一种尿液单一成分含量的检测方法与系统

本发明属于液体识别，涉及一种基于射频识别技术进行尿液单一成分含量的检测方法与系统。

背景技术：

1、尿液分析可有效反映人体健康状况，为慢性疾病提供早期诊断依据，例如：尿中无机盐的测定对了解体内水盐代谢、酸碱平衡及肾内分泌功能有重要意义；尿糖含量可监测糖尿病；尿酸水平可鉴别痛风性肾病与肾小管功能障碍。然而现有的尿液分析依赖于光谱技术实现对成分的定量分析，局限于医院或实验室等特定场景，尿常规检测必须前往医院进行，手续繁杂且检测周期长。因此，实现快速、低成本的尿液成分检测十分有意义。

2、利用无线信号对尿液识别，无需携带任何大型设备且不会对身体造成损伤，具有快速、便捷、无侵扰的优势。试想如果人们能够更早更快地居家检测尿液中的关键指标，就能尽最大可能提前确诊时间以提高治疗效率。

3、现有的基于无线信号的液体识别方案，如基于射频信号、uwb信号、wifi信号、毫米波信号和声音信号等，其原理在于：由于液体固有的复介电常数属性，无线信号经不同液体反射或穿透后，会产生不同的变化，体现在信号的强度、相位等上，通过提取这种差异并进行分析，就可以得到某种液体的独特特征从而实现对液体的识别。但现有方法依赖于不同种材料之间较大的复介电常数差异，难以检测尿液中的微量成分。尿液是由水、蛋白质、尿素、尿酸、无机盐等成分组成的一种混合溶液，现有的方法侧重于区别溶液种类而不是探究混合溶液的组分与浓度，因此使用无线信号感知方法检测尿液中的成分仍是难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种尿液单一成分含量的检测方法与系统。

2、为此，本发明提供的尿液单一成分含量的检测方法包括：

3、生成已知浓度梯度溶液的标准浓度特征曲线图，该标准浓度特征曲线图由位于同一坐标下的多个已知浓度溶液的浓度特征曲线构成；所述已知梯度浓度溶液通过在人体尿液或人工尿液中添加不同量的所述单一成分配制而成；

4、在所述坐标下生成待检测尿液的浓度特征曲线，根据待检测尿液的浓度特征曲线所处位置确定待检测尿液中被测成分的浓度；

5、每个已知浓度溶液的浓度特征曲线或待检测尿液的浓度特征曲线采用天线、阅读器、第一rfid标签和第二rfid标签获取，方法包括：

6、(1)将待测溶液放置在容器中；所述第一rfid标签和第二rfid标签贴于容器上，且第一rfid标签和第二rfid标签位于待测溶液两侧，同时第一rfid标签、第二rfid标签和天线位于同一直线上；

7、(2)天线发射频率信号，该频率信号被第一rfid标签接收，之后穿过待测溶液被标签第二rfid接收；第一rfid标签和第二rfid接收信号并反向散射回阅读器，阅读器根据第一rfid标签散射回的信号汇报第一初始rssi，同时根据第二rfid标签散射回的信号汇报第二初始rssi；各溶液对应的天线发射频率范围相同；采样周期取决于阅读器的采样频率；频率范围为860～960mhz；

8、(3)根据式ⅰ计算得到各频率对应的第一幅值和第二幅值；各频率对应的第一幅值和第二幅值之差与第一幅值之比为相应频率下浓度特征值；

9、

10、其中：a为相应频率下的第一幅值或第二幅值；rssi为相应频率下的第一初始rssi或第二初始rssi；即rssi取相应频率下的第一初始rssi时，a为相应频率下的第一幅值，rssi取相应频率下的第二初始rssi时，a为相应频率下的第二幅值；

11、(4)以频率为横坐标，浓度特征值为纵坐标生成频率-浓度特征曲线s1；

12、(5)对频率-浓度特征曲线s1进行平滑处理，得到浓度特征曲线s2。

13、可选的方案是，所述单一成分为氯化钠、葡萄糖或尿酸。

14、可选的方案是，所述阅读器采用rfid阅读器。

15、可选的方案是，天线发射频率信号的的频率范围为860～960mhz。

16、可选的方案是，所述平滑处理采用s-g平滑滤波算法。

17、可选的方案是，根据待检测尿液的浓度特征曲线所处位置以及待检测尿液的浓度特征曲线与各已知浓度梯度溶液的标准浓度特征曲线的相似度确定待检测尿液中被测成分的浓度。进一步可选的是，利用若干幅待测成分的标准浓度特征曲线图训练cnn模型，构建浓度识别模型；根据浓度识别模型判断待检测尿液的浓度特征曲线。

18、本发明同时提供一种尿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、两个rfid标签、阅读器和处理器；

19、所述天线、阅读器、两个rfid标签和处理器采用上述方法检测待检测尿液中单一成分的浓度。

20、本发明的基于射频识别技术的人工尿液成分浓度检测方法，是一种细粒度溶液浓度感知方法，它借助rfid设备感知目标溶液，通过类比比尔定律提取出浓度特征曲线并且通过设计的卷积神经网络模型进行分类，能够以高准确率对浓度相似的人工尿液进行细粒度识别。

21、本发明使用rfid设备来进行无源的尿液识别，是一种基于无线感知的细粒度液体识别方法。不同于传统技术如光谱仪使用场景局限以及高成本的缺点，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，并为居家尿液健康检测提供了一种新思路。

技术特征：

1.一种尿液单一成分含量的检测方法，方法包括：

2.根据权利要求1所述的尿液单一成分含量的检测方法，其特征在于，所述单一成分为氯化钠、葡萄糖或尿酸。

3.根据权利要求1所述的尿液单一成分含量的检测方法，其特征在于，所述阅读器采用rfid阅读器。

4.根据权利要求1所述的尿液单一成分含量的检测方法，其特征在于，天线发射频率信号的的频率范围为860～960mhz。

5.根据权利要求1所述的尿液单一成分含量的检测方法，其特征在于，所述平滑处理采用s-g平滑滤波算法。

6.根据权利要求1所述的尿液单一成分含量的检测方法，其特征在于，根据待检测尿液的浓度特征曲线所处位置以及待检测尿液的浓度特征曲线与各已知浓度梯度溶液的标准浓度特征曲线的相似度确定待检测尿液中被测成分的浓度。

7.根据权利要求6所述的尿液单一成分含量的检测方法，其特征在于，利用若干幅待测成分的标准浓度特征曲线图训练cnn模型，构建浓度识别模型；根据浓度识别模型判断待检测尿液的浓度特征曲线。

8.一种尿液单一成分含量检测系统，其特征在于，所提供的检测系统包括所述天线、两个rfid标签、阅读器和处理器；

技术总结本发明公开了一种尿液单一成分含量的检测方法与系统。由于电磁波信号和光信号在介质中有着相似的传播特性，本发明借由比尔光吸收定律直接表征出射频信号强度与尿液浓度的关系，并基于无源物联网通信技术——射频识别搭建双标签感知系统，利用设计的卷积神经网络模型对收集的数据进行训练及测试，实现了对尿液中某成分浓度微量变化的感知。本发明所提到的方法极大地提升了RFID应用于材料感知的识别粒度，使得居家场景下的尿液健康监测成为可能。技术研发人员：牛思莹,陈梦尧,陈浩受保护的技术使用者：西北大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17