专利名称：一种快速无损检测黄酒成分含量的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光电检测技术领域，特别涉及一种黄酒主要成分(酒精、糖分和酸度等)含量无损快速检测的装置。
背景技术：
目前常规的理化成份分析具有较高的准确度和可靠性，可以对黄酒生产过程中的各种主要成分进行分析，但其黄酒样品的预处理、检测的耗时性和对样品破坏性，操作繁琐、复杂，所得到的分析结果时效性差。近些年来，近红外光谱分析技术在品质分析方面以其快速、稳定、准确、节能环保(无需任何试剂)和低成本等特点，在替代常规理化分析方面发展快速，近红外技术已用于各种食品和农产品的成分分析，在日本、美国及欧洲国家部分农产品的近红外检测方法已经被列为标准的检测方法。近红外光谱技术是一种基于化合物中功能团和极性键振动的结构分析技术，以其快速、无损、简便、精确等优点，已广泛应用于食品、石油、化工、医药等多个领域。近年来，近红外光谱分析技术结合化学计量学方法在白酒、啤酒、葡萄酒等酒类品质检测中的应用较活跃，并在白酒、葡萄酒等发酵过程中品质的在线监控得到了实际应用。目前国家黄酒检测标准规定，其主要成分酒精、糖分和酸度的检测方式均为理化检测方法，其重复条件下的两次独立测定结果的绝对差值不超过算术平均值的5%。

发明内容
本发明的目的在于针对现有理化检测技术的不足，提供一种快速无损检测黄酒成分含量的装置。本发明装置检测精度可以满足黄酒国家标准的检测精度要求，同时实现了黄酒主要成分多组分同时快速无损检测，单个黄酒样品平均检测时间约为45秒，大大提高了黄酒检测效率。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的
一种快速无损检测黄酒成分含量的装置包括光学系统、光电信号采集系统、信号处理系统。所述的光学系统包括光源、第一透镜、光阑、第二透镜、调制盘、直流无刷电机、滤光片轮、干涉滤光片、步进电机、第三透镜、入射光光纤接头、出射光光纤接头、入射光纤、出射光纤、光纤探头和近红外探测器。光源发出的光依次经第一透镜、光阑和第二透镜后准直；由直流无刷电机带动的调制盘对准直光进行光强调制，调制光经过干涉滤光片后变为单色光，所述的干涉滤光片装在滤光片轮上，滤光片轮沿圆周方向均勻分布有多个干涉滤光片，步进电机带动滤光片轮转动。单色光再经过第三透镜到达入射光光纤接头，入射光光纤的一端与入射光光纤接头连接，另一端与光纤探头的输入端连接，光纤探头的输出端与出射光光纤的一端连接，出射光光纤的另一端与出射光光纤接头连接，由出射光光纤接头出射的探测光输入至近红外探测器；
所述的光源、第一透镜、光阑、第二透镜、干涉滤光片和第三透镜同轴设置； 所述的调制光频率范围为400Hz 1000HZ ； 所述的单色光带宽为IOnm 20nm ； 所述的调制盘为机械式斩光器件；
所述的光纤探头前端的探测区呈内凹型，探测区内设置有第四透镜、反光镜和支撑臂， 所述的支撑臂一端与探测区的凹口顶部固定连接、另一端与第四透镜一个边缘固定，第四透镜另一个边缘固定在凹口内侧壁的中部，所述的反光镜设置在探测区的凹口底部。所述的光电信号采集系统包括仪表放大器、低通滤波器和A/D转换器；光学系统中近红外探测器的输出端与仪表放大器的输入端连接，仪表放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；
所述的信号处理系统为数字信号处理器，光电信号采集系统中A/D转换器的输出端与数字信号处理器输入端连接，数字信号处理器还可以外接有USB2. 0通信接口、显示模块、 直流无刷电机驱动器和步进电机驱动器。本发明的相对于现有技术具有以下有益效果本发明实现黄酒中酒精、糖分和酸度等常规检测项目的无损检测，比常规黄酒成分理化检验更为快捷、环保、无需进行样品预处理，检测结果重复性好，检测费用低。


图1为本发明的结构示意图； 图2为本发明的工作原理图3为调制盘三视图； 图4为滤光片轮结构示意图； 图5为光纤探头工作原理示意图； 图6为多模型预测模式示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步说明。如图1所示，一种快速无损检测黄酒成分含量的装置包括光学系统、光电信号采集系统、信号处理系统，电源21为整个装置提供工作电源。光学系统包括光源1、第一透镜2、光阑3、第二透镜4、调制盘5、直流无刷电机6、 滤光片轮7、干涉滤光片8、步进电机9、第三透镜11、入射光光纤接头10、出射光光纤接头 12、入射光纤22、出射光纤23、光纤探头M和近红外探测器13。光源发出的光依次经第一透镜、光阑和第二透镜后准直；由直流无刷电机带动的调制盘对准直光进行光强调制，调制光经过干涉滤光片后变为单色光，干涉滤光片装在滤光片轮上，滤光片轮沿圆周方向均勻分布有多个干涉滤光片(如图4所示)，滤光片装在滤光片安装孔30中，步进电机带动滤光片轮转动。单色光再经过第三透镜到达入射光光纤接头，入射光光纤的一端与入射光光纤接头连接，另一端与光纤探头的输入端连接，光纤探头的输出端与出射光光纤的一端连接，出射光光纤的另一端与出射光光纤接头连接，由出射光光纤接头出射的探测光输入至近红外探测器；
光源、第一透镜、光阑、第二透镜、干涉滤光片和第三透镜同轴设置；调制光频率范围为 400Hz 1000HZ ；单色光带宽为IOnm 20nm ；
如图3所示，本实施例中的机械式斩光器件由一圆柱体上通过铣三道透光槽而成，三道透光槽等角度分布，直流无刷电机带动带动机械式斩光器件转动，光束四从透光槽中穿过。如图5所示，光纤探头前端的探测区呈内凹型，探测区内设置有第四透镜沈、反光镜25和支撑臂，支撑臂一端与探测区的凹口顶部固定连接、另一端与第四透镜沈一个边缘固定，支撑臂的高度与第四透镜第四透镜的焦距f等值，第四透镜26另一个边缘固定在凹口内侧壁的中部，反光镜25设置在探测区的凹口底部。光纤探头的光纤出射端面和入射端面在同一平面，并对称居于第四透镜的焦平面处，反光镜同样居于另外一侧的凸透镜的焦平面处，两光纤的出射端面和入射端面的直线距离L=2Xtg(光纤最大出射角/2) X焦距f， 光束在光纤出射角观范围内入射至第四透镜沈，经由反光镜25再次反射至第四透镜26， 而后在光纤入射角27范围内入射。光电信号采集系统包括仪表放大器14、低通滤波器15和A/D转换器16 ；光学系统中近红外探测器的输出端与仪表放大器的输入端连接，仪表放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接.探测器输出的微弱光电信号由仪表放大器放大，再经低通滤波器降噪处理，最后由M位高精度Delta-Sigma A/D 转换器转换为数字信号。信号处理系统为数字信号处理器18，光电信号采集系统中A/D转换器的输出端与数字信号处理器输入端连接，数字信号处理器还可以外接有USB2. 0通信接口 19、显示模块 20、直流无刷电机及步进电机驱动器17。数字信号处理器DSP对数字信号进行处理，计算得出黄酒成分含量。此外还可以将数据通过USB2. 0通信接口直接送给上位机，由计算机相计算出黄酒成分含量。数字信号处理器DSP对数字信号进行处理，计算出有效调制信号的平均功率，以平均功率作为吸光度计算的主要依据。例先计算出标准透射光电信号平均功率(P。)，然后计算出黄酒透射光电信号平均功率(P)，通过透射计算公式A=log(P。/P)计算出黄酒样品漫反射吸光度值。本发明利用近红外光谱分析技术(Near-infrared Spectrum ^Technology)对黄酒主要成分进行分析。此快速无损检测黄酒成分含量的装置提供高测量精度光谱，是被测样品信息的载体，也是整个近红外光谱分析技术的硬件基础；黄酒样品检测模型基于大量样品数据，是黄酒样品化学组成成分数据与黄酒样品近红外光谱数据之间的某种内在联系。 在模型建立完毕后，模型还需要不断的维护和升级，从而更好的完成样品定性和定量的检测。如图2所示，本发明快速无损检测黄酒成分含量的装置的工作原理是，溴钨灯光源发出的光经透镜准直后，斩光器件对准直平行光进行光强调制，再经由干涉滤光片、滤光片轮和步进电机构成的分光装置分光，然后带宽为IOnm 20nm的单色光入射浸入式光纤探头然后出射到InGaAs探测器，探测器输出的微弱光电信号经仪表放大器放大和低通滤波后，被M位高精度Delta-Sigma A/D转换器转换为数字信号，此数字信号再传递给DSP 数字信号处理器，最后由数字处理器计算出透射吸光度值，然后输入黄酒成分含量分析模型得出黄酒样品中酒精、糖分和酸度含量，并在液晶显示器上实时显示。该装置还可以通过装置自带的USB2. 0接口和计算机互联，由计算机对光谱数据进行管理和维护。本发明中建立了黄酒近红外光谱库，在选择定标样品时主要考虑的是奇异点的剔除和代表性样品的选择，主要采用了聚类方法和K-S方法，并综合研究应用了黄酒各组分的自然特性，分别建立了多个组分若干的近红外光谱模型，探测得到的光谱可以智能选择相应多个的模型进行含量计算。利用本装置进行检测的过程为 1.室温条件下建立分析模型。1)利用黄酒全波段(IlOOnm 2500nm)近红外光谱，根据光谱特性及遗传算法等特征波长选择方法，对黄酒四种常规成分的近红外特征波长进行了提取。2)利用多元线性回归建立黄酒中四种常规成分的模型。模型以所选近红外特征波长处的吸光度为光谱参数，模型形式为
不同检测模型输出成分含量矩阵，
权利要求
1.一种快速无损检测黄酒成分含量的装置，包括光学系统、光电信号采集系统、信号处理系统，其特征在于所述的光学系统包括光源、第一透镜、光阑、第二透镜、调制盘、直流无刷电机、滤光片轮、干涉滤光片、步进电机、第三透镜、入射光光纤接头、出射光光纤接头、入射光纤、出射光纤、光纤探头和近红外探测器；光源发出的光依次经第一透镜、光阑和第二透镜后准直；由直流无刷电机带动的调制盘对准直光进行光强调制，调制光经过干涉滤光片后变为单色光，所述的干涉滤光片装在滤光片轮上，滤光片轮沿圆周方向均勻分布有多个干涉滤光片，步进电机带动滤光片轮转动；单色光再经过第三透镜到达入射光光纤接头，入射光光纤的一端与入射光光纤接头连接，另一端与光纤探头的输入端连接，光纤探头的输出端与出射光光纤的一端连接，出射光光纤的另一端与出射光光纤接头连接，由出射光光纤接头出射的探测光输入至近红外探测器；所述的光源、第一透镜、光阑、第二透镜、干涉滤光片和第三透镜同轴设置；所述的光电信号采集系统包括仪表放大器、低通滤波器和A/D转换器；光学系统中近红外探测器的输出端与仪表放大器的输入端连接，仪表放大器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；所述的信号处理系统为数字信号处理器，光电信号采集系统中A/D转换器的输出端与数字信号处理器输入端连接，数字信号处理器外接有USB2. 0通信接口、显示模块、直流无刷电机驱动器和步进电机驱动器。
2.根据权利要求1所述的一种快速无损检测黄酒成分含量的装置，其特征在于所述的光纤探头前端的探测区呈内凹型，探测区内设置有第四透镜、反光镜和支撑臂，所述的支撑臂一端与探测区的凹口顶部固定连接、另一端与第四透镜一个边缘固定，第四透镜另一个边缘固定在凹口内侧壁的中部，所述的反光镜设置在探测区的凹口底部。
3.根据权利要求1所述的一种快速无损检测黄酒成分含量的装置，其特征在于所述的调制光频率范围为400Hz 1000HZ。
4.根据权利要求1所述的一种快速无损检测黄酒成分含量的装置，其特征在于所述的单色光带宽为IOnm 20nm。
5.根据权利要求1所述的一种快速无损检测黄酒成分含量的装置，其特征在于所述的调制盘为机械式斩光器件。
全文摘要
本发明涉及一种快速无损检测黄酒成分含量的装置。现有的检测方法比较耗时且会对样品造成破坏，操作繁琐、复杂。本发明中的光源发出的光经透镜准直后，调制盘对准直平行光进行光强调制，再经由干涉滤光片、滤光片轮和步进电机构成的分光装置分光，然后带宽为10nm～20nm的单色光入射浸入式光纤探头然后出射到探测器，探测器输出的微弱光电信号经仪表放大器放大和低通滤波后，被转换器转换为数字信号，此数字信号再传递给数字信号处理器。本发明实现黄酒中酒精、糖分和酸度等常规检测项目的无损检测，比常规黄酒成分理化检验更为快捷、环保、无需进行样品预处理，检测结果重复性好，检测费用低。
文档编号G01N21/35GK102175638SQ201110001089
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者刘辉军, 刘铁兵, 吕进, 施秧, 李博斌 申请人:浙江科技学院, 绍兴市质量技术监督检测院