專利名稱：一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種黃酒主要成分(酒精、糖分和酸度等)含量無損快速檢測的裝置。
背景技術(shù)：
目前常規(guī)的理化成份分析具有較高的準(zhǔn)確度和可靠性，可以對黃酒生產(chǎn)過程中的各種主要成分進(jìn)行分析，但其黃酒樣品的預(yù)處理、檢測的耗時(shí)性和對樣品破壞性，操作繁瑣、復(fù)雜，所得到的分析結(jié)果時(shí)效性差。近些年來，近紅外光譜分析技術(shù)在品質(zhì)分析方面以其快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確、節(jié)能環(huán)保(無需任何試劑)和低成本等特點(diǎn)，在替代常規(guī)理化分析方面發(fā)展快速，近紅外技術(shù)已用于各種食品和農(nóng)產(chǎn)品的成分分析，在日本、美國及歐洲國家部分農(nóng)產(chǎn)品的近紅外檢測方法已經(jīng)被列為標(biāo)準(zhǔn)的檢測方法。近紅外光譜技術(shù)是一種基于化合物中功能團(tuán)和極性鍵振動的結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，以其快速、無損、簡便、精確等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、石油、化工、醫(yī)藥等多個(gè)領(lǐng)域。近年來，近紅外光譜分析技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法在白酒、啤酒、葡萄酒等酒類品質(zhì)檢測中的應(yīng)用較活躍，并在白酒、葡萄酒等發(fā)酵過程中品質(zhì)的在線監(jiān)控得到了實(shí)際應(yīng)用。目前國家黃酒檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其主要成分酒精、糖分和酸度的檢測方式均為理化檢測方法，其重復(fù)條件下的兩次獨(dú)立測定結(jié)果的絕對差值不超過算術(shù)平均值的5%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有理化檢測技術(shù)的不足，提供一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置。本發(fā)明裝置檢測精度可以滿足黃酒國家標(biāo)準(zhǔn)的檢測精度要求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了黃酒主要成分多組分同時(shí)快速無損檢測，單個(gè)黃酒樣品平均檢測時(shí)間約為45秒，大大提高了黃酒檢測效率。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、光電信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)。所述的光學(xué)系統(tǒng)包括光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、調(diào)制盤、直流無刷電機(jī)、濾光片輪、干涉濾光片、步進(jìn)電機(jī)、第三透鏡、入射光光纖接頭、出射光光纖接頭、入射光纖、出射光纖、光纖探頭和近紅外探測器。光源發(fā)出的光依次經(jīng)第一透鏡、光闌和第二透鏡后準(zhǔn)直；由直流無刷電機(jī)帶動的調(diào)制盤對準(zhǔn)直光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，調(diào)制光經(jīng)過干涉濾光片后變?yōu)閱紊?，所述的干涉濾光片裝在濾光片輪上，濾光片輪沿圓周方向均勻分布有多個(gè)干涉濾光片，步進(jìn)電機(jī)帶動濾光片輪轉(zhuǎn)動。單色光再經(jīng)過第三透鏡到達(dá)入射光光纖接頭，入射光光纖的一端與入射光光纖接頭連接，另一端與光纖探頭的輸入端連接，光纖探頭的輸出端與出射光光纖的一端連接，出射光光纖的另一端與出射光光纖接頭連接，由出射光光纖接頭出射的探測光輸入至近紅外探測器；
所述的光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、干涉濾光片和第三透鏡同軸設(shè)置； 所述的調(diào)制光頻率范圍為400Hz 1000HZ ； 所述的單色光帶寬為IOnm 20nm ； 所述的調(diào)制盤為機(jī)械式斬光器件；
所述的光纖探頭前端的探測區(qū)呈內(nèi)凹型，探測區(qū)內(nèi)設(shè)置有第四透鏡、反光鏡和支撐臂， 所述的支撐臂一端與探測區(qū)的凹口頂部固定連接、另一端與第四透鏡一個(gè)邊緣固定，第四透鏡另一個(gè)邊緣固定在凹口內(nèi)側(cè)壁的中部，所述的反光鏡設(shè)置在探測區(qū)的凹口底部。所述的光電信號采集系統(tǒng)包括儀表放大器、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器；光學(xué)系統(tǒng)中近紅外探測器的輸出端與儀表放大器的輸入端連接，儀表放大器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；
所述的信號處理系統(tǒng)為數(shù)字信號處理器，光電信號采集系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號處理器輸入端連接，數(shù)字信號處理器還可以外接有USB2. 0通信接口、顯示模塊、 直流無刷電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。本發(fā)明的相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果本發(fā)明實(shí)現(xiàn)黃酒中酒精、糖分和酸度等常規(guī)檢測項(xiàng)目的無損檢測，比常規(guī)黃酒成分理化檢驗(yàn)更為快捷、環(huán)保、無需進(jìn)行樣品預(yù)處理，檢測結(jié)果重復(fù)性好，檢測費(fèi)用低。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的工作原理圖3為調(diào)制盤三視圖； 圖4為濾光片輪結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為光纖探頭工作原理示意圖； 圖6為多模型預(yù)測模式示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、光電信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，電源21為整個(gè)裝置提供工作電源。光學(xué)系統(tǒng)包括光源1、第一透鏡2、光闌3、第二透鏡4、調(diào)制盤5、直流無刷電機(jī)6、 濾光片輪7、干涉濾光片8、步進(jìn)電機(jī)9、第三透鏡11、入射光光纖接頭10、出射光光纖接頭 12、入射光纖22、出射光纖23、光纖探頭M和近紅外探測器13。光源發(fā)出的光依次經(jīng)第一透鏡、光闌和第二透鏡后準(zhǔn)直；由直流無刷電機(jī)帶動的調(diào)制盤對準(zhǔn)直光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，調(diào)制光經(jīng)過干涉濾光片后變?yōu)閱紊?，干涉濾光片裝在濾光片輪上，濾光片輪沿圓周方向均勻分布有多個(gè)干涉濾光片(如圖4所示)，濾光片裝在濾光片安裝孔30中，步進(jìn)電機(jī)帶動濾光片輪轉(zhuǎn)動。單色光再經(jīng)過第三透鏡到達(dá)入射光光纖接頭，入射光光纖的一端與入射光光纖接頭連接，另一端與光纖探頭的輸入端連接，光纖探頭的輸出端與出射光光纖的一端連接，出射光光纖的另一端與出射光光纖接頭連接，由出射光光纖接頭出射的探測光輸入至近紅外探測器；
光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、干涉濾光片和第三透鏡同軸設(shè)置；調(diào)制光頻率范圍為 400Hz 1000HZ ；單色光帶寬為IOnm 20nm ；
如圖3所示，本實(shí)施例中的機(jī)械式斬光器件由一圓柱體上通過銑三道透光槽而成，三道透光槽等角度分布，直流無刷電機(jī)帶動帶動機(jī)械式斬光器件轉(zhuǎn)動，光束四從透光槽中穿過。如圖5所示，光纖探頭前端的探測區(qū)呈內(nèi)凹型，探測區(qū)內(nèi)設(shè)置有第四透鏡沈、反光鏡25和支撐臂，支撐臂一端與探測區(qū)的凹口頂部固定連接、另一端與第四透鏡沈一個(gè)邊緣固定，支撐臂的高度與第四透鏡第四透鏡的焦距f等值，第四透鏡26另一個(gè)邊緣固定在凹口內(nèi)側(cè)壁的中部，反光鏡25設(shè)置在探測區(qū)的凹口底部。光纖探頭的光纖出射端面和入射端面在同一平面，并對稱居于第四透鏡的焦平面處，反光鏡同樣居于另外一側(cè)的凸透鏡的焦平面處，兩光纖的出射端面和入射端面的直線距離L=2Xtg(光纖最大出射角/2) X焦距f， 光束在光纖出射角觀范圍內(nèi)入射至第四透鏡沈，經(jīng)由反光鏡25再次反射至第四透鏡26， 而后在光纖入射角27范圍內(nèi)入射。光電信號采集系統(tǒng)包括儀表放大器14、低通濾波器15和A/D轉(zhuǎn)換器16 ；光學(xué)系統(tǒng)中近紅外探測器的輸出端與儀表放大器的輸入端連接，儀表放大器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接.探測器輸出的微弱光電信號由儀表放大器放大，再經(jīng)低通濾波器降噪處理，最后由M位高精度Delta-Sigma A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。信號處理系統(tǒng)為數(shù)字信號處理器18，光電信號采集系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號處理器輸入端連接，數(shù)字信號處理器還可以外接有USB2. 0通信接口 19、顯示模塊 20、直流無刷電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器17。數(shù)字信號處理器DSP對數(shù)字信號進(jìn)行處理，計(jì)算得出黃酒成分含量。此外還可以將數(shù)據(jù)通過USB2. 0通信接口直接送給上位機(jī)，由計(jì)算機(jī)相計(jì)算出黃酒成分含量。數(shù)字信號處理器DSP對數(shù)字信號進(jìn)行處理，計(jì)算出有效調(diào)制信號的平均功率，以平均功率作為吸光度計(jì)算的主要依據(jù)。例先計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)透射光電信號平均功率(P。)，然后計(jì)算出黃酒透射光電信號平均功率(P)，通過透射計(jì)算公式A=log(P。/P)計(jì)算出黃酒樣品漫反射吸光度值。本發(fā)明利用近紅外光譜分析技術(shù)(Near-infrared Spectrum ^Technology)對黃酒主要成分進(jìn)行分析。此快速無損檢測黃酒成分含量的裝置提供高測量精度光譜，是被測樣品信息的載體，也是整個(gè)近紅外光譜分析技術(shù)的硬件基礎(chǔ)；黃酒樣品檢測模型基于大量樣品數(shù)據(jù)，是黃酒樣品化學(xué)組成成分?jǐn)?shù)據(jù)與黃酒樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)之間的某種內(nèi)在聯(lián)系。 在模型建立完畢后，模型還需要不斷的維護(hù)和升級，從而更好的完成樣品定性和定量的檢測。如圖2所示，本發(fā)明快速無損檢測黃酒成分含量的裝置的工作原理是，溴鎢燈光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后，斬光器件對準(zhǔn)直平行光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，再經(jīng)由干涉濾光片、濾光片輪和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的分光裝置分光，然后帶寬為IOnm 20nm的單色光入射浸入式光纖探頭然后出射到InGaAs探測器，探測器輸出的微弱光電信號經(jīng)儀表放大器放大和低通濾波后，被M位高精度Delta-Sigma A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，此數(shù)字信號再傳遞給DSP 數(shù)字信號處理器，最后由數(shù)字處理器計(jì)算出透射吸光度值，然后輸入黃酒成分含量分析模型得出黃酒樣品中酒精、糖分和酸度含量，并在液晶顯示器上實(shí)時(shí)顯示。該裝置還可以通過裝置自帶的USB2. 0接口和計(jì)算機(jī)互聯(lián)，由計(jì)算機(jī)對光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)。本發(fā)明中建立了黃酒近紅外光譜庫，在選擇定標(biāo)樣品時(shí)主要考慮的是奇異點(diǎn)的剔除和代表性樣品的選擇，主要采用了聚類方法和K-S方法，并綜合研究應(yīng)用了黃酒各組分的自然特性，分別建立了多個(gè)組分若干的近紅外光譜模型，探測得到的光譜可以智能選擇相應(yīng)多個(gè)的模型進(jìn)行含量計(jì)算。利用本裝置進(jìn)行檢測的過程為 1.室溫條件下建立分析模型。1)利用黃酒全波段(IlOOnm 2500nm)近紅外光譜，根據(jù)光譜特性及遺傳算法等特征波長選擇方法，對黃酒四種常規(guī)成分的近紅外特征波長進(jìn)行了提取。2)利用多元線性回歸建立黃酒中四種常規(guī)成分的模型。模型以所選近紅外特征波長處的吸光度為光譜參數(shù)，模型形式為
不同檢測模型輸出成分含量矩陣，
權(quán)利要求
1.一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置，包括光學(xué)系統(tǒng)、光電信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，其特征在于所述的光學(xué)系統(tǒng)包括光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、調(diào)制盤、直流無刷電機(jī)、濾光片輪、干涉濾光片、步進(jìn)電機(jī)、第三透鏡、入射光光纖接頭、出射光光纖接頭、入射光纖、出射光纖、光纖探頭和近紅外探測器；光源發(fā)出的光依次經(jīng)第一透鏡、光闌和第二透鏡后準(zhǔn)直；由直流無刷電機(jī)帶動的調(diào)制盤對準(zhǔn)直光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，調(diào)制光經(jīng)過干涉濾光片后變?yōu)閱紊?，所述的干涉濾光片裝在濾光片輪上，濾光片輪沿圓周方向均勻分布有多個(gè)干涉濾光片，步進(jìn)電機(jī)帶動濾光片輪轉(zhuǎn)動；單色光再經(jīng)過第三透鏡到達(dá)入射光光纖接頭，入射光光纖的一端與入射光光纖接頭連接，另一端與光纖探頭的輸入端連接，光纖探頭的輸出端與出射光光纖的一端連接，出射光光纖的另一端與出射光光纖接頭連接，由出射光光纖接頭出射的探測光輸入至近紅外探測器；所述的光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、干涉濾光片和第三透鏡同軸設(shè)置；所述的光電信號采集系統(tǒng)包括儀表放大器、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器；光學(xué)系統(tǒng)中近紅外探測器的輸出端與儀表放大器的輸入端連接，儀表放大器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；所述的信號處理系統(tǒng)為數(shù)字信號處理器，光電信號采集系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號處理器輸入端連接，數(shù)字信號處理器外接有USB2. 0通信接口、顯示模塊、直流無刷電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置，其特征在于所述的光纖探頭前端的探測區(qū)呈內(nèi)凹型，探測區(qū)內(nèi)設(shè)置有第四透鏡、反光鏡和支撐臂，所述的支撐臂一端與探測區(qū)的凹口頂部固定連接、另一端與第四透鏡一個(gè)邊緣固定，第四透鏡另一個(gè)邊緣固定在凹口內(nèi)側(cè)壁的中部，所述的反光鏡設(shè)置在探測區(qū)的凹口底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置，其特征在于所述的調(diào)制光頻率范圍為400Hz 1000HZ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置，其特征在于所述的單色光帶寬為IOnm 20nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置，其特征在于所述的調(diào)制盤為機(jī)械式斬光器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置。現(xiàn)有的檢測方法比較耗時(shí)且會對樣品造成破壞，操作繁瑣、復(fù)雜。本發(fā)明中的光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡準(zhǔn)直后，調(diào)制盤對準(zhǔn)直平行光進(jìn)行光強(qiáng)調(diào)制，再經(jīng)由干涉濾光片、濾光片輪和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的分光裝置分光，然后帶寬為10nm～20nm的單色光入射浸入式光纖探頭然后出射到探測器，探測器輸出的微弱光電信號經(jīng)儀表放大器放大和低通濾波后，被轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，此數(shù)字信號再傳遞給數(shù)字信號處理器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)黃酒中酒精、糖分和酸度等常規(guī)檢測項(xiàng)目的無損檢測，比常規(guī)黃酒成分理化檢驗(yàn)更為快捷、環(huán)保、無需進(jìn)行樣品預(yù)處理，檢測結(jié)果重復(fù)性好，檢測費(fèi)用低。
文檔編號G01N21/35GK102175638SQ201110001089
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者劉輝軍, 劉鐵兵, 呂進(jìn), 施秧, 李博斌 申請人:浙江科技學(xué)院, 紹興市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院