CN108204845B - 感测装置及物质感测方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关于一种感测装置，包含一探棒及一感测模块；该感测模块包含一物质感测电路、一运算单元及一信号输出电路。该感测模块产生一扫频信号并且传送该扫频信号至该探棒以感测一物质的一状态；该扫频信号为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号；当该扫频信号接触到该物质时，利用该物质的一等效电容产生一反射信号；该物质感测电路接收该反射信号并传递该反射信号至该运算单元；该运算单元对该反射信号运算以产生一波形信号以判断该物质的该状态；该运算单元利用一阻抗频谱以判断该物质的该状态。

Description

感测装置及物质感测方法

技术领域

本发明有关于一种感测装置及物质感测方法，特别是一种具有可变化频率检测的感测装置及具有可变化频率检测的物质感测方法。

背景技术

静电容/射频导纳式感测器用以检测物质的电容量的变化；基于电容公式C＝εA/d，静电容/射频导纳式感测器将感测到的资讯由物理信号传换成电子信号；当静电容/射频导纳式感测器安装于桶槽或管道内时，固定了上述公式内的A(物质接触面积)与d(极板距离)，因此C的变化量将受到ε(物质的介电常数)影响。

静电容/射频导纳式感测器发射一固定频率的交流信号至探棒，并接着将电容值转换为电信号；当物质接触到探棒时，会产生信号的强度变化。简易的静电容/射频导纳式开关感测器的控制单元(uC或比较电路)会设定一判断点；当探棒没有接触到物质时，回传的信号强度不会超过此判断点；当探棒接触到物质时，回传的信号强度会超过此判断点。

再者，在安装静电容/射频导纳连续式感测器之后，静电容/射频导纳连续式感测器会进行两点校正；在静电容/射频导纳连续式感测器上输入这两点的值，接着控制单元会计算出这两点的斜率变化；因此，如果物质变化，依据信号强度的变化，可计算出物质在桶槽的等效容量。接着，可将结果显示于静电容/射频导纳连续式感测器的界面，以及信号可通过例如RS-485接口、4-20mA、Modbus接口等等输出给后端系统。

以下例子说明相关技术的方法：在感测器安装完后，桶槽中物质接触探棒为10公分，于桶槽内容量比为10％，此时，信号强度为100mV；接着，物质接触探棒改变为50公分，于桶槽内容量比为50％，此时，信号强度为500mV。将上述容量比输入至感测器中，控制单元会计算得知容量比与信号强度的关系，即(50％-10％)/(500mV-100mV)＝0.1(％/mV)。因此，当信号强度变化成600mV时，就可以直接在感测器上或输出信号得知桶槽内的容量比变成60％。

物质的介电常数常会因为环境(例如温度或湿度)的变化、物质性质的劣化(例如含水率的差异)以及感测器所发射的频率的差异而有不同的阻抗响应。然而，相关技术的静电容式/射频导纳式感测器的缺点为相关技术的静电容式/射频导纳式感测器无法操作在不同的频率，只能操作在固定频率，因此限制了发展成为智能化与多功能测量的可能。

发明内容

为改善上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种感测装置。

为改善上述现有技术的缺点，本发明的又一目的在于提供一种物质感测方法。

为达成本发明的上述目的，本发明的感测装置用以感测一物质的一介电常数的一变化状态，该装置感测装置包含：一探棒；及一感测模块，该感测模块连接该探棒。其中该感测模块包含：一物质感测电路；一运算单元，该运算单元电性连接至该物质感测电路；及一信号输出电路，该信号输出电路电性连接至该运算单元。其中该感测模块产生一扫频信号并且传送该扫频信号至该探棒以感测该物质的一状态；该扫频信号为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号；当该扫频信号接触到该物质时，利用该物质的一等效电容产生一反射信号；该物质感测电路接收该反射信号并传递该反射信号至该运算单元；该运算单元对该反射信号运算以产生一波形信号以判断该物质的该状态。其中该运算单元利用一阻抗频谱以判断该物质的该状态；该阻抗频谱界定有多个状态区；该些状态区的每一个分别具有不同的一输出信号；该运算单元应用该波形信号的一信号强度与一分布频率于该阻抗频谱以判断该波形信号在该些状态区的一位置，并据此进行一换算以得到该物质的一物质等效容积以及一物质品质并判断该物质的该状态；依据该波形信号在该些状态区的该位置，该运算单元利用该信号输出电路向外输出该位置的该状态区的该输出信号。

为达成本发明的上述又一目的，本发明的物质感测方法包含下列步骤：准备一感测装置，其中该感测装置用以测量一物质的一状态且具有一探棒及连接该探棒的一感测模块；将该探棒设置于该物质中；对该感测装置进行一环境校正；利用该感测模块产生一扫频信号并且传送该扫频信号至该探棒以感测该物质的该状态，其中该扫频信号为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号；当该扫频信号接触到该物质时，利用该物质的一等效电容产生一反射信号；该感测模块对该反射信号运算以产生一波形信号并进行一测量模式以判断该物质的该状态而得到一测量结果并对外输出，其中该测量模式为利用一阻抗频谱判断该物质的该状态，该阻抗频谱界定有多个状态区，该些状态区的每一个分别具有不同的一输出信号；该感测模块应用该波形信号的一信号强度与一分布频率于该阻抗频谱以判断该波形信号在该些状态区的一位置，并据此进行一换算以得到该物质的一物质等效容积以及一物质品质并判断该物质的该状态；及依据该波形信号在该些状态区的该位置，该感测模块向外输出该位置的该状态区的该输出信号。

本发明的功效在于提供一种具有可变化频率检测的智能型感测器。为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1为本发明的感测装置的一实施例方块图。

图2为本发明的物质感测方法的一实施例流程图。

图3为本发明的物质感测方法的另一实施例流程图。

图4为本发明的阻抗频谱的波形图。

图5为本发明的该些状态区的示意图。

图6为本发明的概念图。

其中，附图标记：

感测装置 10

物质 20

桶槽 30

探棒 102

感测模块 104

物质感测电路 106

运算单元 108

信号输出电路 110

扫频信号 112

反射信号 114

温度感测电路 116

温度感测信号 118

温度感测单元 120

第一信号输出电路 122

第二信号输出电路 124

第一信号 126

第二信号 128

测量区 1000

第一变异区 1001

第二变异区 1002

第三变异区 1003

第四变异区 1004

第一波形信号 2001

第二波形信号 2002

第三波形信号 2003

第四波形信号 2004

第五波形信号 2005

第六波形信号 2006

第七波形信号 2007

第一预设信号强度边界 3001

第二预设信号强度边界 3002

第三预设信号强度边界 3003

第四预设信号强度边界 3004

步骤 S02～16

步骤 T02～12

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合图式说明如下：

请参考图1，其为本发明的感测装置的一实施例方块图。本发明的感测装置10用以感测一物质20的一介电常数(permittivity)变化状态；该物质20放置于一桶槽30内。该装置感测装置10包含一探棒102、一感测模块104及多个温度感测单元120。该感测模块104包含一物质感测电路106、一运算单元108、一信号输出电路110及一温度感测电路116。该信号输出电路110包含一第一信号输出电路122及一第二信号输出电路124。上述该些元件彼此电性连接，且该感测模块104连接该探棒102，而该些温度感测单元120的每一个分别间隔地设置于该探棒102上。

首先，该感测模块104产生一扫频信号(frequency sweep signal)112并且接着传送该扫频信号112至该探棒102(以感测该物质20的一状态)；该扫频信号112为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号。当该扫频信号112接触到该物质20时，利用该物质20的一等效电容产生一反射信号114；该物质感测电路106接收该反射信号114并传递该反射信号114至该运算单元108。该运算单元108对该反射信号114运算以产生一波形信号以判断该物质20的该状态(容后详述)。

换言之，本发明的第一个技术特征是提供一种具有可变化频率检测的智能型感测器，称之为阻抗频谱感测器。阻抗频谱感测器的测量原理是该感测模块104会发射具有一可调整频率范围(即该扫频信号112，例如但本发明不限定为50MHz至200MHz)的一交流信号至该探棒102上；该交流信号的信号强度不会因为频率变化而变化，其为一固定强度的电压。该探棒102结构与电路可以等效成一固定的等效电感值(Ld)，且一固定的等效电容值(Cd)是由该探棒102接触该物质20所形成(当该探棒102没有接触到该物质20时，该探棒102的介质是介电常数为1的空气)。

藉由该感测模块104发射该扫频信号112，该运算单元108即可绘制出该探棒102在空气中的LdCd频率响应图，并计算出在空气(即介电常数为1)中，在某一频率时出现的最大的阻抗值，即是谐振点(Fd)。当该物质20接触到该探棒102时，等效电容值会改变成为C1；此时，该运算单元108重新计算出谐振点为F1。

在阻抗频谱感测器的该运算单元108中，写入一预设值(A1)。藉由上述F1与A1，本发明可设计出连续式(continuous)测量的感测器或感测开关(point sensor)。例如但本发明不限定为，在感测开关的应用上，如果F1大于A1，则感测器输出信号；如果F1小于或等于A1，则感测器不输出信号。一般来说，该物质20的介电常数大于1，因此产生的等效电容值只会增加，所以谐振点会比在空气的谐振点还要小。

不同的物质20有不同的介电常数，而阻抗频谱感测器可以精确的测量出差异。例如但本发明不限定，原本感测该物质20为机油，其介电常数为E1，因为长期使用，该物质20变质或是具有太多杂质，使得该物质20的介电常数改变为E2；阻抗频谱感测器可以感测到谐振点的变化以计算判断出该物质20性质改变了。阻抗频谱感测器可为例如但本发明不限定为油质劣化器(oil conditioning sensor)或物质劣化器。

又例如，原本感测该物质20为玉米粒，玉米粒的含水率为20％以上，阻抗频谱感测器设定含水率20％～30％以上的玉米粒的介电常数为E3；当阻抗频谱感测器感测玉米粒的含水率偏低(例如，低于15％)时，玉米粒的介电常数变为E4，此变化可由阻抗频谱感测器测得；此应用类似于含水率测试仪(moisture instrument)，只是在此类似的应用当中，该物质20的介电常数的变化，是因为环境及时间的变化，而非容积的变化。

请复参考图1。该温度感测电路116用以检测一外部环境温度(该感测模块104的温度)以产生一温度感测信号118并传送该温度感测信号118至该运算单元108；接着，该运算单元108利用该温度感测信号118对该波形信号进行一信号补偿；亦即，在一信号补偿模式当中，该感测模块104产生该温度感测信号118以对该波形信号进行该信号补偿。

再者，该些温度感测单元120用以检测该外部环境温度(该物质20的温度)并通知该温度感测电路116该外部环境温度，使得该温度感测电路116产生该温度感测信号118并传送该温度感测信号118至该运算单元108；接着，该运算单元108利用该温度感测信号118对该波形信号进行该信号补偿；亦即，在该信号补偿模式当中，该感测模块104产生该温度感测信号118以对该波形信号进行该信号补偿。上述两种信号补偿可于不同时间分别安排，因此他们不会互相干扰。

换言之，本发明的第二个技术特征是对温度的信号补偿；因为检测该外部环境温度变化会造成该物质20的介电常数变化以及电路板与电路板上的半导体零件的特性变化，所以该感测模块104需要进行温度补偿，使得该外部环境温度变化不会影响该感测模块104的精确。再者，该物质20受温度变化的影响也要反馈给该运算单元108，让该运算单元108可以了解到该物质20的温度而进行介电常数变化的补偿，所以该探棒102上会有该些温度感测单元120。本发明的第二个技术特征将使得阻抗频谱感测器具有另一个感知能力以达到智能化的判断。

请复参考图1。该运算单元108利用一阻抗频谱以判断该物质20的该状态；该阻抗频谱界定有多个状态区；该些状态区的每一个分别具有不同的一输出信号。该运算单元108应用该波形信号的一信号强度与一分布频率于该阻抗频谱以判断该波形信号在该些状态区的一位置，并据此进行一换算以得到该物质20的一物质等效容积以及一物质品质并判断该物质20的该状态。依据该波形信号在该些状态区的该位置，该运算单元108利用该信号输出电路110向外输出该位置的该状态区的该输出信号。该些状态区包含一测量区以及多个变异区；该测量区位于一事先定义中间频率位置；依据多个预设信号强度边界，该些变异区分别分布在该测量区的两侧。以上内容容后详述。

该运算单元108对应该物质等效容积驱动该第一信号输出电路122以输出一第一信号126；该运算单元108对应该物质品质驱动该第二信号输出电路124以输出一第二信号128；该输出信号包含该第一信号126与该第二信号128。而该第一信号126与该第二信号128的信号型式包含下列三种型式：

(1)该第一信号126为一模拟信号且该第二信号128为一模拟信号；亦即，该第一信号126与该第二信号128皆为模拟信号。

(2)该第一信号126为一数字信号且该第二信号128为一数字信号；亦即，该第一信号126与该第二信号128皆为数字信号。

(3)该第一信号126为一模拟信号且该第二信号128为一数字信号，或者是该第一信号126为一数字信号且该第二信号128为一模拟信号；亦即，该第一信号126与该第二信号128的其中之一为一模拟信号，另一个为一数字信号。

请参考图2，其为本发明的物质感测方法的一实施例流程图。本发明的物质感测方法包含下列步骤：

S02：准备一感测装置，其中该感测装置用以测量一物质的一状态且具有一探棒及连接该探棒的一感测模块。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S04。

S04：将该探棒设置于该物质中。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S06。

S06：对该感测装置进行一环境校正。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S08。

S08：利用该感测模块产生一扫频信号并且传送该扫频信号至该探棒以感测该物质的该状态，其中该扫频信号为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S10。

S10：当该扫频信号接触到该物质时，利用该物质的一等效电容产生一反射信号。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S12。

S12：该感测模块对该反射信号运算以产生一波形信号并进行一测量模式以判断该物质的该状态而得到一测量结果并对外输出，其中该测量模式为利用一阻抗频谱判断该物质的该状态，该阻抗频谱界定有多个状态区，该些状态区的每一个分别具有不同的一输出信号。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S14。

S14：该感测模块应用该波形信号的一信号强度与一分布频率于该阻抗频谱以判断该波形信号在该些状态区的一位置，并据此进行一换算以得到该物质的一物质等效容积以及一物质品质并判断该物质的该状态。接着，本发明的物质感测方法进入步骤S16。

S16：依据该波形信号在该些状态区的该位置，该感测模块向外输出该位置的该状态区的该输出信号。

而该些状态区包含一测量区以及多个变异区；该测量区位于一事先定义中间频率位置；依据多个预设信号强度边界，该些变异区分别分布在该测量区的两侧。本发明设定一操作模式并且依据该操作模式驱使该感测装置进行该物质的一物质容积测量或该物质的一物质品质测量，或同时进行该物质的该物质容积测量与该物质的该物质品质测量。该感测模块对该物质容积测量的一结果产生一第一信号以对外输出该第一信号；该感测模块对该物质品质测量的一结果产生一第二信号以对外输出该第二信号；该输出信号包含该第一信号与该第二信号。

请参考图3，其为本发明的物质感测方法的另一实施例流程图。本发明的物质感测方法包含下列步骤：

T02：安装本发明的感测装置。接着，本发明的物质感测方法进入步骤T04。

T04：校正环境参数。接着，本发明的物质感测方法进入步骤T06。

T06：感测物质并运算与判断物质特征。接着，本发明的物质感测方法进入步骤T08或T10。

T08：进行物质的物理性测量容积计算以产生第一信号。接着，本发明的物质感测方法进入步骤T12。

T10：进行物质的品质测量以鉴别不同物质种类以产生第二信号。接着，本发明的物质感测方法进入步骤T12。

T12：操作模式选择。本发明的物质感测方法可以选择单一信号输出，或该第一信号与该第二信号任意组合的多个信号输出；接着，输出电路依操作模式将信号转换成现有模拟或数字通讯接口的信号，其中现有模拟或数字通讯接口为例如但本发明不限定为Wireless HART接口、RS-485接口、4-20mA接口或IO-Link接口等等。

换言之，本发明的第三个技术特征是提供一种判断方法以综合地考量与判断物质的介电常数的变化、温度的变化以及物质的容积的变化，以设计出一个判断公式：Curve(x)＝f(T，ε)+I(T，ε，V)，其中f代表发射频率，I代表反馈信号强度，T代表温度，ε代表物质的介电常数，V代表物质的容积。

请参考图4，其为本发明的阻抗频谱的波形图；请参考图5，其为本发明的该些状态区的示意图；图4包含了7条曲线(即，在7种不同状态下所分别测量到的7个波形信号)，他们为一第一波形信号2001、一第二波形信号2002、一第三波形信号2003、一第四波形信号2004、一第五波形信号2005、一第六波形信号2006及一第七波形信号2007；在图4与图5当中，频率的单位为赫兹，强度的单位则不予限制，可为任意单位。

依照上述公式、图4及图5，阻抗频谱可以区分为五个状态区，包含一个测量区1000以及四个变异区，其中四个变异区包含一第一变异区1001、一第二变异区1002、一第三变异区1003及一第四变异区1004；该测量区1000位于一事先定义中间频率位置；依据多个预设信号强度边界(包含一第一预设信号强度边界3001、一第二预设信号强度边界3002、一第三预设信号强度边界3003及一第四预设信号强度边界3004)，该些变异区(即该第一变异区1001、该第二变异区1002、该第三变异区1003及该第四变异区1004)分别分布在该测量区1000的两侧。

在该测量区1000：温度在预先设定范围；物质介电常数在预先设定范围；物质容积具变化值；发射频率在预先设定范围；反馈信号强度具变化值。在这个模式下，其通常属于事先定义物质的容积的变化的测量区域。

换句话说，该波形信号的该信号强度的一最大值被定义为一强度最大值；当该强度最大值的一频率介于一第一频率与一第二频率时(例如图4所示的该第五波形信号2005、该第六波形信号2006及该第七波形信号2007)，该外部环境温度被判定为在一预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为在一预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为超出一预先设定容积范围，该反射信号的一信号强度被判定为超出一预先设定反射强度范围，其中该第二频率大于该第一频率。

在该第一变异区1001：温度超出预先设定范围；物质介电常数低于预先设定范围；物质容积变化不明显，在一定定义范围内；发射频率高于预先设定范围；反馈信号强度高于预先设定范围。在这个模式下(温度变化且物质变化)，其通常属于容积没有变化，但物质有性质上变化(物质改变为不同物质或物质本身性质变化)的一种区域。

换句话说，当该强度最大值的该频率大于该第二频率且该强度最大值大于一第一强度预设值时(例如图4所示的该第一波形信号2001)，该外部环境温度被判定为超出该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为低于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为超出该预先设定反射强度范围，但该物质的该物质品质被判定为改变。

在该第二变异区1002：温度超出预先设定范围；物质介电常数高于预先设定范围；物质容积变化不明显，在一定定义范围内；发射频率低于预先设定范围；反馈信号强度低于预先设定范围。在这个模式下(温度变化且物质变化)，其通常属于容积没有变化，但物质有性质上变化(物质改变为不同物质或物质本身性质变化)的一种区域。

换句话说，当该强度最大值的该频率小于该第一频率且该强度最大值不大于一第二强度预设值时(例如图4所示的该第三波形信号2003)，该外部环境温度被判定为超出该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为高于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为低于该预先设定反射强度范围，但该物质的该物质品质被判定为改变。

在该第三变异区1003：温度在预先设定范围；物质介电常数高于预先设定范围；物质容积变化不明显，在一定定义范围内；发射频率低于预先设定范围；反馈信号强度在预先设定范围。在这个模式下(物质变化)，其通常属于容积没有变化，但物质有性质上变化(物质改变为不同物质或物质本身性质变化)的一种区域。

换句话说，当该强度最大值的该频率小于该第一频率且该强度最大值大于该第二强度预设值时(例如图4所示的该第四波形信号2004)，该外部环境温度被判定为在该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为高于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为在该预先设定反射强度范围，但该物质的该物质品质被判定为改变。

在该第四变异区1004：温度在预先设定范围；物质介电常数低于预先设定范围；物质容积变化不明显，在一定定义范围内；发射频率在高于预先设定范围；反馈信号强度在预先设定范围。在这个模式下(物质变化)，其通常属于容积没有变化，但物质有性质上变化(物质改变为不同物质或物质本身性质变化)的一种区域。

换句话说，当该强度最大值的该频率大于该第二频率且该强度最大值不大于该第一强度预设值时(例如图4所示的该第二波形信号2002)，该外部环境温度被判定为在该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为低于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为在该预先设定反射强度范围，但该物质的该物质品质被判定为改变。

因此，本发明的第三个技术特征为，藉由上述五个区域的事先定义以综合地判断物质的介电常数的变异、环境的温度的变异以及物质的容积的变异；本发明包含至少一个上述区域的判别。

请参考图6，其为本发明的概念图。本发明可综合地评判相同物料下的信号强度变化、不同物料下的信号频率变化以及环境温度影响的特性偏移。结合上述所言，利用阻抗频谱感测器的扫频原理、静电容/射频导纳型感测器判断强度的方式、连续式感测器的探棒结构以及考虑环境温度影响的补偿电路，本发明提供一种可以测量桶槽内物质容量的多寡，且同时判断物质的品质状况，而不会受到环境温度变化影响的接触式多功型连续式感测装置。

阻抗频谱感测器与静电容/射频导纳感测器的原理均是将安装环境下的物质视为一等效电容值，感测器的探棒检测该等效电容值的变化来进行输出与反应，其变化的大小取决于物质的介电常数的大小，如果物质的介电常数越大，则变化越大，如果物质的介电常数越小，则变化越小。而静电容/射频导纳连续式感测器将探棒接触物质的面积进行计算，以判断桶槽内物质的容量。而物质的品质是否会在测量中变化，是需要另外安装其他感测装置进行检测，使其可以达到监测桶槽内物质的容量与品质的效果。

本发明将阻抗频谱感测器与静电容/射频导纳感测器的原理进行结合；利用可调整频率的信号及接触型连续式探棒的结构设计，本发明感测从物质的反馈信号的频率响应特性以分析信号频率的变化与信号强度，并且进行环境温度造成电路与物质的补偿；本发明判断桶槽内物质的变化、确认物质的品质以及检测物质的温度，并接着显示结果在感测模块的使用者界面或通过接口(例如但本发明不限定为Wireless HART接口、RS-485接口、4-20mA接口或IO-Link接口等等)输出到中控系统。

亦即，本发明利用感测模块以感测反射信号的频率变异与强度变化，藉由事先定义好的物质的电容率与环境温度变化的补偿，利用双重判断模式，本发明通过输出电路及接口(例如但本发明不限定为Wireless HART接口、RS-485接口、4-20mA接口或IO-Link接口等等)输出判断结果，使得信号频率偏移曲率与信号强度变化可被得知，藉此本发明计算出物质高度(即物质容积)与物质品质。再者，本发明也可选择单一模式测量(料位高度)或多工模式测量(物质劣化判断)。

然以上所述者，仅为本发明的较佳实施例，当不能限定本发明实施的范围，即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围意图保护的范畴。本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。综上所述，当知本发明已具有产业利用性、新颖性与进步性，又本发明的构造亦未曾见于同类产品及公开使用，完全符合发明专利申请要件，爰依专利法提出申请。

Claims (12)

1.一种感测装置，其特征在于，用以感测一物质的一介电常数的一变化状态，该装置感测装置包含：

一探棒；及

一感测模块，该感测模块连接该探棒，

其中该感测模块包含：

一物质感测电路；

一运算单元，该运算单元电性连接至该物质感测电路；及

一信号输出电路，该信号输出电路电性连接至该运算单元，

其中该感测模块产生一扫频信号并且传送该扫频信号至该探棒以感测该物质的一状态；该扫频信号为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号；当该扫频信号接触到该物质时，利用该物质的一等效电容产生一反射信号；该物质感测电路接收该反射信号并传递该反射信号至该运算单元；该运算单元对该反射信号运算以产生一波形信号以判断该物质的该状态；

其中该运算单元利用一阻抗频谱以判断该物质的该状态；该阻抗频谱界定有多个状态区；该些状态区的每一个分别具有不同的一输出信号；该运算单元应用该波形信号的一信号强度与一分布频率于该阻抗频谱以判断该波形信号在该些状态区的一位置，并据此进行一换算以得到该物质的一物质等效容积以及一物质品质并判断该物质的该状态；依据该波形信号在该些状态区的该位置，该运算单元利用该信号输出电路向外输出该位置的该状态区的该输出信号；

其中该些状态区包含一测量区、一第一变异区、一第二变异区、一第三变异区及一第四变异区；该测量区位于一事先定义中间频率位置；依据多个预设信号强度边界，该第一变异区、该第二变异区、该第三变异区及该第四变异区分别分布在该测量区的两侧；

其中在该测量区：一外部环境温度被判定为在一预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为在一预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为超出一预先设定容积范围，该反射信号的一信号强度被判定为超出一预先设定反射强度范围；

其中在该第一变异区：该外部环境温度被判定为超出该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为低于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为超出该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变；

其中在该第二变异区：该外部环境温度被判定为超出该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为高于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为低于该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变；

其中在该第三变异区：该外部环境温度被判定为在该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为高于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为在该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变；

其中在该第四变异区：该外部环境温度被判定为在该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为低于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为在该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变。

2.根据权利要求1所述的感测装置，其特征在于，该感测模块更包含：

一温度感测电路，该温度感测电路电性连接至该运算单元，

其中该温度感测电路用以产生一温度感测信号并传送该温度感测信号至该运算单元；该运算单元利用该温度感测信号对该波形信号进行一信号补偿。

3.根据权利要求2所述的感测装置，其特征在于，该温度感测电路用以检测该外部环境温度以产生该温度感测信号。

4.根据权利要求2所述的感测装置，其特征在于，更包含：

多个温度感测单元，该些温度感测单元的每一个分别间隔地设置于该探棒上且分别电性连接至该温度感测电路，

其中该些温度感测单元用以检测该外部环境温度。

5.根据权利要求1所述的感测装置，其特征在于，该信号输出电路包含：

一第一信号输出电路，该第一信号输出电路电性连接至该运算单元；及

一第二信号输出电路，该第二信号输出电路电性连接至该运算单元，

其中该运算单元对应该物质等效容积驱动该第一信号输出电路以输出一第一信号；该运算单元对应该物质品质驱动该第二信号输出电路以输出一第二信号；该输出信号包含该第一信号与该第二信号。

6.根据权利要求5所述的感测装置，其特征在于，该第一信号为一模拟信号且该第二信号为一模拟信号。

7.根据权利要求5所述的感测装置，其特征在于，该第一信号为一数字信号且该第二信号为一数字信号。

8.根据权利要求5所述的感测装置，其特征在于，该第一信号为一模拟信号且该第二信号为一数字信号，或者是该第一信号为一数字信号且该第二信号为一模拟信号。

9.根据权利要求6所述的感测装置，其特征在于，在一信号补偿模式当中，该感测模块产生一温度感测信号以对该波形信号进行一信号补偿。

10.一种物质感测方法，其特征在于，包含：

准备一感测装置，其中该感测装置用以测量一物质的一状态且具有一探棒及连接该探棒的一感测模块；

将该探棒设置于该物质中；

对该感测装置进行一环境校正；

利用该感测模块产生一扫频信号并且传送该扫频信号至该探棒以感测该物质的该状态，其中该扫频信号为在一预设频率范围内彼此相异频率的多个信号；

当该扫频信号接触到该物质时，利用该物质的一等效电容产生一反射信号；

该感测模块对该反射信号运算以产生一波形信号并进行一测量模式以判断该物质的该状态而得到一测量结果并对外输出，其中该测量模式为利用一阻抗频谱判断该物质的该状态，该阻抗频谱界定有多个状态区，该些状态区的每一个分别具有不同的一输出信号；

该感测模块应用该波形信号的一信号强度与一分布频率于该阻抗频谱以判断该波形信号在该些状态区的一位置，并据此进行一换算以得到该物质的一物质等效容积以及一物质品质并判断该物质的该状态；及

依据该波形信号在该些状态区的该位置，该感测模块向外输出该位置的该状态区的该输出信号；

其中该些状态区包含一测量区、一第一变异区、一第二变异区、一第三变异区及一第四变异区；该测量区位于一事先定义中间频率位置；依据多个预设信号强度边界，该第一变异区、该第二变异区、该第三变异区及该第四变异区分别分布在该测量区的两侧；

其中在该测量区：一外部环境温度被判定为在一预先设定温度范围，该物质的一介电常数被判定为在一预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为超出一预先设定容积范围，该反射信号的一信号强度被判定为超出一预先设定反射强度范围；

其中在该第一变异区：该外部环境温度被判定为超出该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为低于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为超出该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变；

其中在该第二变异区：该外部环境温度被判定为超出该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为高于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为低于该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变；

其中在该第三变异区：该外部环境温度被判定为在该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为高于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为在该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变；

其中在该第四变异区：该外部环境温度被判定为在该预先设定温度范围，该物质的该介电常数被判定为低于该预先设定介电常数范围，该物质的该物质等效容积被判定为在该预先设定容积范围，该反射信号的该信号强度被判定为在该预先设定反射强度范围，该物质的该物质品质被判定为改变。

11.根据权利要求10所述的物质感测方法，其特征在于，更包含：

设定一操作模式并且依据该操作模式驱使该感测装置进行该物质的一物质容积测量或该物质的一物质品质测量，或同时进行该物质的该物质容积测量与该物质的该物质品质测量。

12.根据权利要求10所述的物质感测方法，其特征在于，该感测模块对该物质容积测量的一结果产生一第一信号以对外输出该第一信号；该感测模块对该物质品质测量的一结果产生一第二信号以对外输出该第二信号；该输出信号包含该第一信号与该第二信号。