本发明专利技术公开了一种汗液单一成分含量的检测方法与系统。本发明专利技术将石墨烯材料混合到被检测的汗液中以增强信号识别度，将阅读器收集到的相位数据作为识别特征，并进行平滑和归一化的数据预处理，接着使用widengap算法处理相位数据，与提取特征后的相位结合绘制成新的曲线，以便进行感兴趣成分含量的识别。本发明专利技术的方法利用石墨烯材料的特性突破了无线感知方法对液体识别粒度的局限，实现了对溶液中某溶质浓度变化的感知。区别于传统的液体识别方法，本发明专利技术是一种无接触的基于无线感知的液体识别方案，对于汗液成分的检测与识别提供了新思路。思路。
【技术实现步骤摘要】
一种汗液单一成分含量的检测方法与系统
[0001]本专利技术属于液体识别
，涉及一种基于石墨烯材料进行汗液单一成分含量的检测方法与系统。
技术介绍
[0002]汗液成分中包含着许多重要的生物标志物，人们可以从中监测电解质失衡程度、葡萄糖水平等。通过对汗液成分的检测与识别，对于监测生理健康状况和诊断疾病具有十分重要的意义。汗液中无机成分主要是氯化钠等盐类，主要电解质是钠和氯离子，随汗液中钠离子和氯离子的流失，人体无法适时的调节体液与温度的生理变化。汗液中的微量葡萄糖水平与血液中血糖含量水平有很大的相关性，对汗液中葡萄糖含量的检测为血糖检测提供了一种非侵入式的替代方法。因此对于汗液中氯化钠和葡萄糖成分浓度的识别具有重要意义。
[0003]在汗液检测与成分分析研究中，主要有电化学方法、比色法与传感器检测法三大类。但上述方法或存在无法检测有机溶质的缺陷，或基于可穿戴传感器，而传感器需要电池供电，使用者需长期佩戴。于上述问题，行之有效的解决思路是利用无线设备探索在日常健康监测中面临的关键问题和解决方案。采用无线信号进行液体识别，无需携带任何大型设备且不会对身体进行损伤，具有自然便捷无侵扰的优势。
[0004]利用传统的液体识别通常依赖于昂贵的专用设备，如需在实验室环境中使用的昂贵且笨重的光谱仪，因受到仪器的限制，这类方法难以在人们日常生活中广泛应用。近年来，基于无线信号(如RFID、WIFI和UWB信号等)的识别技术大大降低了液体识别系统的部署成本。无线感知的主要优点是它不需要目标携带或佩戴任何设备进行感知，比传统的可穿戴或基于传感器的方法更为方便。
[0005]应用无线感知技术进行液体识别，即利用无线信号穿透液体或被液体反射时发生的变化来分析液体的特性，使得液体识别更加便捷。在前人的工作中，大多数基于接触式或非接触式的各种无线感知液体识别技术仅实现了对液体种类的识别，但对溶液中的某一溶质成分浓度变化进行识别，意味着要求识别粒度非常精细，目前的无线感知技术仍处于刚刚起步阶段，实现对液体的细粒度识别仍十分具有挑战性。
技术实现思路
[0006]针对现有技术的缺陷或不足，本专利技术一方面提供了一种汗液单一成分含量的检测方法。
[0007]为此，本专利技术提供的汗液单一成分含量的检测方法包括：
[0008]生成已知梯度浓度溶液的标准相位曲线图，该标准相位曲线图由位于同一坐标下的多个已知浓度溶液的相位曲线构成；所述已知梯度浓度溶液通过在人体汗液或人工汗液中添加不同量的所述单一成分配制而成；
[0009]在所述坐标下生成待检测汗液的相位曲线，根据待检测汗液的相位曲线所处位置
确定待检测汗液中被测成分的含量；
[0010]每个已知浓度溶液的相位曲线或待检测汗液的相位曲线采用天线、阅读器和电子标签获取，方法包括：
[0011](1)在待测溶液中添加石墨烯粉并混匀；所述电子标签贴在盛装待测溶液容器壁的外表面或吸附有待测溶液的载体表面；各溶液中石墨烯粉的含量相同；
[0012](2)天线发射频率信号，该频率信号被电子标签接收，电子标签接收信号生成相应标识信息，并将标识信息传输给阅读器；阅读器根据接受到的信息生成对应频率下的初始相位值；各溶液对应频率范围相同；
[0013]以频率为横坐标，初始相位值为纵坐标生成频率
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相位曲线S1；采样周期取决于RFID阅读器的采样频率；
[0014](3)对频率相位曲线进行平滑处理消除曲线上的跳变，得到频率
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相位平滑曲线S2；
[0015](4)对频率
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相位平滑曲线的相位值进行归一化处理，使得各相位值的归一化后取值范围为0～1，得到归一化后的频率
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相位平滑曲线S3；
[0016](5)求取曲线S3上除首尾点外各中间点的估计导数值，任一中间点的估计导数为该中间点和其左邻点所在直线的斜率与该中间点的左邻点和右邻点所在直线的斜率的平均值；
[0017](6)生成斜截式方程y＝kx+b，其中，k取所有中间点估计导数值的平均值，b取k值的20～30倍与步骤(4)所有点归一化相位值的平均值之和；x为频率通道指数，y为标准相位；所述斜截式方程对应的斜截式直线为相应溶液的标准相位曲线。
[0018]可选的方案是，所述石墨烯粉为多层石墨烯粉。
[0019]可选的方案是，所述单一成分为氯化钠或葡萄糖。
[0020]可选的方案是，所述石墨烯粉在待测溶液中的含量为1～3g/L。
[0021]可选的方案是，所述阅读器采用RFID阅读器。
[0022]可选的方案是，步骤(2)中所述频率信号的频率范围是860MHz～960MHz；
[0023]可选的方案是，步骤(2)中，周期性采集初始相位值，多次重复采样后，求取同一频率下多个初始相位值的平均值为该频率下的相位均值；以频率为横坐标，相位均值为纵坐标生成频率
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相位曲线S1；采样周期取决于RFID阅读器的采样频率。
[0024]可选的方案是，步骤(3)中，对频率相位曲线进行平滑处理得到频率
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相位平滑曲线S2，平滑处理包括对相位曲线的纵坐标相位值加π或者2π，或者减π或者2π消除曲线上的跳变；
[0025]可选的方案是，所述天线、容器和电子标签位于同一直线上，且天线发射的信号穿过容器到达电子标签。
[0026]另一方面，本专利技术提供了一种汗液单一成分含量检测系统。所提供的检测系统包括所述天线、容器或可吸附汗液的载体、电子标签、阅读器和处理器，所述电子标签贴在所述容器外壁或贴在所述载体表面；
[0027]所述天线、阅读器、电子标签和处理器采用权利要求1所述方法获取每个已知浓度溶液的相位曲线或待检测汗液的相位曲线。
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有以下积极有益效果
[0029](1)本专利技术的基于石墨烯材料的人工汗液识别方法，是一种基于阅读器的细粒度感知方法，它借助阅读器设备感知目标溶液，通过石墨烯材料增强信号的识别度和完备的信号处理算法模块对数据进行预处理，能够以高准确率对浓度相似的人工汗液进行细粒度识别。
[0030](2)本专利技术结合阅读器来进行无源的汗液识别，是一种基于无线感知的细粒度液体识别方法；不同于传统技术如传感器需要电源供电以及高成本的缺点，本方法使用RFID阅读器来进行数据的收发等，方便了科学研究和日常生活需求。
[0031](3)本专利技术的信号处理算法模块，通过widengap算法，有效提取相位曲线的特征，扩大了相似浓度汗液的相似度，从而实现有效识别；在后续的成分检测中，可以通过对需要检测浓度的相位数据进行预处理，与已知浓度之间进行相似度比对，来确定单一变化溶质的浓度范围。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的贴有RFID标签的盛有混合多层石墨烯粉末的人工汗液的烧杯图。
[0033]图2为本专利技术的实验环境图。
[0034]图3为实本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种汗液单一成分含量的检测方法，方法包括：生成已知梯度浓度溶液的标准相位曲线图，该标准相位曲线图由位于同一坐标下的多个已知浓度溶液的相位曲线构成；所述已知梯度浓度溶液通过在人体汗液或人工汗液中添加不同量的所述单一成分配制而成；在所述坐标下生成待检测汗液的相位曲线，根据待检测汗液的相位曲线所处位置确定待检测汗液中被测成分的含量；每个已知浓度溶液的相位曲线或待检测汗液的相位曲线采用天线、阅读器和电子标签获取，方法包括：(1)在待测溶液中添加石墨烯粉并混匀；所述电子标签贴在盛装待测溶液容器壁的外表面或吸附有待测溶液的载体表面；各溶液中石墨烯粉的含量相同；(2)天线发射频率信号，该频率信号被电子标签接收，电子标签接收信号生成相应标识信息，并将标识信息传输给阅读器；阅读器根据接受到的信息生成对应频率下的初始相位值；各溶液对应频率范围相同；以频率为横坐标，初始相位值为纵坐标生成频率
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相位曲线S1；采样周期取决于RFID阅读器的采样频率；(3)对频率相位曲线进行平滑处理消除曲线上的跳变，得到频率
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相位平滑曲线S2；(4)对频率
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相位平滑曲线的相位值进行归一化处理，使得各相位值的归一化后取值范围为0～1，得到归一化后的频率
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相位平滑曲线S3；(5)求取曲线S3上除首尾点外各中间点的估计导数值，任一中间点的估计导数为该中间点和其左邻点所在直线的斜率与该中间点的左邻点和右邻点所在直线的斜率的平均值；(6)生成斜截式方程y＝kx+b，其中，k取所有中间点估计导数值的平均值，b取k值的20～30倍与步骤(4)所有点归一化相位值的平均值之和；x为频率通道指数，y为标准相位；所述斜截式方程对应的斜截式直线为相...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛思莹，陈梦尧，王夫蔚，苏晨宇，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：
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