便携式潲水油检测仪系统设计

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1、便携式潲水油检测仪系统设计刘磊LIULei；康敏航KANGMin-hang；李旭LIXu；任飞RENFei（西安工业大学光电工程学院，西安710021）摘要：潲水油对人体的生命健康造成非常大的影响，严重危害着人类的身体健康。本文利用生物电阻抗的方法，研制了一种潲水油快速检测仪，该检测仪能够实时准确的检测受检油品的组织变化，为潲水油的判别提供可靠的依据。.jyqkpedanceSpectroscopy，BIS）是近二十年以来随着测量技术的进步而发展起来的一种以多频率、复阻抗测量为基础的生物组织监测技术。对于潲水油来

2、说，油品中的不同物质改变了油品组织的导电特性，因此其阻抗频谱特性必然也会发生显著变化，使得潲水油的阻抗频谱特性与正常油品组织存在显著差异。因此，利用BIS技术来甄别潲水油成为可能。更重要的是，BIS测量周期很短，一般可以在1分钟以内实现从低频到高频几十个频率点的扫频测量，从而满足了快速、准确的检测需求。此外，由于BIS测量仪器小巧、便携，因此研制便携式的潲水油快速测量仪也成为可能。2系统的硬件组成本测量系统主要包括主控单元电路、二电极阻抗测量电路等，其中主控单元包括低功耗单片机STC12LE5A56S2、阻抗分析

3、芯片AD5933、键盘、LCD显示、RS232串行通信口、复位及时钟系统、3.3V电源转换芯片LM1117。阻抗测量芯片AD5933通过二电极阻抗测量电路实现油品阻抗的二电极比例测量法测量，得到从低频到高频若干个频率点的类油类阻抗数据，单片机通过I2C总线获得AD5933所采集的阻抗数据，并可通过RS232串行通信口上传给PC机。系统的结构原理图如图1所示。实际测量过程中，在PC机上调试好的程序通过UART下载到单片机上，然后启动AD5933进行测量，AD5933完成阻抗测量后将未校准的实部和虚部值发送到单片机，

4、并在液晶显示器上显示，同时等待进一步的校准，单片机通过设置好的增益系数对模值进行校准，最后将校准的信息送到液晶显示。AD5933是美国AD公司生产的新一代阻抗频谱测量一体化芯片，是一种高精密度的阻抗转换器系统解决方案，结合了一个片内的频率发生器和一个电源供电的12bit，1MSPS的ADC。该频率发生器允许使用高达100kHz的已知频率激励100Ω～20MΩ范围的复数阻抗。该阻抗的响应信号被片内的ADC采样，然后由片内的DSP引擎进行傅里叶变换（DFT）处理。傅里叶变换（DFT）运算返回实部（R）和虚部（I）的数

5、据字，从而可以方便地计算出阻抗。由于采用了AD5933阻抗频谱测量芯片，本系统大大简化了硬件设计，实现了仪器的便携式、低功耗设计。3测量结果及判别方法为了保证检测仪的硬件与软件都能进行正常测量，进行了油品实验，本课题选用了三杯等量的、油品不同的花生油作为测量样品，其中一杯为合格油品。系统测量的信号频率为30kHz-50kHz。实验时，插入三杯受检油品中的两个探针之间的距离均为10mm，两探针插入深度均为5mm。本次实验及测量结果如表1所示。在获得了油品的实部及虚部数据之后，本文采用绝对值距离法进行油品的识别判断。

6、当两个样本之间的绝对值距离越小，说明这两个样本相接近的可能性越大。本系统采用的是在30kHz-50kHz情况下，对合格花生油进行了100组定频测量，将测得的100组数据取平均值作为合格值。在固定的频率下，对待测油品进行测量，将测得的值与合格值进行比较，值越接近，两个油品越接近。以信号源频率为30kHz为例，合格油品的实部3283，虚部2205，绝对值距离d为1078，d的范围为907-1230。为了简化计算时的难度，绝对值距离的计算只进行到个位。表2为30kHz下三杯受检油品的绝对值距离。通过数据比较，待测油品1

7、、2的绝对值距离均在测定的合格值范围内，相较而言，待测油品1要好于待测油品2。4结论本系统采用生物电阻抗技术，利用高精度的阻抗测量器件AD5933对受检油品的阻抗组织进行实时测量，通过计算受检油品的绝对值距离，和合格油品的测量数据进行比较，从而为受检油品的检测提供有力的判断依据，在一定程度保障了人民的生命健康。经过各种实验测试，该系统具有安全可靠、测量准确等优点。..