具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。

实施例1

介电响应是物质与一定频率电磁波相互作用的现象，当与频率依存时也可以表示为介电谱，其主要参数是复介电常数、复电导率和吸收系数等。水对太赫兹波具有强烈的吸收作用，含水量的不同在阿胶的太赫兹介电响应上有明显的变化，即介电谱和吸收能够体现阿胶含水量的变化。不同于微波的窄带宽分辨率低的缺点，太赫兹具有高带宽、分辨率高，检测阿胶含水量的精度能够大大提高。

水在阿胶中以游离态形式存在，根据混合物的有效介质模型，纯阿胶干燥物和水可以作为两种有效介质，结合介电响应原理即可快速准确的计算阿胶含水量。作为一种无损检测的光谱分析技术，介电谱技术在现场检测应用中具有极大的潜力和价值。

本发明实施例1提供一种基于太赫兹介电谱的阿胶含水量检测方法，获取与待检测阿胶相同批次的标准干燥阿胶的介电常数、待检测阿胶的介电常数以及水的介电常数；结合有效介质模型，根据标准干燥阿胶的介电常数、待检测阿胶的介电常数以及水的介电常数计算待检测阿胶中水分的体积系数；根据水分的体积系数计算待检测阿胶的含水量。

该方法具体操作步骤如下：

1.对待测阿胶取样，打粉，取粉末样本数克，按照国标法放置于真空干燥机内烘干至恒重，取出在干燥机内冷却至室温。

2.在流动干燥空气的箱体中，对烘干后的阿胶粉末压片，每次压片使用粉末重量为0.2g，压片厚度约为1.2mm，压力为20MPa，

3.压片完成的阿胶片，重新被放置在室温下真空干燥箱内干燥2小时后用薄膜密封包裹。

4.太赫兹时域光谱仪样本箱内填充干燥空气，保证测试环境湿度低于3％，并保持稳定。样本被放入测试仪器发射和接收探头之间，通过仪器测量压片的太赫兹复折射率，并计算介电常数。

5.对待测的未知含水量阿胶块取样20g，放置在打粉机中，打粉机样品盒与样本一起称重，打粉后重新称重，计算两次质量差，计算入含水量中。用100目筛网筛选，并计算筛选前后的质量差，计算含水量差。

6.阿胶粉末压片后用薄膜密封包裹，保证水分在测试过程中不被散失，保证薄膜与压片两侧表面紧紧贴在一起，在太赫兹时域光谱仪中干燥环境下测试复折射率。

7.根据相关公式计算水、两种阿胶的介电常数。

8.含水量阿胶的介电常数实部为因变量，干燥阿胶和水的介电常数实部为自变量，采用多元线性回归算法计算。例如本例中计算得到的α₁、α₂分别是：0.9679、0.0289。干燥阿胶和水的密度分别是1.12g/cm³，1.0g/cm³，进而计算得到水在整体中质量占比为2.596％，即阿胶的含水量为2.596％，与实际测量的2.72％相差约0.12％。

9.以干燥的阿胶介电常数实部作为基准，同样的阿胶产品，在任何条件下的含水量，只需要测试其介电常数实部即可计算得到含水量。

实施例2

如图2所示，本发明实施例2提供一种基于太赫兹介电谱的阿胶含水量检测系统，包括：获取模块，用于与待检测阿胶相同批次的标准干燥阿胶的介电常数、待检测阿胶的介电常数以及水的介电常数；第一计算模块，用于结合有效介质模型，根据标准干燥阿胶的介电常数、待检测阿胶的介电常数以及水的介电常数计算待检测阿胶中水分的体积系数；第二计算模块，用于根据水分的体积系数计算待检测阿胶的含水量。

如图1所示，利用上述基于太赫兹介电谱的阿胶含水量检测系统实现阿胶含水量检测，具体操作步骤如下：

步骤1：获取相同批次完全干燥后的阿胶太赫兹介电谱，具体方法是：使用打粉机将阿胶块粉末化，筛选出颗粒小于100目阿胶粉，利用烘干法完全干燥后取出。在密闭干燥环境下利用压片机压片，压力为20MPa，厚度为0.5～1.0mm，计算出阿胶的密度(重量/体积)。压片被放进湿度小于3％密闭空间中进行测试，利用太赫兹时域光谱仪测试出片状阿胶稳定的折射率和消光系数，频率范围是0.3-1.0THz，进而计算出介电常数，其公式是：

ε′_r(ω)＝n(ω)²-k(ω)²

ε″_r(ω)＝2n(ω)×k(ω)

其中，ε′_r(ω)、ε″_r(ω)、n(ω)、k(ω)分别表示介电常数实部、介电常数虚部、折射率实部、消光系数。

步骤2：对相同批次未知含水量的阿胶进行测试。选取一定量(20g)阿胶，打粉后筛选，计算打粉筛选过程中导致的水分损失，计入总含水量中。在一定湿度下对阿胶粉压片后测试，利用薄膜(厚度小于0.02mm)对压片密封包裹，使薄膜紧贴住压片两个面，以便测试时薄膜与压片紧紧贴在一起，消除薄膜与压片之间有空气导致的影响，获取太赫兹频段的折射率和消光系数。由于薄膜与压片厚度相差很大，故薄膜的影响可以忽略不计。

步骤3：计算水的太赫兹介电谱。根据二阶徳拜方程计算在不同频率下的介电谱，频率范围是0.3-1.0THz，其计算公式为：其中，ε_∞表示无穷大频率下的介电常数，ε_s表示零频率下的介电常数，ε₁表示中间频率下的介电常数，τ₁表示慢弛豫时间常数，τ₂表示快弛豫时间常数，在本实施例1中，其值分别是：78.8，6.6，4.1，10.6和0.18，θ是角频率。

如图3所示，为水的太赫兹介电常数实部随太赫兹频率的变化曲线示意图。如表1所示，为不同太赫兹频率下的水的介电常数实部数据表。

表1：

如图4所示，为待检测阿胶、标准干燥阿胶以及水的介电常数随太赫兹频率变化的曲线示意图。如表2所示，为不同太赫兹频率下的待检测阿胶(未知含水量阿胶)、标准干燥阿胶以及水的介电常数实部数据表。

表2

步骤4：利用有效介质模型计算待测阿胶的含水量体积比，在阿胶中有效介质的模型为：

α₁+α₂＝1

其中，ε′_总(ω)表示待检测阿胶的介电常数，ε′_干(ω)表示标准干燥阿胶的介电常数，ε′_水(ω)表示水的介电常数，α₁表示待检测阿胶中阿胶成分的体积系数，α₂表示待检测阿胶中水分的体积系数。

在上式中，由于不同频率下的介电常数已然得到，针对多样本计算，利用多元线性回归算法计算体积系数α₁和α₂的值。其函数模型为：

y＝α₁x₁+α₂x₂+δ；

其中y为因变量，即待检测阿胶的介电常数，x₁、x₂是自变量，即标准干燥阿胶和水的介电常数，误差项δ符合正态分布(0，1)。

由体积比和各自的密度，求出质量比，水占总体的质量比即水含量。

以干燥的阿胶介电常数实部作为基准，同样的阿胶产品，在任何条件下的含水量，只需要测试其介电常数实部即可计算得到含水量。

综上所述，本发明实施例所述的基于太赫兹介电谱的阿胶含水量检测方法及系统，利用太赫兹时域光谱仪(THz-TDS)测试片状阿胶的折射率，通过折射率与介电常数计算公式，计算出相应的介电谱参数，再通过有效介质模型函数计算水的体积比，实现含水量的计算。操作简单易用，测试准确度较高，测试的频率带宽可以达到THz(1012Hz)级别，在宽频段下能够表示较小的变化趋势，对样品的制作要求低，只需将样品做成片状；计算方法快捷，可以集成化，应用环境要求低，可测试的样品种类广泛。

在上述实施例中，在制作阿胶粉末时，选块状阿胶，在洁净、密闭环境下制作小于100目的粉末颗粒，精确计算粉化前后的水分流失，精确到毫克；压片阿胶的太赫兹介电谱测试时，阿胶压片样本固定放置在两种直径不同的孔洞中，太赫兹信号只穿过阿胶压片，测试中阿胶压片利用聚乙烯薄膜包裹，保证测试过程中阿胶内水分不会蒸发，利用太赫兹时域脉冲技术测试材料的折射率，通过介电常数公式获取材料的介电常数。阿胶含水量计算时，把阿胶区分为自由水和阿胶两部分，其介电常数由水和阿胶两部分贡献，利用阿胶二元有效介质模型，对不同频率点下的介电常数测试值利用多元线性回归算法计算阿胶的含水量。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。