专利名称：物质成分含量评测仪及方法
技术领域：
本发明涉及一种用来评测物质成分含量的测定仪器以及测定方法，属于检测领域。
背景技术：
当前，我国的商品假冒伪劣现象比较严重，有关质检部门有必要对商品质量进行严格把关，消费者也有必要对商品质量进行自检，以维护自己的消费权益。但是，面对形形色色的商品，如何对其成分、含量进行准确检测，从而确定其质量好坏，是质检部门、消费者最关心的问题。目前，最新的检测物质成分、含量的方法是一种采用高频电磁波(RF)技术与电磁场模拟技术实现的检测方法。例如，日本AET公司开发的一体化新型微波介电常数测定仪 LM-29即采用了该检测方法，其能够通过一个开放型同轴共振器快速无损地测量各种形状的材料，内置的反馈电路可以使测量更准确，振荡器的操作更简单。该测定仪通过结合高Q 腔、高度精确的测量算法和三维电磁仿真软件而使无破坏性测量的精度得到保证。该测定仪LM-29采用了谐振腔微扰法，使检测精度大大提高，但是，日本AET公司的该测定仪LM-29 是台式仪器，不适合便携式操作，其不适宜宽频带测量和损耗较大的介质材料的测量，除此之外，该测定仪LM-29价格过于昂贵，一台仪器的售价约人民币50余万元，无法在广大的普通消费者和基层质检人员间普及。另外，美国伊诺斯(Innov-X systems)公司最新推出了第三代手持式系列分析仪， 例如型号为Innov-X Alpha 4000的分析仪，其是联合国武器核查和欧美多国海关检测专用仪器，其特点是适合在室外快速分析，可以在5秒钟内同时进行有害物质分析、各种元素识别、矿石品位含量检测、土壤元素分析、合金、卤元素分析，具有快速、高效、准确等特点，其分析样品可以是固体、液体、粉末、糊状物、油脂、薄膜等，检测结果的范围从百万分之几到百分之百，分析后的数据可以通过电脑无线控制，即刻存储下载，并同时生成EXCEL文件。 该分析仪本身重量为1.3公斤，采用可充电池(锂电池)供电，其无线蓝牙技术与GPS技术共同实现仪器在野外的使用，是人性化、一体化的现代技术设备。但是，该分析仪为定量分析模式，检测精度很高，因此，其价格昂贵，一台仪器的价格高达28万元人民币，无法被普通消费者和基层质检人员接受，且相对于便携而言，其重量也较重，无法随身携带。
发明内容
本发明的目的在于提供一种物质成分含量评测仪及方法，该物质成分含量评测仪可半定量、准定量检测被测物质的成分及成分含量，帮助消费者和基层质检人员辨认商品真伪。为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案—种物质成分含量评测仪，其特征在于它包括壳体，该壳体上设有被测物卡固检测装置，该被测物卡固检测装置包括用于夹持被测物质的两个卡固端头，该两个卡固端头相向设置，该两个卡固端头中的一个卡固端头与卡紧装置连接，该卡紧装置用于使与其连接的该卡固端头移动而将被测物质夹持在该两个卡固端头之间，该壳体内设有物质成分含量检测电路，其中该物质成分含量检测电路包括发射天线、接收天线、控制面板，该发射天线、接收天线分别设置在该两个卡固端头内，该发射天线的接线端经由功率放大模块、可变增益放大模块、选择开关、超宽频带微波生成模块与微处理器的相应IO端连接，该接收天线的接线端经由幅度电压转换模块、可变增益放大模块、AD转换模块与该微处理器的相应 IO端连接，设置在该壳体上的该控制面板的信号端与该微处理器的相应IO端连接。所述发射天线、接收天线为贴片天线，多个所述发射天线的接线端经由发射天线选择模块与所述功率放大模块的输出端连接，多个所述接收天线的接线端经由接收天线选择模块与所述幅度电压转换模块的输入端连接。所述超宽频带微波生成模块包括低频段频率合成器和高频段频率合成器，该低频段频率合成器的控制输入端与所述微处理器的相应IO端连接，该低频段频率合成器的输出端分两路，一路与所述选择开关的一个输入端连接，另一路与该高频段频率合成器的输入端连接，该高频段频率合成器的控制输入端与所述微处理器的相应IO端连接，该高频段频率合成器的输出端与所述选择开关的另一个输入端连接。所述卡紧装置为设有刻度的千分尺结构。所述壳体内设有光栅测距电路，该光栅测距电路包括主光栅、副光栅和距离测量电路，其中该主光栅与所述卡紧装置连接，该距离测量电路的信号端与所述微处理器的相应IO端连接。所述物质成分含量检测电路设有温度检测电路，该温度检测电路的信号端与所述微处理器的相应IO端连接。所述微处理器为智能控制器；所述微处理器上的相应IO端与数字隔离USB 口的内接端连接，该数字隔离USB 口设置在所述壳体上，用于与智能手机连接。一种基于所述物质成分含量评测仪实施的物质成分含量评测方法，其特征在于， 它包括如下步骤步骤一将被测物质放置于两个卡固端头之间，并通过卡紧装置将被测物质夹持住，此时测量出两个卡固端头间相距的距离，根据卡固端头端部的截面积，计算出被测物质处于两个卡固端头之间的体积；步骤二 若被测物质中的被测成分明确，则进入步骤三；若被测成分不明确，则进入步骤五；步骤三发射天线发射具有与该被测成分介电常数相对应的特征频率频段的微波；步骤四微波穿过被测物质衰减后由接收天线接收，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积，与数据库中存储的该被测成分对应该体积时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比，从而确定出该被测物质是否为纯品以及该被测成分的含量，检测结束；步骤五发射天线发射具有设定宽频段的微波而进行扫频；步骤六微波穿过被测物质衰减后由接收天线接收，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积，与数据库中存储的各个物质对应该体积时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比，从而确定出该被测物质的成分以及各个成分的含量，检测结束。在所述步骤一中，测量物质成分含量评测仪所处环境温度，则在所述步骤四中， 根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积和环境温度，与数据库中存储的该被测成分对应该体积、环境温度时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比；在所述步骤六中，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积和环境温度，与数据库中存储的各个物质对应该体积、环境温度时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比。所述步骤四和步骤六中的类比处理在所述微处理器中进行，或者，所述步骤四和步骤六中的类比处理在智能手机中进行，或者，所述步骤四和步骤六中的类比处理在与智能手机无线通讯连接的后台网站支持平台中进行，其中若所述步骤四和步骤六中的类比处理在智能手机中进行，当智能手机中的数据库内没有消费者此时所检测的物质信息时，消费者可将检测得到的该物质信息发送给后台网站支持平台，以在后台网站支持平台上的数据库中查询，如果后台网站支持平台上的数据库内仍然无该物质信息，则专家将根据消费者提供的该物质信息做相关实验，以协助解决消费者遇到的问题；若所述步骤四和步骤六中的类比处理在与智能手机无线通讯连接的后台网站支持平台中进行，当后台网站支持平台上的数据库内没有消费者此时所检测的物质信息时， 专家将根据消费者提供的该物质信息做相关实验，以协助解决消费者遇到的问题。本发明的优点是本发明物质成分含量评测仪成本低，重量轻，便携性强，本发明评测仪和评测方法可对被测物质的成分、含量进行半定量、准定量快速检测，也可进行定量检测，检测准确， 特别适用于鉴定商品质量(成分及其含量)，为消费者和基层质检人员辨认商品真伪提供依据，有效防止消费者上当受骗，尤其防止有害物质对消费者身体造成损害，保护自己的健康，有效遏制不法商贩坑害消费者的行为。
图I是本发明物质成分含量评测仪的示意图；图2是物质成分含量检测电路的组成框图；图3是物质成分含量检测电路的一较佳实施例的组成框图；图4是数据库中存储的物质A在体积B条件下绘制出的频率与介电常数关系曲线示例图。
具体实施例方式如图I和图2所示，本发明物质成分含量评测仪包括壳体60，图I中的该壳体60 呈U型，该壳体60上设有被测物卡固检测装置，该被测物卡固检测装置包括用于夹持被测物质50的两个卡固端头61、62，该两个卡固端头61、62相向设置,在评测仪初始化时,卡固端头61、62间相距一定的初始距离，该两个卡固端头中的一个卡固端头与卡紧装置63连接，而另一个卡固端头可固设在壳体60上，该卡紧装置63用于使与其连接的该卡固端头移动而将被测物质50夹持在该两个卡固端头61、62之间，该壳体60内设有物质成分含量检测电路，其中如图2，该物质成分含量检测电路包括发射天线10、接收天线20、控制面板34，该发射天线10、接收天线20分别设置在该两个卡固端头61、62内，该发射天线10的接线端经由功率放大模块16、可变增益放大模块15、选择开关12、超宽频带微波生成模块11与微处理器30的相应IO端连接，该接收天线20的接线端经由幅度电压转换模块22、可变增益放大模块23、AD转换模块24与该微处理器30的相应IO端连接，该选择开关12、两个该可变增益放大模块15、23的控制端分别与微处理器30的相应IO端连接，设置在该壳体60上的该控制面板34的信号端与该微处理器30的相应IO端连接。在实际设计中，普通天线的体积较大且无法达到本发明所需的频段，因此，在本发明中，发射天线10、接收天线20优选采用贴片天线，贴片天线既体积小且价格低，如贴片天线可选用LTCC陶瓷贴片天线。如图2，多个发射天线10的接线端经由发射天线选择模块 17与功率放大模块16的输出端连接，多个接收天线20的接线端经由接收天线选择模块21 与幅度电压转换模块22的输入端连接。在实际使用中，根据发射的微波频段，经由发射天线选择模块17的控制而选择使用合理数量和发射规格的贴片天线进行微波发射作业，相应地，接收天线20的使用数量和发射规格应与发射天线10所选择的数量和发射规格一样， 工作时，发射天线选择模块17与接收天线选择模块21同时打开相同频率的天线通道。所有发射天线10、所有接收天线20都均匀地排列在相应的卡固端头的壳体内，以使微波均匀向被测物质发射，保证检测准确性。由于本发明物质成分含量评测仪适用于本发明评测仪设定检测范围内的各种物质，而这些物质的介电常数对应的特征频率所在的频段各不相同，有的处于低频段，有的处于高频段，因此，本发明评测仪需要能发射超宽频带的微波。根据此需求，对本发明评测仪进行了如下设计如图3，超宽频带微波生成模块11包括低频段频率合成器111和高频段频率合成器112，该低频段频率合成器111的控制输入端与微处理器30的相应IO端连接， 该低频段频率合成器111的输出端分两路，一路与选择开关12的一个输入端连接，另一路与该高频段频率合成器112的输入端连接，该高频段频率合成器112的控制输入端与微处理器30的相应IO端连接，该高频段频率合成器112的输出端与选择开关12的另一个输入端连接。这样，低频段频率合成器111可输出O. IHz至150MHz的频率，步进为O. 1Hz，而低频段频率合成器111输出的频率继续作为高频段频率合成器112的输入，由高频段频率合成器112最终输出O. OlGHz至6GHz的频率，步进为IKHz，而选择开关12则用于选择低频输出、高频输出，还是高低频输出。本发明评测仪在距离测量方面可有两种方式，一种是手动测距，另一种是自动测距，可针对这两种方式制造出两种不同测距类型的评测仪，或者评测仪同时具有这两种测距功能。如图1，本发明评测仪的卡紧装置63可选用设有刻度64的千分尺结构，使用者通过旋转千分尺结构的滚花防滑旋钮而将被测物质夹持在两个卡固端头61、62之间，从而两个卡固端头61、62间的距离便可从千分尺结构上的刻度读取出，继而通过控制面板34手动输入，用于后续处理使用，此即为手动测距。在实际设计中，控制面板34上可设有非锁定电源开关按钮、复位按钮、测试按钮、通信按钮、数字输入按钮等。如图2，自动测距是本发明评测仪内设置的光栅测距电路13(公知电路)完成的。 壳体60内设有光栅测距电路13，该光栅测距电路13包括主光栅(即移动标尺光栅)、副光栅(即静止指示光栅)和距离测量电路，其中该主光栅与卡紧装置63连接，该主光栅随卡紧装置63的移动而移动，以用于测距，该距离测量电路的信号端与微处理器30的相应IO 端连接。当通过卡紧装置63使两个卡固端头61、62夹持住被测物质后，该光栅测距电路13 随即便将两个卡固端头61、62间的距离测量出，并送入微处理器30内待用。如图1，本发明评测仪的壳体60上可设有用于显示距离数值的显示面板67。如图2，本发明评测仪还可设置反馈对数检波模块18，可变增益放大模块15的反馈端经由反馈对数检波模块18与微处理器30的相应IO端连接，该反馈对数检波模块18 的控制端连接定向耦合器19，该反馈对数检波模块18的作用是使得从发射天线10发出的各个频率具有相同的幅值，以简化后续进行的类比处理的复杂度，若不设置该反馈对数检波模块18，则发出的各个频率间的幅值不同，当然，这并不影响检测结果和准确性，只是略微增加了类比处理的复杂度。在实际应用中可以发现，介电常数是温度的函数，介电常数随温度的变化而变化， 因而，在评测物质成分和含量时，将温度因素考虑进去，会使检测结果更加准确，因此，如图 2，本发明评测仪还设置了温度检测电路14，该温度检测电路14的信号端与微处理器30的相应IO端连接。在实际中，为了使本发明评测仪检测速度提高，微处理器30可采用智能控制器 301 (ARM7LPC2214)，并且，为进一步降低成本，可使类比处理过程不在智能控制器301中完成，而是在壳体60上设置数字隔离USB 口 66，数字隔离USB 口 66的内接端与微处理器30 上的相应IO端连接，这样，智能手机32便可通过数据线插接在数字隔离USB 口 66上而与本发明评测仪连接，进而类比处理过程可在智能手机32上运行，以大幅降低本发明评测仪的成本，智能手机32上可显示被测成分关于频率与介电常数关系曲线、数据以及检测结果等。当然，智能手机32与本发明评测仪之间还可进行无线通讯，来完成类比用数据的传递。 另外，当智能手机32无法完成类比处理过程时，智能手机32还可通过无线网络接入互联网，与后台网站支持平台40进行信息交换，由后台网站支持平台40完成类比处理过程，使使用者获得远程支持，以构成典型物联网运行模式。在实际中，该后台网站支持平台40可完成①认证、注册；②接收消费者咨询、短信、彩信、协助解决问题；③建立数据库、检测实验室；④建立消费者交流区；⑤随发展扩展相关业务等。在实际应用中，本发明评测仪还可使用USB Key加密狗来解决用户身份认证问题， 提高安全性和可靠性。如图1，卡固端头61、62可设计为圆盘状，分别内置发射微波的发射天线阵列、接收微波的接收天线阵列，两个卡固端头61、62的结构、形状一样，它们端部的截面积相等。如图3，发射天线选择模块17可选用发射RF多路开关阵列171，其由高隔离单刀双掷开关HMC194、单刀三掷开关SKY13317、单刀六掷开关SP6TP518AL6构成。接收天线选择模块21可选用接收RF多路开关阵列211，其同样由高隔离单刀双掷开关HMC194、单刀三掷开关SKY13317、单刀六掷开关SP6TP518AL6构成。功率放大模块16选用功率放大器 161 ADL5541。可变增益放大模块15、23分别选用可变增益放大器151、231 (TQP369182)。选择开关12选用单刀双掷开关121 (美国思佳讯公司的SP6T开关)。AD转换模块24选用 12位ADC转换器241 AD7887。温度检测电路14包括温度传感器141，温度传感器141选用DS18B20芯片。光栅测距电路13由运算放大器构成的精细分绝对值电路组成，属于公知电子技术。反馈对数检波模块18选用反馈对数检波器181 AD8318。幅度电压转换模块22 选用检测对数检波器221 AD8318进行改造而成。低频段频率合成器111选用频率合成器 AD9951，高频段频率合成器112由频率合成器(PLL) ADF4350、有源2倍频器HMC561LP32、2 倍频器HMC189构成。基于上述物质成分含量评测仪，本发明还提出了一种物质成分含量评测方法，它包括如下步骤步骤一将被测物质50放置于两个卡固端头61、62之间，并通过卡紧装置63将被测物质50夹持住,两个卡固端头61、62轻轻接触被测物质50，使被测物质50不掉落即可， 此时通过手动测距或自动测距方式测量出两个卡固端头61、62间相距的距离，根据卡固端头端部的截面积，计算出被测物质50处于两个卡固端头61、62之间的体积；步骤二 若被测物质50中的被测成分明确，即使用者知道此时所测材质，则进入步骤三；若被测成分不明确，即使用者不知道此时应该评测何种材质，则进入步骤五；步骤三发射天线10发射具有与该被测成分介电常数相对应的特征频率频段的微波，即发射的微波包含了被测成分介电常数相对应的特征频率所在的频段；步骤四微波穿过被测物质50衰减后由接收天线20接收，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积，与数据库中存储的该被测成分对应该体积时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比，从而确定出该被测物质50是否为纯品以及该被测成分的含量，检测结束；步骤五发射天线10发射具有设定宽频段(即本发明评测仪自身设定的所能发射的从最低频至最高频的频率范围，这个设定宽频段可以满足对本发明评测仪设定检测范围内的所有物质的成分和含量进行评测)的微波而进行扫频； 步骤六微波穿过被测物质50衰减后由接收天线20接收，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积，与数据库中存储的各个物质对应该体积时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比，从而确定出该被测物质50的成分以及各个成分的含量，检测结束。由于介电常数是温度的函数，介电常数随温度的变化而变化，因而，在评测物质成分和含量时，将温度因素考虑进去，会使检测结果更加准确，因此，在上述步骤一中增加测量本发明物质成分含量评测仪所处环境温度步骤，并且，相应地在步骤四中，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积和环境温度， 与数据库中存储的该被测成分对应该体积、环境温度时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比；以及在步骤六中，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积和环境温度， 与数据库中存储的各个物质对应该体积、环境温度时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比。当然，在实际设计中，环境温度测量步骤也可以在步骤四和步骤六中进行。在实际中，存储介电常数与频率间的关系数据的数据库所在位置与本发明评测仪的实际设计组成有关，数据库可以创建在微处理器30中，也可以创建在智能手机32中，还可以创建在后台网站支持平台40上，视用户需求而定。类似地，上述步骤四和步骤六中的类比处理的位置与本发明评测仪的实际设计组成、数据库位置等有关，类比处理可以在微处理器30中进行，也可以在智能手机32中进行 (智能手机中安装类比所需的处理软件)，还可以在与智能手机32无线通讯连接的后台网站支持平台40中进行，视用户需求而定。在本发明中，智能手机是指具有PDA(掌上电脑)功能、无线接入互联网能力、具有开放性操作系统、自学习功能等特性的手机。如果类比处理过程可以在智能手机上运行，那么本发明评测仪中的微处理器或者智能控制器因不进行类比运算，因而它们就可不必选用高处理性能的处理芯片，从而极大降低了本发明评测仪的成本，产品价格不高，可被广大消费者和基层质监部门所接受。若类比处理在微处理器或智能控制器中运行，则微处理器或智能控制器应选用高处理性能的处理芯片，因此，与上述类比处理在智能手机上运行的本发明评测仪相比，其成本要高一些，但是，与日本AET公司的微波介电常数测定仪LM-29和美国伊诺斯公司的手持式系列分析仪相比，其成本仍然很低。在实际使用时，如果消费者在检测过程中，发现智能手机的数据库中没有某种物质的信息，或遇到其它疑难问题，其可采用网上咨询，如QQ或MSN等交流方式，也可通过收发短信、彩信及无线网络方式，将该种不明物质的曲线、数据发送给后台网站支持平台40， 以期在更大的数据库中查询。如果仍然查询不到，后台网站支持平台40的专家会根据消费者提供的曲线和数据，在专业仪器上做更大规模的相关实验，协助解决消费者遇到的问题， 以构成物联网运行模式。本发明所使用的检测原理为介电常数微波检测方法(此原理为公知技术)，各种物质对微波均有一定的吸收，吸收的多少主要取决于该物质的介电常数(严格来讲，介电常数应称之为复介电常数)，该介电常数的实部表示该物质储藏电荷的能力而虚部表示该物质的损耗。而每一种物质吸收微波的有效程度与微波的频率有对应关系，对于每一种物质，在一个频率范围内，它们都对应有一个特征频率，在此特征频率下，该物质吸收微波能量最有效，这主要因为物质此时在微波场中发生取向极化和界面极化，这两种极化现象在其微波中的特征频率下出现，该特征频率出现的位置即是该物质介电常数的实部ε'与虚部ε "的矢量和的吸收峰最高点位置。在该频率范围内，每一种物质的吸收峰是唯一的，而不同物质的吸收峰的位置和大小是不一样的，其吸收峰的幅度随着物质单位体积内分子数的增加而增加，因此，需要对特定体积的物质进行测量。当令该频率范围的微波穿过物质， 不同物质对该微波能量的吸收存在差异，通过测量穿过物质的微波对应的介电常数出现吸收峰的位置及大小，并与标定过的具有相同物质的样本在相同条件(体积、环境温度)下所测得的频率与介电常数数据进行比较，便可分析出该物质的成分及含量。在本发明中，上述该频率范围即为根据本发明评测仪设定检测范围内的各种物质介电常数对应的特征频率的大小而评测仪自身制定的具有设定宽频段的频率范围。在实际应用中，当被测成分不明确时，本发明即可发射具有该设定宽频段的微波，而当被测成分明确时，即可发射该被测成分相对应的具体频段，从而缩小发射频段的带宽，简化处理复杂度，缩短检测时间。另外，需要提及的是，不论发射的频段内的各个频率的幅值是否一样，该频段内都会出现吸收峰，不会影响检测结果的准确性，只是以相同幅值来发射各个频率会简化芯片处理的复杂度。
如图4所示，图中示出了物质A在体积B条件下的频率与介电常数关系曲线图。 ε '、ε "分别是物质A的介电常数的实部、虚部，从图4中可以看出，该物质A介电常数的实部ε，与虚部ε "的矢量和在频率f I附近会出现吸收峰，频率f I即为物质A的特征频率。在实际设计时，本发明可根据用户需要而将评测仪设计为定量、半定量或准定量检测模式。定量检测模式是将物质的成分以及各个成分的具体含量检测出来，含量值要具体到所需数量级，极其精确。半定量检测模式是一种简便、快速、准确度不高，但检测结果要求有一定数量级的模式。除需要检测出存在哪些成分外，还需要指出每种成分大致含量，而不用具体的量值， 如主要、大量、中量、少量、微量和痕量6个数量级。举例可设定6个数量级如下①主要 被测成分占测量体积的80%以上；②大量被测成分占测量体积的60% -80%之间；③中量被测成分占测量体积的30% —60%之间；④少量被测成分占测量体积的10% —30% 之间；⑤微量被测成分占测量体积的1% —10%之间；⑥痕量被测成分占测量体积的
0.1% —I 之间。准定量检测模式是一种介于定量检测与半定量检测之间的模式，其含量值的数量级为本发明评测仪自定义的数量级。例如，美国伊诺斯公司的分析仪的检测精度为PPm数量级，即百万分之一数量级，那么，本发明评测仪即可设定为IOOppm数量级，以简化运算复杂度，缩短计算时间，提高工作效率，满足快速检测需要。在本发明中，类比处理过程中涉及到的计算方法和步骤等均属于本领域的熟知技术，在这里不再详述。需要提及的是，在本发明中，数据库中可存储频率与介电常数的关系曲线。当然，也可以存储频率与介电常数的关系数据列表，这样可以简化计算。当考虑温度时，数据库中存储的便是频率、环境温度与介电常数的关系曲线或数据列表。当采用数据列表形式时，温度、体积这些实际测量值在数据库中无准确对应数值时，可以采用临近取值， 也可以采用局部线性化的方式运算求出。例如,温度为30. I度，而数据库中有30度对应的数据，则可将其视为30度。又例如，温度为32度，而数据库中只有30度和35度所对应的数据，则可采用线性化方式处理得到32度所对应的数据。举例下面以图3示出的本发明评测仪来说明其工作过程，该评测仪采用手动测距，且其类比处理考虑了温度对介电常数的影响，具体为某消费者来到服装城购买衣服，看中一件被商家标称为纯棉面料的服装，价格较高，消费者不是专业人士，凭手感、目测和火烧均不能判断是否为纯棉，于是，消费者便可以将自己的智能手机插接在图3所示的本发明评测仪的数字隔离USB 口 31上，以进行服装面料的检测。首先，对本发明评测仪进行零点校正。然后，将该服装折叠成约20mm的厚度，放在两个卡固端头61、62之间，通过旋转卡紧装置63的旋钮而将该服装夹持在两个卡固端头61、62之间，继而通过其上刻度读出两个卡固端头61、62间的距离，通过控制面板34手动输入。智能控制器301根据输入的距离以及卡固端头端部的截面积计算出两个卡固端头61、62间所形成空间的体积，即计算出检测空间的特定柱状体积。与此同时，温度传感器141对服装所处环境的温度进行检测，将检测得到的环境温度数据也送入智能控制器301中。因被测物质服装的被测成分明确为棉面料，因此，在智能手机32的质量检测界面上选择“棉面料”，从而，智能控制器301接收到智能手机32发来的检测对象信号后，控制单刀双掷开关121相应选通低频段频率合成器111输出低频和/或高频段频率合成器112输出高频，相应输出对应棉面料介电常数的特征频率所在的特定频段的电压信号，然后经由可变增益放大器151进行电压信号放大、功率放大器161进行功率放大后，通过发射RF多路开关阵列171选通相应发射天线10，而使具有对应棉面料介电常数的特征频率所在频段的微波向被夹持的服装发射。在实际中，发射天线以一定的步进来发射一个频段内的各个频率，例如，对于处于O. IGHz至2GHz频段的各个频率，以步进IKHz来发射。微波穿过该服装后，衰减的微波由接收天线20接收，经由接收RF多路开关阵列 211后，送入检测对数检波器221对该频段内的各个频率信号进行幅值电压转换，然后经由可变增益放大器231进行放大后，送入12位ADC转换器241进行电压信号的模数转换，最终将转换后得到的关于该频段内的各个频率对应的幅值数字信号送入智能控制器301。当智能控制器301接收到上述测得的体积、温度、频率对应的幅值各项数据后，将这些数据上传至智能手机32，由智能手机32通过其内安装的相应处理软件进行运算。在运算中，处理软件通过检测得到的体积、温度、各个频率的幅值信号计算出吸收峰位置和大小，与手机内数据库中存储的棉面料在相同体积、温度条件下频率与介电常数关系数据进行类比(具体类比过程属于公知技术)，最终得出被测成分棉面料的含量，并在智能手机32的屏幕上显示检测结果。例如采用准定量检测模式，检测结果为纯棉成分占 82. 3%，即可判断被测面料中棉花占测量体积的主要部分，但并不是100%纯棉。若消费者还想进一步知道该服装中掺入了何种材质，则可通过智能手机32，将检测设置为扫频工作状态(类型分为粗扫和细扫)。智能控制器301接收到智能手机32发送来的检测命令后，控制单刀双掷开关121相应选通低频段频率合成器111输出低频和/ 或高频段频率合成器112输出高频，相应输出本发明评测仪自定义的O. 02-6GHZ的设定宽频段电压信号(例如，低频时步进为O. IHz，高频时步进为IKHz)，然后经由可变增益放大器 151进行电压信号放大、功率放大器161进行功率放大后，通过发射RF多路开关阵列171适时选通相应发射天线10，而使具有该设定宽频段的微波向夹持的服装发射。微波穿过服装后，衰减的微波由接收天线20接收，经由接收RF多路开关阵列211 后，送入检测对数检波器221对该设定宽频段内的各个频率信号进行幅值电压转换，然后经由可变增益放大器231进行放大后，送入12位ADC转换器241进行电压信号的模数转换，最终将转换后得到的关于该设定宽频段内的各个频率对应的幅值数字信号送入智能控制器301。当智能控制器301接收到上述测得的体积、频率对应的幅值各项数据后，将这些数据上传至智能手机32，由智能手机32通过其内安装的相应处理软件进行运算。在运算中，处理软件通过检测得到的体积、各个频率的幅值信号以及在评测棉面料时已经检测到的温度数据计算出各个吸收峰的位置和大小，与手机内数据库中存储的各个物质在相同体积、环境温度条件下频率与介电常数关系数据进行类比(具体类比过程属于公知技术)，最终判断得出服装除棉面料成分外，所含的其他成分及其含量，并在智能手机32的屏幕上显示检测结果。例如采用半定量检测模式，检测结果为含有涤纶成分，且含
12量为少量(认为被测涤纶占测量体积的10% -30%之间)，从而确认该服装为混纺，服装商贩有欺诈消费者之嫌。上述整个检测过程仅需要几十秒钟，即可达到帮助消费者辨别假冒伪劣商品的目的。若通过智能手机32计算出的吸收峰位置和大小数据在数据库中无法找到相应物质样本，无法对被测物质的成分进行判断时，可将现场测得的数据通过智能手机32与后台网站支持平台40进行交流，获得进一步的认证和支持，协助消费者判断被测物质的属性， 以构成物联网运行模式。本发明评测仪可对自身设定检测范围内的固体、液体、气体进行检测。若消费者想对液体进行检测，则可将预检液体装入瓶子或塑料袋等容器内，在实际检测时，与预检液体一样，本发明评测仪同样会得到容器的介电常数与频率数据，将容器与预检液体区分开来， 也就是说，容器的添加不会影响本发明评测仪对预检液体的准确检测。检测气体与上述检测液体所采取的方式一样。本发明的优点是本发明物质成分含量评测仪成本低，重量轻，便携性强，可对被测物质的成分、含量进行半定量、准定量快速检测，检测准确，特别适用于对商品质量(成分及其含量)进行鉴定，为消费者和基层质检人员辨认商品真伪提供依据，有效防止消费者上当受骗，尤其防止有害物质对消费者身体造成损害，保护自己的健康，有效遏制不法商贩坑害消费者的行为。相较于日本AET公司的微波介电常数测定仪LM-29和美国伊诺斯公司的手持式系列分析仪，本发明物质成分含量评测仪成本很低，每台仪器成本才几千元。并且，本发明物质成分含量评测仪重量轻，使用者可随身携带，便携性强。本发明物质成分含量评测仪采用自由空间法检测，即被测物质不用切割、裁剪等， 只要放置于两个卡固端头间并夹持住，即可进行检测，是一种非损伤性、非破坏性的检测过程。本发明物质成分含量评测仪基于各个物质各自的介电常数对应有一个不同的吸收峰的原理，通过与事先标定测得的、存储在数据库中的各个物质对应不同检测距离、环境温度时的介电常数与频率间的关系数据进行类比，来实现对被测物质成分及含量的检测， 不受被测物质的颜色、结构等的影响。由于本发明物质成分含量评测仪只是一种类比过程， 因此，其检测速度很快，另外，若采用半定量检测模式，则微处理器无需进行复杂的运算，势必大幅降低了本发明物质成分含量评测仪的处理芯片成本。若类比过程不在微处理器中进行，而是通过与智能手机的通讯，使类比过程在智能手机中运行，则将更大幅度地降低了本发明物质成分含量评测仪的成本，提高了其便携性，增强了其抗干扰能力。因本发明评测仪成本低、轻巧、便于携带，其可成为基层质检人员的好帮手，方便质检人员快捷巡查购物现场，同时，消费者也可通过使用本发明评测仪来协助质检部门抵制假冒伪劣商品，净化我国商品市场，保护消费者自身权益。上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、 简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
权利要求
1.一种物质成分含量评测仪，其特征在于它包括壳体，该壳体上设有被测物卡固检测装置，该被测物卡固检测装置包括用于夹持被测物质的两个卡固端头，该两个卡固端头相向设置，该两个卡固端头中的一个卡固端头与卡紧装置连接，该卡紧装置用于使与其连接的该卡固端头移动而将被测物质夹持在该两个卡固端头之间，该壳体内设有物质成分含量检测电路，其中该物质成分含量检测电路包括发射天线、接收天线、控制面板，该发射天线、接收天线分别设置在该两个卡固端头内，该发射天线的接线端经由功率放大模块、可变增益放大模块、选择开关、超宽频带微波生成模块与微处理器的相应IO端连接，该接收天线的接线端经由幅度电压转换模块、可变增益放大模块、AD转换模块与该微处理器的相应IO端连接， 设置在该壳体上的该控制面板的信号端与该微处理器的相应IO端连接。
2.如权利要求I所述的物质成分含量评测仪，其特征在于所述发射天线、接收天线为贴片天线，多个所述发射天线的接线端经由发射天线选择模块与所述功率放大模块的输出端连接，多个所述接收天线的接线端经由接收天线选择模块与所述幅度电压转换模块的输入端连接。
3.如权利要求I所述的物质成分含量评测仪，其特征在于所述超宽频带微波生成模块包括低频段频率合成器和高频段频率合成器，该低频段频率合成器的控制输入端与所述微处理器的相应IO端连接，该低频段频率合成器的输出端分两路，一路与所述选择开关的一个输入端连接，另一路与该高频段频率合成器的输入端连接，该高频段频率合成器的控制输入端与所述微处理器的相应IO端连接，该高频段频率合成器的输出端与所述选择开关的另一个输入端连接。
4.如权利要求3所述的物质成分含量评测仪，其特征在于所述卡紧装置为设有刻度的千分尺结构。
5.如权利要求3所述的物质成分含量评测仪，其特征在于所述壳体内设有光栅测距电路，该光栅测距电路包括主光栅、副光栅和距离测量电路， 其中该主光栅与所述卡紧装置连接，该距离测量电路的信号端与所述微处理器的相应IO 端连接。
6.如权利要求I至5中任一项所述的物质成分含量评测仪，其特征在于所述物质成分含量检测电路设有温度检测电路，该温度检测电路的信号端与所述微处理器的相应IO端连接。
7.如权利要求6所述的物质成分含量评测仪，其特征在于所述微处理器为智能控制器；所述微处理器上的相应IO端与数字隔离USB 口的内接端连接，该数字隔离USB 口设置在所述壳体上，用于与智能手机连接。
8.一种基于权利要求I至7中任一项所述的物质成分含量评测仪实施的物质成分含量评测方法，其特征在于，它包括如下步骤步骤一将被测物质放置于两个卡固端头之间，并通过卡紧装置将被测物质夹持住，此时测量出两个卡固端头间相距的距离，根据卡固端头端部的截面积，计算出被测物质处于两个卡固端头之间的体积；步骤二 若被测物质中的被测成分明确，则进入步骤三；若被测成分不明确，则进入步骤五；步骤三发射天线发射具有与该被测成分介电常数相对应的特征频率频段的微波；步骤四微波穿过被测物质衰减后由接收天线接收，根据接收的各个频率信号的幅值、 步骤一中测得的体积，与数据库中存储的该被测成分对应该体积时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比，从而确定出该被测物质是否为纯品以及该被测成分的含量， 检测结束；步骤五发射天线发射具有设定宽频段的微波而进行扫频；步骤六微波穿过被测物质衰减后由接收天线接收，根据接收的各个频率信号的幅值、 步骤一中测得的体积，与数据库中存储的各个物质对应该体积时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比，从而确定出该被测物质的成分以及各个成分的含量，检测结束。
9.如权利要求8所述的物质成分含量评测方法，其特征在于在所述步骤一中，测量物质成分含量评测仪所处环境温度，则在所述步骤四中，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积和环境温度， 与数据库中存储的该被测成分对应该体积、环境温度时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比；在所述步骤六中，根据接收的各个频率信号的幅值、步骤一中测得的体积和环境温度， 与数据库中存储的各个物质对应该体积、环境温度时标定测得的介电常数与频率间的关系数据进行类比。
10.如权利要求8所述的物质成分含量评测方法，其特征在于所述步骤四和步骤六中的类比处理在所述微处理器中进行，或者，所述步骤四和步骤六中的类比处理在智能手机中进行，或者，所述步骤四和步骤六中的类比处理在与智能手机无线通讯连接的后台网站支持平台中进行，其中若所述步骤四和步骤六中的类比处理在智能手机中进行，当智能手机中的数据库内没有消费者此时所检测的物质信息时，消费者可将检测得到的该物质信息发送给后台网站支持平台，以在后台网站支持平台上的数据库中查询，如果后台网站支持平台上的数据库内仍然无该物质信息，则专家将根据消费者提供的该物质信息做相关实验，以协助解决消费者遇到的问题；若所述步骤四和步骤六中的类比处理在与智能手机无线通讯连接的后台网站支持平台中进行，当后台网站支持平台上的数据库内没有消费者此时所检测的物质信息时，专家将根据消费者提供的该物质信息做相关实验，以协助解决消费者遇到的问题。
全文摘要
本发明公开了一种物质成分含量评测仪及其方法。评测仪包括壳体，该壳体上设有被测物卡固检测装置，该被测物卡固检测装置包括用于夹持被测物质的两个卡固端头，该两个卡固端头相向设置，该两个卡固端头中的一个卡固端头与卡紧装置连接，该卡紧装置用于使与其连接的该卡固端头移动而将被测物质夹持在该两个卡固端头之间，该壳体内设有物质成分含量检测电路。本发明评测仪成本低，重量轻，便携性强，本发明评测仪和评测方法可对被测物质的成分、含量进行半定量、准定量快速检测，检测准确，特别适用于对商品质量进行鉴定，为消费者和基层质检人员辨认商品真伪提供依据，防止消费者上当受骗，有效遏制不法商贩坑害消费者的行为。
文档编号G01N22/00GK102608133SQ20121009802
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月5日 优先权日2012年4月5日
发明者侯金栋, 方穗明, 王广生, 王彦民 申请人:王广生