專利名稱：物質成分含量評測儀及方法
技術領域：
本發明涉及一種用來評測物質成分含量的測定儀器以及測定方法，屬于檢測領域。
背景技術：
當前，我國的商品假冒偽劣現象比較嚴重，有關質檢部門有必要對商品質量進行嚴格把關，消費者也有必要對商品質量進行自檢，以維護自己的消費權益。但是，面對形形色色的商品，如何對其成分、含量進行準確檢測，從而確定其質量好壞，是質檢部門、消費者最關心的問題。目前，最新的檢測物質成分、含量的方法是一種采用高頻電磁波(RF)技術與電磁場模擬技術實現的檢測方法。例如，日本AET公司開發的一體化新型微波介電常數測定儀 LM-29即采用了該檢測方法，其能夠通過一個開放型同軸共振器快速無損地測量各種形狀的材料，內置的反饋電路可以使測量更準確，振蕩器的操作更簡單。該測定儀通過結合高Q 腔、高度精確的測量算法和三維電磁仿真軟件而使無破壞性測量的精度得到保證。該測定儀LM-29采用了諧振腔微擾法，使檢測精度大大提高，但是，日本AET公司的該測定儀LM-29 是臺式儀器，不適合便攜式操作，其不適宜寬頻帶測量和損耗較大的介質材料的測量，除此之外，該測定儀LM-29價格過于昂貴，一臺儀器的售價約人民幣50余萬元，無法在廣大的普通消費者和基層質檢人員間普及。另外，美國伊諾斯(Innov-X systems)公司最新推出了第三代手持式系列分析儀， 例如型號為Innov-X Alpha 4000的分析儀，其是聯合國武器核查和歐美多國海關檢測專用儀器，其特點是適合在室外快速分析，可以在5秒鐘內同時進行有害物質分析、各種元素識別、礦石品位含量檢測、土壤元素分析、合金、鹵元素分析，具有快速、高效、準確等特點，其分析樣品可以是固體、液體、粉末、糊狀物、油脂、薄膜等，檢測結果的范圍從百萬分之幾到百分之百，分析后的數據可以通過電腦無線控制，即刻存儲下載，并同時生成EXCEL文件。 該分析儀本身重量為1.3公斤，采用可充電池(鋰電池)供電，其無線藍牙技術與GPS技術共同實現儀器在野外的使用，是人性化、一體化的現代技術設備。但是，該分析儀為定量分析模式，檢測精度很高，因此，其價格昂貴，一臺儀器的價格高達28萬元人民幣，無法被普通消費者和基層質檢人員接受，且相對于便攜而言，其重量也較重，無法隨身攜帶。
發明內容
本發明的目的在于提供一種物質成分含量評測儀及方法，該物質成分含量評測儀可半定量、準定量檢測被測物質的成分及成分含量，幫助消費者和基層質檢人員辨認商品真偽。為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案—種物質成分含量評測儀，其特征在于它包括殼體，該殼體上設有被測物卡固檢測裝置，該被測物卡固檢測裝置包括用于夾持被測物質的兩個卡固端頭，該兩個卡固端頭相向設置，該兩個卡固端頭中的一個卡固端頭與卡緊裝置連接，該卡緊裝置用于使與其連接的該卡固端頭移動而將被測物質夾持在該兩個卡固端頭之間，該殼體內設有物質成分含量檢測電路，其中該物質成分含量檢測電路包括發射天線、接收天線、控制面板，該發射天線、接收天線分別設置在該兩個卡固端頭內，該發射天線的接線端經由功率放大模塊、可變增益放大模塊、選擇開關、超寬頻帶微波生成模塊與微處理器的相應IO端連接，該接收天線的接線端經由幅度電壓轉換模塊、可變增益放大模塊、AD轉換模塊與該微處理器的相應 IO端連接，設置在該殼體上的該控制面板的信號端與該微處理器的相應IO端連接。所述發射天線、接收天線為貼片天線，多個所述發射天線的接線端經由發射天線選擇模塊與所述功率放大模塊的輸出端連接，多個所述接收天線的接線端經由接收天線選擇模塊與所述幅度電壓轉換模塊的輸入端連接。所述超寬頻帶微波生成模塊包括低頻段頻率合成器和高頻段頻率合成器，該低頻段頻率合成器的控制輸入端與所述微處理器的相應IO端連接，該低頻段頻率合成器的輸出端分兩路，一路與所述選擇開關的一個輸入端連接，另一路與該高頻段頻率合成器的輸入端連接，該高頻段頻率合成器的控制輸入端與所述微處理器的相應IO端連接，該高頻段頻率合成器的輸出端與所述選擇開關的另一個輸入端連接。所述卡緊裝置為設有刻度的千分尺結構。所述殼體內設有光柵測距電路，該光柵測距電路包括主光柵、副光柵和距離測量電路，其中該主光柵與所述卡緊裝置連接，該距離測量電路的信號端與所述微處理器的相應IO端連接。所述物質成分含量檢測電路設有溫度檢測電路，該溫度檢測電路的信號端與所述微處理器的相應IO端連接。所述微處理器為智能控制器；所述微處理器上的相應IO端與數字隔離USB 口的內接端連接，該數字隔離USB 口設置在所述殼體上，用于與智能手機連接。一種基于所述物質成分含量評測儀實施的物質成分含量評測方法，其特征在于， 它包括如下步驟步驟一將被測物質放置于兩個卡固端頭之間，并通過卡緊裝置將被測物質夾持住，此時測量出兩個卡固端頭間相距的距離，根據卡固端頭端部的截面積，計算出被測物質處于兩個卡固端頭之間的體積；步驟二 若被測物質中的被測成分明確，則進入步驟三；若被測成分不明確，則進入步驟五；步驟三發射天線發射具有與該被測成分介電常數相對應的特征頻率頻段的微波；步驟四微波穿過被測物質衰減后由接收天線接收，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積，與數據庫中存儲的該被測成分對應該體積時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，從而確定出該被測物質是否為純品以及該被測成分的含量，檢測結束；步驟五發射天線發射具有設定寬頻段的微波而進行掃頻；步驟六微波穿過被測物質衰減后由接收天線接收，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積，與數據庫中存儲的各個物質對應該體積時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，從而確定出該被測物質的成分以及各個成分的含量，檢測結束。在所述步驟一中，測量物質成分含量評測儀所處環境溫度，則在所述步驟四中， 根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積和環境溫度，與數據庫中存儲的該被測成分對應該體積、環境溫度時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比；在所述步驟六中，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積和環境溫度，與數據庫中存儲的各個物質對應該體積、環境溫度時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比。所述步驟四和步驟六中的類比處理在所述微處理器中進行，或者，所述步驟四和步驟六中的類比處理在智能手機中進行，或者，所述步驟四和步驟六中的類比處理在與智能手機無線通訊連接的后臺網站支持平臺中進行，其中若所述步驟四和步驟六中的類比處理在智能手機中進行，當智能手機中的數據庫內沒有消費者此時所檢測的物質信息時，消費者可將檢測得到的該物質信息發送給后臺網站支持平臺，以在后臺網站支持平臺上的數據庫中查詢，如果后臺網站支持平臺上的數據庫內仍然無該物質信息，則專家將根據消費者提供的該物質信息做相關實驗，以協助解決消費者遇到的問題；若所述步驟四和步驟六中的類比處理在與智能手機無線通訊連接的后臺網站支持平臺中進行，當后臺網站支持平臺上的數據庫內沒有消費者此時所檢測的物質信息時， 專家將根據消費者提供的該物質信息做相關實驗，以協助解決消費者遇到的問題。本發明的優點是本發明物質成分含量評測儀成本低，重量輕，便攜性強，本發明評測儀和評測方法可對被測物質的成分、含量進行半定量、準定量快速檢測，也可進行定量檢測，檢測準確， 特別適用于鑒定商品質量(成分及其含量)，為消費者和基層質檢人員辨認商品真偽提供依據，有效防止消費者上當受騙，尤其防止有害物質對消費者身體造成損害，保護自己的健康，有效遏制不法商販坑害消費者的行為。
圖I是本發明物質成分含量評測儀的示意圖；圖2是物質成分含量檢測電路的組成框圖；圖3是物質成分含量檢測電路的一較佳實施例的組成框圖；圖4是數據庫中存儲的物質A在體積B條件下繪制出的頻率與介電常數關系曲線示例圖。
具體實施例方式如圖I和圖2所示，本發明物質成分含量評測儀包括殼體60，圖I中的該殼體60 呈U型，該殼體60上設有被測物卡固檢測裝置，該被測物卡固檢測裝置包括用于夾持被測物質50的兩個卡固端頭61、62，該兩個卡固端頭61、62相向設置,在評測儀初始化時,卡固端頭61、62間相距一定的初始距離，該兩個卡固端頭中的一個卡固端頭與卡緊裝置63連接，而另一個卡固端頭可固設在殼體60上，該卡緊裝置63用于使與其連接的該卡固端頭移動而將被測物質50夾持在該兩個卡固端頭61、62之間，該殼體60內設有物質成分含量檢測電路，其中如圖2，該物質成分含量檢測電路包括發射天線10、接收天線20、控制面板34，該發射天線10、接收天線20分別設置在該兩個卡固端頭61、62內，該發射天線10的接線端經由功率放大模塊16、可變增益放大模塊15、選擇開關12、超寬頻帶微波生成模塊11與微處理器30的相應IO端連接，該接收天線20的接線端經由幅度電壓轉換模塊22、可變增益放大模塊23、AD轉換模塊24與該微處理器30的相應IO端連接，該選擇開關12、兩個該可變增益放大模塊15、23的控制端分別與微處理器30的相應IO端連接，設置在該殼體60上的該控制面板34的信號端與該微處理器30的相應IO端連接。在實際設計中，普通天線的體積較大且無法達到本發明所需的頻段，因此，在本發明中，發射天線10、接收天線20優選采用貼片天線，貼片天線既體積小且價格低，如貼片天線可選用LTCC陶瓷貼片天線。如圖2，多個發射天線10的接線端經由發射天線選擇模塊 17與功率放大模塊16的輸出端連接，多個接收天線20的接線端經由接收天線選擇模塊21 與幅度電壓轉換模塊22的輸入端連接。在實際使用中，根據發射的微波頻段，經由發射天線選擇模塊17的控制而選擇使用合理數量和發射規格的貼片天線進行微波發射作業，相應地，接收天線20的使用數量和發射規格應與發射天線10所選擇的數量和發射規格一樣， 工作時，發射天線選擇模塊17與接收天線選擇模塊21同時打開相同頻率的天線通道。所有發射天線10、所有接收天線20都均勻地排列在相應的卡固端頭的殼體內，以使微波均勻向被測物質發射，保證檢測準確性。由于本發明物質成分含量評測儀適用于本發明評測儀設定檢測范圍內的各種物質，而這些物質的介電常數對應的特征頻率所在的頻段各不相同，有的處于低頻段，有的處于高頻段，因此，本發明評測儀需要能發射超寬頻帶的微波。根據此需求，對本發明評測儀進行了如下設計如圖3，超寬頻帶微波生成模塊11包括低頻段頻率合成器111和高頻段頻率合成器112，該低頻段頻率合成器111的控制輸入端與微處理器30的相應IO端連接， 該低頻段頻率合成器111的輸出端分兩路，一路與選擇開關12的一個輸入端連接，另一路與該高頻段頻率合成器112的輸入端連接，該高頻段頻率合成器112的控制輸入端與微處理器30的相應IO端連接，該高頻段頻率合成器112的輸出端與選擇開關12的另一個輸入端連接。這樣，低頻段頻率合成器111可輸出O. IHz至150MHz的頻率，步進為O. 1Hz，而低頻段頻率合成器111輸出的頻率繼續作為高頻段頻率合成器112的輸入，由高頻段頻率合成器112最終輸出O. OlGHz至6GHz的頻率，步進為IKHz，而選擇開關12則用于選擇低頻輸出、高頻輸出，還是高低頻輸出。本發明評測儀在距離測量方面可有兩種方式，一種是手動測距，另一種是自動測距，可針對這兩種方式制造出兩種不同測距類型的評測儀，或者評測儀同時具有這兩種測距功能。如圖1，本發明評測儀的卡緊裝置63可選用設有刻度64的千分尺結構，使用者通過旋轉千分尺結構的滾花防滑旋鈕而將被測物質夾持在兩個卡固端頭61、62之間，從而兩個卡固端頭61、62間的距離便可從千分尺結構上的刻度讀取出，繼而通過控制面板34手動輸入，用于后續處理使用，此即為手動測距。在實際設計中，控制面板34上可設有非鎖定電源開關按鈕、復位按鈕、測試按鈕、通信按鈕、數字輸入按鈕等。如圖2，自動測距是本發明評測儀內設置的光柵測距電路13(公知電路)完成的。 殼體60內設有光柵測距電路13，該光柵測距電路13包括主光柵(即移動標尺光柵)、副光柵(即靜止指示光柵)和距離測量電路，其中該主光柵與卡緊裝置63連接，該主光柵隨卡緊裝置63的移動而移動，以用于測距，該距離測量電路的信號端與微處理器30的相應IO 端連接。當通過卡緊裝置63使兩個卡固端頭61、62夾持住被測物質后，該光柵測距電路13 隨即便將兩個卡固端頭61、62間的距離測量出，并送入微處理器30內待用。如圖1，本發明評測儀的殼體60上可設有用于顯示距離數值的顯示面板67。如圖2，本發明評測儀還可設置反饋對數檢波模塊18，可變增益放大模塊15的反饋端經由反饋對數檢波模塊18與微處理器30的相應IO端連接，該反饋對數檢波模塊18 的控制端連接定向耦合器19，該反饋對數檢波模塊18的作用是使得從發射天線10發出的各個頻率具有相同的幅值，以簡化后續進行的類比處理的復雜度，若不設置該反饋對數檢波模塊18，則發出的各個頻率間的幅值不同，當然，這并不影響檢測結果和準確性，只是略微增加了類比處理的復雜度。在實際應用中可以發現，介電常數是溫度的函數，介電常數隨溫度的變化而變化， 因而，在評測物質成分和含量時，將溫度因素考慮進去，會使檢測結果更加準確，因此，如圖 2，本發明評測儀還設置了溫度檢測電路14，該溫度檢測電路14的信號端與微處理器30的相應IO端連接。在實際中，為了使本發明評測儀檢測速度提高，微處理器30可采用智能控制器 301 (ARM7LPC2214)，并且，為進一步降低成本，可使類比處理過程不在智能控制器301中完成，而是在殼體60上設置數字隔離USB 口 66，數字隔離USB 口 66的內接端與微處理器30 上的相應IO端連接，這樣，智能手機32便可通過數據線插接在數字隔離USB 口 66上而與本發明評測儀連接，進而類比處理過程可在智能手機32上運行，以大幅降低本發明評測儀的成本，智能手機32上可顯示被測成分關于頻率與介電常數關系曲線、數據以及檢測結果等。當然，智能手機32與本發明評測儀之間還可進行無線通訊，來完成類比用數據的傳遞。 另外，當智能手機32無法完成類比處理過程時，智能手機32還可通過無線網絡接入互聯網，與后臺網站支持平臺40進行信息交換，由后臺網站支持平臺40完成類比處理過程，使使用者獲得遠程支持，以構成典型物聯網運行模式。在實際中，該后臺網站支持平臺40可完成①認證、注冊；②接收消費者咨詢、短信、彩信、協助解決問題；③建立數據庫、檢測實驗室；④建立消費者交流區；⑤隨發展擴展相關業務等。在實際應用中，本發明評測儀還可使用USB Key加密狗來解決用戶身份認證問題， 提高安全性和可靠性。如圖1，卡固端頭61、62可設計為圓盤狀，分別內置發射微波的發射天線陣列、接收微波的接收天線陣列，兩個卡固端頭61、62的結構、形狀一樣，它們端部的截面積相等。如圖3，發射天線選擇模塊17可選用發射RF多路開關陣列171，其由高隔離單刀雙擲開關HMC194、單刀三擲開關SKY13317、單刀六擲開關SP6TP518AL6構成。接收天線選擇模塊21可選用接收RF多路開關陣列211，其同樣由高隔離單刀雙擲開關HMC194、單刀三擲開關SKY13317、單刀六擲開關SP6TP518AL6構成。功率放大模塊16選用功率放大器 161 ADL5541。可變增益放大模塊15、23分別選用可變增益放大器151、231 (TQP369182)。選擇開關12選用單刀雙擲開關121 (美國思佳訊公司的SP6T開關)。AD轉換模塊24選用 12位ADC轉換器241 AD7887。溫度檢測電路14包括溫度傳感器141，溫度傳感器141選用DS18B20芯片。光柵測距電路13由運算放大器構成的精細分絕對值電路組成，屬于公知電子技術。反饋對數檢波模塊18選用反饋對數檢波器181 AD8318。幅度電壓轉換模塊22 選用檢測對數檢波器221 AD8318進行改造而成。低頻段頻率合成器111選用頻率合成器 AD9951，高頻段頻率合成器112由頻率合成器(PLL) ADF4350、有源2倍頻器HMC561LP32、2 倍頻器HMC189構成。基于上述物質成分含量評測儀，本發明還提出了一種物質成分含量評測方法，它包括如下步驟步驟一將被測物質50放置于兩個卡固端頭61、62之間，并通過卡緊裝置63將被測物質50夾持住,兩個卡固端頭61、62輕輕接觸被測物質50，使被測物質50不掉落即可， 此時通過手動測距或自動測距方式測量出兩個卡固端頭61、62間相距的距離，根據卡固端頭端部的截面積，計算出被測物質50處于兩個卡固端頭61、62之間的體積；步驟二 若被測物質50中的被測成分明確，即使用者知道此時所測材質，則進入步驟三；若被測成分不明確，即使用者不知道此時應該評測何種材質，則進入步驟五；步驟三發射天線10發射具有與該被測成分介電常數相對應的特征頻率頻段的微波，即發射的微波包含了被測成分介電常數相對應的特征頻率所在的頻段；步驟四微波穿過被測物質50衰減后由接收天線20接收，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積，與數據庫中存儲的該被測成分對應該體積時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，從而確定出該被測物質50是否為純品以及該被測成分的含量，檢測結束；步驟五發射天線10發射具有設定寬頻段(即本發明評測儀自身設定的所能發射的從最低頻至最高頻的頻率范圍，這個設定寬頻段可以滿足對本發明評測儀設定檢測范圍內的所有物質的成分和含量進行評測)的微波而進行掃頻； 步驟六微波穿過被測物質50衰減后由接收天線20接收，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積，與數據庫中存儲的各個物質對應該體積時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，從而確定出該被測物質50的成分以及各個成分的含量，檢測結束。由于介電常數是溫度的函數，介電常數隨溫度的變化而變化，因而，在評測物質成分和含量時，將溫度因素考慮進去，會使檢測結果更加準確，因此，在上述步驟一中增加測量本發明物質成分含量評測儀所處環境溫度步驟，并且，相應地在步驟四中，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積和環境溫度， 與數據庫中存儲的該被測成分對應該體積、環境溫度時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比；以及在步驟六中，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積和環境溫度， 與數據庫中存儲的各個物質對應該體積、環境溫度時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比。當然，在實際設計中，環境溫度測量步驟也可以在步驟四和步驟六中進行。在實際中，存儲介電常數與頻率間的關系數據的數據庫所在位置與本發明評測儀的實際設計組成有關，數據庫可以創建在微處理器30中，也可以創建在智能手機32中，還可以創建在后臺網站支持平臺40上，視用戶需求而定。類似地，上述步驟四和步驟六中的類比處理的位置與本發明評測儀的實際設計組成、數據庫位置等有關，類比處理可以在微處理器30中進行，也可以在智能手機32中進行 (智能手機中安裝類比所需的處理軟件)，還可以在與智能手機32無線通訊連接的后臺網站支持平臺40中進行，視用戶需求而定。在本發明中，智能手機是指具有PDA(掌上電腦)功能、無線接入互聯網能力、具有開放性操作系統、自學習功能等特性的手機。如果類比處理過程可以在智能手機上運行，那么本發明評測儀中的微處理器或者智能控制器因不進行類比運算，因而它們就可不必選用高處理性能的處理芯片，從而極大降低了本發明評測儀的成本，產品價格不高，可被廣大消費者和基層質監部門所接受。若類比處理在微處理器或智能控制器中運行，則微處理器或智能控制器應選用高處理性能的處理芯片，因此，與上述類比處理在智能手機上運行的本發明評測儀相比，其成本要高一些，但是，與日本AET公司的微波介電常數測定儀LM-29和美國伊諾斯公司的手持式系列分析儀相比，其成本仍然很低。在實際使用時，如果消費者在檢測過程中，發現智能手機的數據庫中沒有某種物質的信息，或遇到其它疑難問題，其可采用網上咨詢，如QQ或MSN等交流方式，也可通過收發短信、彩信及無線網絡方式，將該種不明物質的曲線、數據發送給后臺網站支持平臺40， 以期在更大的數據庫中查詢。如果仍然查詢不到，后臺網站支持平臺40的專家會根據消費者提供的曲線和數據，在專業儀器上做更大規模的相關實驗，協助解決消費者遇到的問題， 以構成物聯網運行模式。本發明所使用的檢測原理為介電常數微波檢測方法(此原理為公知技術)，各種物質對微波均有一定的吸收，吸收的多少主要取決于該物質的介電常數(嚴格來講，介電常數應稱之為復介電常數)，該介電常數的實部表示該物質儲藏電荷的能力而虛部表示該物質的損耗。而每一種物質吸收微波的有效程度與微波的頻率有對應關系，對于每一種物質，在一個頻率范圍內，它們都對應有一個特征頻率，在此特征頻率下，該物質吸收微波能量最有效，這主要因為物質此時在微波場中發生取向極化和界面極化，這兩種極化現象在其微波中的特征頻率下出現，該特征頻率出現的位置即是該物質介電常數的實部ε'與虛部ε "的矢量和的吸收峰最高點位置。在該頻率范圍內，每一種物質的吸收峰是唯一的，而不同物質的吸收峰的位置和大小是不一樣的，其吸收峰的幅度隨著物質單位體積內分子數的增加而增加，因此，需要對特定體積的物質進行測量。當令該頻率范圍的微波穿過物質， 不同物質對該微波能量的吸收存在差異，通過測量穿過物質的微波對應的介電常數出現吸收峰的位置及大小，并與標定過的具有相同物質的樣本在相同條件(體積、環境溫度)下所測得的頻率與介電常數數據進行比較，便可分析出該物質的成分及含量。在本發明中，上述該頻率范圍即為根據本發明評測儀設定檢測范圍內的各種物質介電常數對應的特征頻率的大小而評測儀自身制定的具有設定寬頻段的頻率范圍。在實際應用中，當被測成分不明確時，本發明即可發射具有該設定寬頻段的微波，而當被測成分明確時，即可發射該被測成分相對應的具體頻段，從而縮小發射頻段的帶寬，簡化處理復雜度，縮短檢測時間。另外，需要提及的是，不論發射的頻段內的各個頻率的幅值是否一樣，該頻段內都會出現吸收峰，不會影響檢測結果的準確性，只是以相同幅值來發射各個頻率會簡化芯片處理的復雜度。
如圖4所示，圖中示出了物質A在體積B條件下的頻率與介電常數關系曲線圖。 ε '、ε "分別是物質A的介電常數的實部、虛部，從圖4中可以看出，該物質A介電常數的實部ε，與虛部ε "的矢量和在頻率f I附近會出現吸收峰，頻率f I即為物質A的特征頻率。在實際設計時，本發明可根據用戶需要而將評測儀設計為定量、半定量或準定量檢測模式。定量檢測模式是將物質的成分以及各個成分的具體含量檢測出來，含量值要具體到所需數量級，極其精確。半定量檢測模式是一種簡便、快速、準確度不高，但檢測結果要求有一定數量級的模式。除需要檢測出存在哪些成分外，還需要指出每種成分大致含量，而不用具體的量值， 如主要、大量、中量、少量、微量和痕量6個數量級。舉例可設定6個數量級如下①主要 被測成分占測量體積的80%以上；②大量被測成分占測量體積的60% -80%之間；③中量被測成分占測量體積的30% —60%之間；④少量被測成分占測量體積的10% —30% 之間；⑤微量被測成分占測量體積的1% —10%之間；⑥痕量被測成分占測量體積的
0.1% —I 之間。準定量檢測模式是一種介于定量檢測與半定量檢測之間的模式，其含量值的數量級為本發明評測儀自定義的數量級。例如，美國伊諾斯公司的分析儀的檢測精度為PPm數量級，即百萬分之一數量級，那么，本發明評測儀即可設定為IOOppm數量級，以簡化運算復雜度，縮短計算時間，提高工作效率，滿足快速檢測需要。在本發明中，類比處理過程中涉及到的計算方法和步驟等均屬于本領域的熟知技術，在這里不再詳述。需要提及的是，在本發明中，數據庫中可存儲頻率與介電常數的關系曲線。當然，也可以存儲頻率與介電常數的關系數據列表，這樣可以簡化計算。當考慮溫度時，數據庫中存儲的便是頻率、環境溫度與介電常數的關系曲線或數據列表。當采用數據列表形式時，溫度、體積這些實際測量值在數據庫中無準確對應數值時，可以采用臨近取值， 也可以采用局部線性化的方式運算求出。例如,溫度為30. I度，而數據庫中有30度對應的數據，則可將其視為30度。又例如，溫度為32度，而數據庫中只有30度和35度所對應的數據，則可采用線性化方式處理得到32度所對應的數據。舉例下面以圖3示出的本發明評測儀來說明其工作過程，該評測儀采用手動測距，且其類比處理考慮了溫度對介電常數的影響，具體為某消費者來到服裝城購買衣服，看中一件被商家標稱為純棉面料的服裝，價格較高，消費者不是專業人士，憑手感、目測和火燒均不能判斷是否為純棉，于是，消費者便可以將自己的智能手機插接在圖3所示的本發明評測儀的數字隔離USB 口 31上，以進行服裝面料的檢測。首先，對本發明評測儀進行零點校正。然后，將該服裝折疊成約20mm的厚度，放在兩個卡固端頭61、62之間，通過旋轉卡緊裝置63的旋鈕而將該服裝夾持在兩個卡固端頭61、62之間，繼而通過其上刻度讀出兩個卡固端頭61、62間的距離，通過控制面板34手動輸入。智能控制器301根據輸入的距離以及卡固端頭端部的截面積計算出兩個卡固端頭61、62間所形成空間的體積，即計算出檢測空間的特定柱狀體積。與此同時，溫度傳感器141對服裝所處環境的溫度進行檢測，將檢測得到的環境溫度數據也送入智能控制器301中。因被測物質服裝的被測成分明確為棉面料，因此，在智能手機32的質量檢測界面上選擇“棉面料”，從而，智能控制器301接收到智能手機32發來的檢測對象信號后，控制單刀雙擲開關121相應選通低頻段頻率合成器111輸出低頻和/或高頻段頻率合成器112輸出高頻，相應輸出對應棉面料介電常數的特征頻率所在的特定頻段的電壓信號，然后經由可變增益放大器151進行電壓信號放大、功率放大器161進行功率放大后，通過發射RF多路開關陣列171選通相應發射天線10，而使具有對應棉面料介電常數的特征頻率所在頻段的微波向被夾持的服裝發射。在實際中，發射天線以一定的步進來發射一個頻段內的各個頻率，例如，對于處于O. IGHz至2GHz頻段的各個頻率，以步進IKHz來發射。微波穿過該服裝后，衰減的微波由接收天線20接收，經由接收RF多路開關陣列 211后，送入檢測對數檢波器221對該頻段內的各個頻率信號進行幅值電壓轉換，然后經由可變增益放大器231進行放大后，送入12位ADC轉換器241進行電壓信號的模數轉換，最終將轉換后得到的關于該頻段內的各個頻率對應的幅值數字信號送入智能控制器301。當智能控制器301接收到上述測得的體積、溫度、頻率對應的幅值各項數據后，將這些數據上傳至智能手機32，由智能手機32通過其內安裝的相應處理軟件進行運算。在運算中，處理軟件通過檢測得到的體積、溫度、各個頻率的幅值信號計算出吸收峰位置和大小，與手機內數據庫中存儲的棉面料在相同體積、溫度條件下頻率與介電常數關系數據進行類比(具體類比過程屬于公知技術)，最終得出被測成分棉面料的含量，并在智能手機32的屏幕上顯示檢測結果。例如采用準定量檢測模式，檢測結果為純棉成分占 82. 3%，即可判斷被測面料中棉花占測量體積的主要部分，但并不是100%純棉。若消費者還想進一步知道該服裝中摻入了何種材質，則可通過智能手機32，將檢測設置為掃頻工作狀態(類型分為粗掃和細掃)。智能控制器301接收到智能手機32發送來的檢測命令后，控制單刀雙擲開關121相應選通低頻段頻率合成器111輸出低頻和/ 或高頻段頻率合成器112輸出高頻，相應輸出本發明評測儀自定義的O. 02-6GHZ的設定寬頻段電壓信號(例如，低頻時步進為O. IHz，高頻時步進為IKHz)，然后經由可變增益放大器 151進行電壓信號放大、功率放大器161進行功率放大后，通過發射RF多路開關陣列171適時選通相應發射天線10，而使具有該設定寬頻段的微波向夾持的服裝發射。微波穿過服裝后，衰減的微波由接收天線20接收，經由接收RF多路開關陣列211 后，送入檢測對數檢波器221對該設定寬頻段內的各個頻率信號進行幅值電壓轉換，然后經由可變增益放大器231進行放大后，送入12位ADC轉換器241進行電壓信號的模數轉換，最終將轉換后得到的關于該設定寬頻段內的各個頻率對應的幅值數字信號送入智能控制器301。當智能控制器301接收到上述測得的體積、頻率對應的幅值各項數據后，將這些數據上傳至智能手機32，由智能手機32通過其內安裝的相應處理軟件進行運算。在運算中，處理軟件通過檢測得到的體積、各個頻率的幅值信號以及在評測棉面料時已經檢測到的溫度數據計算出各個吸收峰的位置和大小，與手機內數據庫中存儲的各個物質在相同體積、環境溫度條件下頻率與介電常數關系數據進行類比(具體類比過程屬于公知技術)，最終判斷得出服裝除棉面料成分外，所含的其他成分及其含量，并在智能手機32的屏幕上顯示檢測結果。例如采用半定量檢測模式，檢測結果為含有滌綸成分，且含
12量為少量(認為被測滌綸占測量體積的10% -30%之間)，從而確認該服裝為混紡，服裝商販有欺詐消費者之嫌。上述整個檢測過程僅需要幾十秒鐘，即可達到幫助消費者辨別假冒偽劣商品的目的。若通過智能手機32計算出的吸收峰位置和大小數據在數據庫中無法找到相應物質樣本，無法對被測物質的成分進行判斷時，可將現場測得的數據通過智能手機32與后臺網站支持平臺40進行交流，獲得進一步的認證和支持，協助消費者判斷被測物質的屬性， 以構成物聯網運行模式。本發明評測儀可對自身設定檢測范圍內的固體、液體、氣體進行檢測。若消費者想對液體進行檢測，則可將預檢液體裝入瓶子或塑料袋等容器內，在實際檢測時，與預檢液體一樣，本發明評測儀同樣會得到容器的介電常數與頻率數據，將容器與預檢液體區分開來， 也就是說，容器的添加不會影響本發明評測儀對預檢液體的準確檢測。檢測氣體與上述檢測液體所采取的方式一樣。本發明的優點是本發明物質成分含量評測儀成本低，重量輕，便攜性強，可對被測物質的成分、含量進行半定量、準定量快速檢測，檢測準確，特別適用于對商品質量(成分及其含量)進行鑒定，為消費者和基層質檢人員辨認商品真偽提供依據，有效防止消費者上當受騙，尤其防止有害物質對消費者身體造成損害，保護自己的健康，有效遏制不法商販坑害消費者的行為。相較于日本AET公司的微波介電常數測定儀LM-29和美國伊諾斯公司的手持式系列分析儀，本發明物質成分含量評測儀成本很低，每臺儀器成本才幾千元。并且，本發明物質成分含量評測儀重量輕，使用者可隨身攜帶，便攜性強。本發明物質成分含量評測儀采用自由空間法檢測，即被測物質不用切割、裁剪等， 只要放置于兩個卡固端頭間并夾持住，即可進行檢測，是一種非損傷性、非破壞性的檢測過程。本發明物質成分含量評測儀基于各個物質各自的介電常數對應有一個不同的吸收峰的原理，通過與事先標定測得的、存儲在數據庫中的各個物質對應不同檢測距離、環境溫度時的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，來實現對被測物質成分及含量的檢測， 不受被測物質的顏色、結構等的影響。由于本發明物質成分含量評測儀只是一種類比過程， 因此，其檢測速度很快，另外，若采用半定量檢測模式，則微處理器無需進行復雜的運算，勢必大幅降低了本發明物質成分含量評測儀的處理芯片成本。若類比過程不在微處理器中進行，而是通過與智能手機的通訊，使類比過程在智能手機中運行，則將更大幅度地降低了本發明物質成分含量評測儀的成本，提高了其便攜性，增強了其抗干擾能力。因本發明評測儀成本低、輕巧、便于攜帶，其可成為基層質檢人員的好幫手，方便質檢人員快捷巡查購物現場，同時，消費者也可通過使用本發明評測儀來協助質檢部門抵制假冒偽劣商品，凈化我國商品市場，保護消費者自身權益。上述是本發明的較佳實施例及其所運用的技術原理，對于本領域的技術人員來說，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，任何基于本發明技術方案基礎上的等效變換、 簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本發明保護范圍之內。
權利要求
1.一種物質成分含量評測儀，其特征在于它包括殼體，該殼體上設有被測物卡固檢測裝置，該被測物卡固檢測裝置包括用于夾持被測物質的兩個卡固端頭，該兩個卡固端頭相向設置，該兩個卡固端頭中的一個卡固端頭與卡緊裝置連接，該卡緊裝置用于使與其連接的該卡固端頭移動而將被測物質夾持在該兩個卡固端頭之間，該殼體內設有物質成分含量檢測電路，其中該物質成分含量檢測電路包括發射天線、接收天線、控制面板，該發射天線、接收天線分別設置在該兩個卡固端頭內，該發射天線的接線端經由功率放大模塊、可變增益放大模塊、選擇開關、超寬頻帶微波生成模塊與微處理器的相應IO端連接，該接收天線的接線端經由幅度電壓轉換模塊、可變增益放大模塊、AD轉換模塊與該微處理器的相應IO端連接， 設置在該殼體上的該控制面板的信號端與該微處理器的相應IO端連接。
2.如權利要求I所述的物質成分含量評測儀，其特征在于所述發射天線、接收天線為貼片天線，多個所述發射天線的接線端經由發射天線選擇模塊與所述功率放大模塊的輸出端連接，多個所述接收天線的接線端經由接收天線選擇模塊與所述幅度電壓轉換模塊的輸入端連接。
3.如權利要求I所述的物質成分含量評測儀，其特征在于所述超寬頻帶微波生成模塊包括低頻段頻率合成器和高頻段頻率合成器，該低頻段頻率合成器的控制輸入端與所述微處理器的相應IO端連接，該低頻段頻率合成器的輸出端分兩路，一路與所述選擇開關的一個輸入端連接，另一路與該高頻段頻率合成器的輸入端連接，該高頻段頻率合成器的控制輸入端與所述微處理器的相應IO端連接，該高頻段頻率合成器的輸出端與所述選擇開關的另一個輸入端連接。
4.如權利要求3所述的物質成分含量評測儀，其特征在于所述卡緊裝置為設有刻度的千分尺結構。
5.如權利要求3所述的物質成分含量評測儀，其特征在于所述殼體內設有光柵測距電路，該光柵測距電路包括主光柵、副光柵和距離測量電路， 其中該主光柵與所述卡緊裝置連接，該距離測量電路的信號端與所述微處理器的相應IO 端連接。
6.如權利要求I至5中任一項所述的物質成分含量評測儀，其特征在于所述物質成分含量檢測電路設有溫度檢測電路，該溫度檢測電路的信號端與所述微處理器的相應IO端連接。
7.如權利要求6所述的物質成分含量評測儀，其特征在于所述微處理器為智能控制器；所述微處理器上的相應IO端與數字隔離USB 口的內接端連接，該數字隔離USB 口設置在所述殼體上，用于與智能手機連接。
8.一種基于權利要求I至7中任一項所述的物質成分含量評測儀實施的物質成分含量評測方法，其特征在于，它包括如下步驟步驟一將被測物質放置于兩個卡固端頭之間，并通過卡緊裝置將被測物質夾持住，此時測量出兩個卡固端頭間相距的距離，根據卡固端頭端部的截面積，計算出被測物質處于兩個卡固端頭之間的體積；步驟二 若被測物質中的被測成分明確，則進入步驟三；若被測成分不明確，則進入步驟五；步驟三發射天線發射具有與該被測成分介電常數相對應的特征頻率頻段的微波；步驟四微波穿過被測物質衰減后由接收天線接收，根據接收的各個頻率信號的幅值、 步驟一中測得的體積，與數據庫中存儲的該被測成分對應該體積時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，從而確定出該被測物質是否為純品以及該被測成分的含量， 檢測結束；步驟五發射天線發射具有設定寬頻段的微波而進行掃頻；步驟六微波穿過被測物質衰減后由接收天線接收，根據接收的各個頻率信號的幅值、 步驟一中測得的體積，與數據庫中存儲的各個物質對應該體積時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比，從而確定出該被測物質的成分以及各個成分的含量，檢測結束。
9.如權利要求8所述的物質成分含量評測方法，其特征在于在所述步驟一中，測量物質成分含量評測儀所處環境溫度，則在所述步驟四中，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積和環境溫度， 與數據庫中存儲的該被測成分對應該體積、環境溫度時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比；在所述步驟六中，根據接收的各個頻率信號的幅值、步驟一中測得的體積和環境溫度， 與數據庫中存儲的各個物質對應該體積、環境溫度時標定測得的介電常數與頻率間的關系數據進行類比。
10.如權利要求8所述的物質成分含量評測方法，其特征在于所述步驟四和步驟六中的類比處理在所述微處理器中進行，或者，所述步驟四和步驟六中的類比處理在智能手機中進行，或者，所述步驟四和步驟六中的類比處理在與智能手機無線通訊連接的后臺網站支持平臺中進行，其中若所述步驟四和步驟六中的類比處理在智能手機中進行，當智能手機中的數據庫內沒有消費者此時所檢測的物質信息時，消費者可將檢測得到的該物質信息發送給后臺網站支持平臺，以在后臺網站支持平臺上的數據庫中查詢，如果后臺網站支持平臺上的數據庫內仍然無該物質信息，則專家將根據消費者提供的該物質信息做相關實驗，以協助解決消費者遇到的問題；若所述步驟四和步驟六中的類比處理在與智能手機無線通訊連接的后臺網站支持平臺中進行，當后臺網站支持平臺上的數據庫內沒有消費者此時所檢測的物質信息時，專家將根據消費者提供的該物質信息做相關實驗，以協助解決消費者遇到的問題。
全文摘要
本發明公開了一種物質成分含量評測儀及其方法。評測儀包括殼體，該殼體上設有被測物卡固檢測裝置，該被測物卡固檢測裝置包括用于夾持被測物質的兩個卡固端頭，該兩個卡固端頭相向設置，該兩個卡固端頭中的一個卡固端頭與卡緊裝置連接，該卡緊裝置用于使與其連接的該卡固端頭移動而將被測物質夾持在該兩個卡固端頭之間，該殼體內設有物質成分含量檢測電路。本發明評測儀成本低，重量輕，便攜性強，本發明評測儀和評測方法可對被測物質的成分、含量進行半定量、準定量快速檢測，檢測準確，特別適用于對商品質量進行鑒定，為消費者和基層質檢人員辨認商品真偽提供依據，防止消費者上當受騙，有效遏制不法商販坑害消費者的行為。
文檔編號G01N22/00GK102608133SQ20121009802
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月5日 優先權日2012年4月5日
發明者侯金棟, 方穗明, 王廣生, 王彥民 申請人:王廣生