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
技術領域：
本發(fā)明屬于光電檢測技術領域，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：
目前常規(guī)的理化成份分析具有較高的準確度和可靠性，可以對黃酒生產(chǎn)過程中的各種主要成分進行分析，但其黃酒樣品的預處理、檢測的耗時性和對樣品破壞性，操作繁瑣、復雜，所得到的分析結果時效性差。近些年來，近紅外光譜分析技術在品質分析方面以其快速、穩(wěn)定、準確、節(jié)能環(huán)保(無需任何試劑)和低成本等特點，在替代常規(guī)理化分析方面發(fā)展快速，近紅外技術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)被列為標準的檢測方法。近紅外光譜技術是一種基于化合物中功能團和極性鍵振動的結構分析技術，以其快速、無損、簡便、精確等優(yōu)點，已廣泛應用于食品、石油、化工、醫(yī)藥等多個領域。近年來，近紅外光譜分析技術結合化學計量學方法在白酒、啤酒、葡萄酒等酒類品質檢測中的應用較活躍，并在白酒、葡萄酒等發(fā)酵過程中品質的在線監(jiān)控得到了實際應用。目前國家黃酒檢測標準規(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，其重復條件下的兩次獨立測定結果的絕對差值不超過算術平均值的5%。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有理化檢測技術的不足，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準的檢測精度要求，同時實現(xiàn)了黃酒主要成分多組分同時快速無損檢測，單個黃酒樣品平均檢測時間約為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方案來實現(xiàn)的
一種快速無損檢測黃酒成分含量的裝置包括光學系統(tǒng)、光電信號采集系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)。所述的光學系統(tǒng)包括光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、調制盤、直流無刷電機、濾光片輪、干涉濾光片、步進電機、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直；由直流無刷電機帶動的調制盤對準直光進行光強調制，調制光經(jīng)過干涉濾光片后變?yōu)閱紊猓龅母缮鏋V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干涉濾光片，步進電機帶動濾光片輪轉動。單色光再經(jīng)過第三透鏡到達入射光光纖接頭，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置； 所述的調制光頻率范圍為400Hz 1000HZ ； 所述的單色光帶寬為IOnm 20nm ； 所述的調制盤為機械式斬光器件；
所述的光纖探頭前端的探測區(qū)呈內凹型，探測區(qū)內設置有第四透鏡、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邊緣固定，第四透鏡另一個邊緣固定在凹口內側壁的中部，所述的反光鏡設置在探測區(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轉換器；光學系統(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、 直流無刷電機驅動器和步進電機驅動器。本發(fā)明的相對于現(xiàn)有技術具有以下有益效果本發(fā)明實現(xiàn)黃酒中酒精、糖分和酸度等常規(guī)檢測項目的無損檢測，比常規(guī)黃酒成分理化檢驗更為快捷、環(huán)保、無需進行樣品預處理，檢測結果重復性好，檢測費用低。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖； 圖2為本發(fā)明的工作原理圖3為調制盤三視圖； 圖4為濾光片輪結構示意圖； 圖5為光纖探頭工作原理示意圖； 圖6為多模型預測模式示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。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為整個裝置提供工作電源。光學系統(tǒng)包括光源1、第一透鏡2、光闌3、第二透鏡4、調制盤5、直流無刷電機6、 濾光片輪7、干涉濾光片8、步進電機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直；由直流無刷電機帶動的調制盤對準直光進行光強調制，調制光經(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，步進電機帶動濾光片輪轉動。單色光再經(jīng)過第三透鏡到達入射光光纖接頭，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置；調制光頻率范圍為 400Hz 1000HZ ；單色光帶寬為IOnm 20nm ；
如圖3所示，本實施例中的機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，直流無刷電機帶動帶動機械式斬光器件轉動，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)呈內凹型，探測區(qū)內設置有第四透鏡沈、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另一個邊緣固定在凹口內側壁的中部，反光鏡25設置在探測區(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轉換器16 ；光學系統(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 轉換器轉換為數(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、直流無刷電機及步進電機驅動器17。數(shù)字信號處理器DSP對數(shù)字信號進行處理，計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，由計算機相計算出黃酒成分含量。數(shù)字信號處理器DSP對數(shù)字信號進行處理，計算出有效調制信號的平均功率，以平均功率作為吸光度計算的主要依據(jù)。例先計算出標準透射光電信號平均功率(P。)，然后計算出黃酒透射光電信號平均功率(P)，通過透射計算公式A=log(P。/P)計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(Near-infrared Spectrum ^Technology)對黃酒主要成分進行分析。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，也是整個近紅外光譜分析技術的硬件基礎；黃酒樣品檢測模型基于大量樣品數(shù)據(jù)，是黃酒樣品化學組成成分數(shù)據(jù)與黃酒樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)之間的某種內在聯(lián)系。 在模型建立完畢后，模型還需要不斷的維護和升級，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)透鏡準直后，斬光器件對準直平行光進行光強調制，再經(jīng)由干涉濾光片、濾光片輪和步進電機構成的分光裝置分光，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轉換器轉換為數(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時顯示。該裝置還可以通過裝置自帶的USB2. 0接口和計算機互聯(lián)，由計算機對光譜數(shù)據(jù)進行管理和維護。本發(fā)明中建立了黃酒近紅外光譜庫，在選擇定標樣品時主要考慮的是奇異點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，并綜合研究應用了黃酒各組分的自然特性，分別建立了多個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多個的模型進行含量計算。利用本裝置進行檢測的過程為 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系統(tǒng)包括光源、第一透鏡、光闌、第二透鏡、調制盤、直流無刷電機、濾光片輪、干涉濾光片、步進電機、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直；由直流無刷電機帶動的調制盤對準直光進行光強調制，調制光經(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干涉濾光片，步進電機帶動濾光片輪轉動；單色光再經(jīng)過第三透鏡到達入射光光纖接頭，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轉換器；光學系統(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、直流無刷電機驅動器和步進電機驅動器。
2.根據(jù)權利要求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)呈內凹型，探測區(qū)內設置有第四透鏡、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邊緣固定，第四透鏡另一個邊緣固定在凹口內側壁的中部，所述的反光鏡設置在探測區(qū)的凹口底部。
3.根據(jù)權利要求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制光頻率范圍為400Hz 1000HZ。
4.根據(jù)權利要求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制盤為機械式斬光器件。
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?，F(xiàn)有的檢測方法比較耗時且會對樣品造成破壞，操作繁瑣、復雜。本發(fā)明中的光源發(fā)出的光經(jīng)透鏡準直后，調制盤對準直平行光進行光強調制，再經(jīng)由干涉濾光片、濾光片輪和步進電機構成的分光裝置分光，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，被轉換器轉換為數(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)明實現(xiàn)黃酒中酒精、糖分和酸度等常規(guī)檢測項目的無損檢測，比常規(guī)黃酒成分理化檢驗更為快捷、環(huán)保、無需進行樣品預處理，檢測結果重復性好，檢測費用低。
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)先權日2011年1月5日
發(fā)明者劉輝軍, 劉鐵兵, 呂進, 施秧, 李博斌 申請人:浙江科技學院, 紹興市質量技術監(jiān)督檢測院