CN101858854B - 基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，包括内层Ⅰ和外层Ⅰ组成的挥发装置、内层Ⅱ和外层Ⅱ组成的检测装置、可视化阵列传感器和图像采集仪；内层Ⅰ为白酒存储腔，内层Ⅰ和外层Ⅰ之间为加热腔Ⅰ；内层Ⅱ为白酒气体检测腔，内层Ⅱ和外层Ⅱ之间为加热腔Ⅱ，可视化阵列传感器设在白酒气体检测腔内，图像采集仪设置在白酒气体检测腔的顶部。本发明采用挥发控制装置将白酒在所需条件下挥发，在输入检测装置内与可视化阵列传感器接触，可视化阵列传感器检测待测样品特征响应的信号，通过图像采集仪将采集的光谱变化信号输入信号识别处理系统，将检测结果以图谱的方式显示，实现检测的可视化，采用该系统检测方便、快捷。

Description

基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统

技术领域

本发明涉及一种白酒鉴别系统，具体涉及一种基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统。

背景技术

白酒是我国传统的蒸馏酒，历史悠久，工艺独特，是世界著名的六大蒸馏酒之一。因自然环境，酿造原料、糖化发酵剂种类和生产工艺的等因素的不同，形成了各具特色、风格典型的各种香型的白酒。中国白酒的香型包括以茅台酒、郎酒为代表的酱香型，以汾酒为代表的清香型，以泸州老窖、洋河大曲为代表的浓香型、以桂林三花酒为代表的米香型和以西凤酒为代表的凤香型五大香型。

目前，白酒质量检测常用的方法包括气相色谱、毛细管柱、浸入式固相微萃取等方法。这些方法均能够准确定性定量的测定白酒中的酸类、酯类、醛类以及醇类等多种成分，但是分析过程较为复杂，所使用的检测设备成本较高，耗时长等缺点；而且白酒中的香味微量成分仅占2%，尚有许多呈香成分无法用这些方法检测出来。

能够产生交叉响应的阵列式电子鼻则在一定程度上弥补了常规色谱检测限低，无法对不同物质间的相互作用进行检测等缺陷，电子鼻是近年来发展较快的一种人工嗅觉系统，采用气敏传感器制成的传统电子鼻阵列对不同的白酒有一定的识别和区分效果。电子鼻传感器具有识别能力强，检测速度快等优点，但电子鼻主要是靠吸附待测物质来产生响应，在对白酒中微量成分的识别上依然存在不足，而且白酒中的大量乙醇会掩盖传感器对其他微量成分的响应，导致传统的电子鼻传感器对相似酒精度白酒的区分效果不好。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种方便、快捷，实现可视化检测，且检测更加直观简便，特异性识别能力更强的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统。

本发明提供的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，包括挥发装置、检测装置、可视化阵列传感器、图像采集仪和带有信号识别处理软件的计算机，图像采集仪的输出端与计算机连接；

所述挥发装置由内层Ⅰ和外层Ⅰ封装组成，内层Ⅰ形成白酒存储腔，内层Ⅰ和外层Ⅰ之间为加热腔Ⅰ，所述内层Ⅰ的顶部设置与白酒存储腔连通的白酒进样孔和挥发气体出气孔；

所述检测装置由内层Ⅱ和外层Ⅱ封装组成，内层Ⅱ形成白酒气体检测腔，在内层Ⅱ的顶部设置检测气体出气孔，检测气体出气孔与白酒存储腔连通，内层Ⅱ和外层Ⅱ之间为加热腔Ⅱ，所述可视化阵列传感器设置在白酒气体检测腔内，所述图像采集仪设置在白酒气体检测腔的顶部，并与可视化阵列传感器竖直对应；所述白酒气体检测腔的底部为气体缓冲室，挥发气体出气孔与气体缓冲室连通；

所述可视化阵列传感器由可视化阵列单元组成，可视化阵列单元的底面与气体缓冲室对应，可视化阵列单元的顶面与图像采集仪的镜头对应。

进一步，所述白酒气体检测腔内还设置有照明装置和气体导流板，所述照明装置位于底部，气体导流板位于照明装置与可视化阵列传感器之间，所述气体缓冲室位于照明装置与气体导流板之间；

进一步，所述挥发装置上还设有用于调节白酒存储腔内温度和压力的调节管，所述调节管与白酒存储腔内连通；所述白酒存储腔内还安装有温度传感器、湿度传感器和压力传感器；

进一步，所述的照明装置上面还安装有温度传感器、湿度传感器和压力传感器；

进一步，还包括水加热器，所述水加热器的出水口与所述的加热腔Ⅰ和加热腔Ⅱ连通；

进一步，所述挥发装置和检测装置均为铝合金装置，所述气体导流板为透明玻璃板；

进一步，所述内层Ⅱ的顶部为透明玻璃板，图像采集仪安装在透明玻璃板的顶部；

进一步，所述挥发气体出气孔与气体缓冲室之间设置真空泵；

进一步，所述气体导流板上的导流孔为长方形导流孔，气体导流板均布设置多个长方形导流孔。

与现有技术相比，本发明的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统具有如下优点：

1、本发明通过控制白酒挥发环境中的温度、湿度、压力等参数，从而保证白酒在所需的温度、湿度、压力等特定条件下稳定地挥发，进而提高可视化阵列传感器检测的稳定性。

2、本发明采用挥发装置将白酒在所需条件下挥发，在输入检测装置内与可视化阵列传感器接触，可视化阵列传感器检测待测样品特征响应的信号，通过图像采集仪将采集的光谱变化信号输入信号识别处理系统，将检测结果以图谱的方式显示，实现检测的可视化，采用该系统检测方便、快捷。

3、本发明的可视化阵列单元与白酒挥发气体反应之后，会产生明显的光谱变化，通过比对反映前后阵列光谱变化的数据，就可以实现对物质的特异性识别。因此可实现对白酒中微量成分的特异性识别与响应，极大的减小了高浓度乙醇的干扰。与传统电子鼻传感器相比，该系统的应用更加直观简便，特异性识别能力更强。

4、通过本发明的系统可获得不同香型白酒的反应差谱图所代表每种香型白酒所特有的特征，是每种香型的白酒独一无二的特异性指纹图谱。因此，利用该系统得到的不同香型白酒的反应差谱作为各香型的指纹图谱，进而建立白酒的指纹图谱库，可用于白酒的质量监测和白酒真伪的鉴定。

4、该系统结构简单、成本低廉，可实现高效检测。

附图说明

图1为基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统的结构示意图；

图2为可视化阵列传感器安装在传感器固定系统上的结构示意图；

图3为气体导流板的结构示意图。

附图中；1—挥发装置  2—检测装置  3—可视化阵列传感器  4—图像采集仪  5—内层Ⅰ  6—外层Ⅰ  7—白酒存储腔   8—加热腔Ⅰ  9—白酒进样孔  10—挥发气体出气孔   11—内层Ⅱ  12—外层Ⅱ  13—白酒气体检测腔  14—加热腔Ⅱ  15—气体缓冲室  16—可视化阵列单元  18—照明装置   19—气体导流板   20—真空泵  21—长方形导流孔  22—检测气体出气孔  23—水加热器  24—卟啉传感器固定装置  25—载体  26—盖板  27—通孔   28—定位导轨  29—调节管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。

图1为基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统的结构示意图，如图所示。基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统包括挥发装置1、检测装置2、可视化阵列传感器3、图像采集仪4、真空泵20、水加热器23和带有信号识别处理软件的计算机（图中未画出）。

水加热器23可采用燃气对水加热，也可采用电阻丝对水加热。水加热器23主要向挥发装置1和检测装置2提供恒定温度，使挥发装置1内注入的白酒在所需特定的温度下挥发。

挥发装置1由内层Ⅰ5和外层Ⅰ6封装组成。内层Ⅰ5形成白酒存储腔7，内层Ⅰ5和外层Ⅰ6之间为加热腔Ⅰ8。内层Ⅰ5上设有用于调节白酒存储腔7内温度和压力的调节管29，调节管29与白酒存储腔7内连通。内层Ⅰ5的顶部设置与白酒存储腔7连通的白酒进样孔9、挥发气体出气孔10。

检测装置2由内层Ⅱ11和外层Ⅱ12封装组成。内层Ⅱ11形成白酒气体检测腔13，在内层Ⅱ11的顶部设置检测气体出气孔22，检测气体出气孔22通过气管与白酒存储腔7连通。内层Ⅱ11和外层Ⅱ12之间为加热腔Ⅱ14。可视化阵列传感器3设置在白酒气体检测腔13内，白酒气体检测腔13内还设置有照明装置18和气体导流板19，照明装置18、气体导流板19、可视化阵列传感器3和图像采集仪4由下向上依次设置。照明装置18的上面还安装有温度传感器、湿度传感器和压力传感器，以检测白酒气体检测腔13内白酒气体的温度、湿度和压力。图像采集仪4设置在白酒气体检测腔13的顶部，图像采集仪4的镜头与可视化阵列传感器3竖直对应。在照明装置18和气体导流板19之间形成气体缓冲室15。

挥发气体出气孔10通过气管与气体缓冲室15连通，气管连接在真空泵20上，内层Ⅰ5内的白酒挥发的气体通过真空泵20抽取并输入气体缓冲室15内，真空泵20可为气体在装置和气体管道内的流动提供动力。水加热器23的出水口通过水管与加热腔Ⅰ8连通，加热腔Ⅰ8通过水管与加热腔Ⅱ14连通，将热水的热能传递给内层Ⅰ5，白酒受热蒸发；将热水的热能传递给内层Ⅱ11，对内层Ⅱ11内的白酒气体保温。

可视化阵列传感器3由多个可视化阵列单元16组成。可视化阵列传感器3上的阵列点可根据实际需要设置不同的数目、用于检测不同成分的可视化阵列单元16。可视化阵列单元16可由卟啉及其衍生物、指示剂和极性染料中的一种或任意的组合组成。每个可视化阵列单元应具有一定的选择性，分析物能够与其中心位点牢固结合，以保证阵列对分析物的响应是强的相互作用; 可视化阵列传感器3必须具有交叉敏感效应，即每个可视化阵列单元16对不同的组分具有不同的响应能力。可视化阵列传感器3安装在传感器固定装置24上，传感器固定装置24由载板25和盖板26组成，载板25上开有盖板安装槽，盖板26扣合在载板25的盖板安装槽内，载板25和盖板26上设置相对应的通孔27。可视化阵列传感器3被压在载板25和盖板26之间，可视化阵列单元16位于通孔27中，可视化阵列传感器3安装或拆卸方便、快捷。在内层Ⅱ11和外层Ⅱ12的侧壁对应位置设置有用于传感器固定装置24插入或抽出的定位导轨28，定位导轨28的中部为与载板25横截面相匹配的安装孔，传感器固定装置24插入定位导轨28内后，外侧形成密封配合，通过该安装孔可达到快速插入或抽出可视化阵列传感器3的目的。可视化阵列传感器3安装好后，可视化阵列单元16底部与气体导流板19的长方形导流孔21对应，顶部与图像采集仪4对应。

挥发装置1和检测装置2均为铝合金装置，铝合金装置重量轻，且不易腐蚀。气体导流板19为透明玻璃板，一方面照明装置发出的光线可以透过导流板起到照明作用，另一方面玻璃材质不容易被腐蚀并且价廉易得。内层Ⅱ11的顶部为透明玻璃板，图像采集仪4安装在透明玻璃板的顶部，使图像采集仪4与白酒挥发的气体通过内层Ⅱ11顶部的透明玻璃板隔开，避免白酒挥发的气体对图像采集仪4产生腐蚀。

气体导流板19上均布多个长方形导流孔21，本实施例中，长方形导流孔21为六个，使气体缓冲室15内的气体经长方形导流孔21上升，能最大限度地与可视化阵列传感器3接触。图像采集仪4的输出端与计算机连接，使图像采集仪4采集的光谱变化信号输入计算机，由计算机进行识别处理。

使用该系统时，将水加入水加热器23内，由水加入器23加热，热水进入加热腔Ⅰ8和加热腔Ⅱ14内，加热腔Ⅰ8内热水对内层Ⅰ5传热，酒样通过进样孔9加入以后，通过调节管29调节内层Ⅰ5内的湿度和压力，进而使内层Ⅰ5内的白酒在所需的温度、湿度、压力下挥发，挥发气体经真空泵20抽入气体缓冲室15内，加热腔Ⅱ14内的热水对内层Ⅱ11内的挥发气体进行保温，气体缓冲室15内气体向上经过长方形导流孔21与可视化阵列单元16接触，可视化阵列单元16与挥发气体反应之后，会产生明显的光谱变化，图像采集仪4采集可视化阵列传感器3的图像变化，并输入计算机，通过图像处理系统比对反映前后阵列光谱变化的数据（数据可选用SPSS软件中的聚类分析和主成分分析，如2009年1月农业机械学报第40卷第1期《视觉可视化技术在白酒识别中的运用》），就可以实现对白酒的特异性识别，进而建立白酒的指纹图谱库，又可用于白酒的质量监测和白酒真伪的鉴定。

上述结构中，也可在加热强Ⅰ8和加热腔Ⅱ14内直接加热，如采用电阻丝加热，同样可达到对内层Ⅰ5和内层Ⅱ11传热的目的。图像采集仪采用CCD摄像机，照明装置18采用LED灯。照明装置上LED灯的亮度、真空泵流速以及各种传感器的数据采集均由外围控制电路以及计算机控制系统来控制。在内层Ⅰ5和内层Ⅱ11的底部设置清洗液排出孔，便于对内层Ⅰ5和内层Ⅱ11进行清洗。还可在各连接管上安装单向电磁阀，用于控制气体和液体的流动方向。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：包括挥发装置（1）、检测装置（2）、可视化阵列传感器（3）、图像采集仪（4）和带有信号识别处理软件的计算机，图像采集仪（4）的输出端与计算机连接；

所述挥发装置（1）由内层Ⅰ（5）和外层Ⅰ（6）封装组成，内层Ⅰ（5）形成白酒存储腔（7），内层Ⅰ（5）和外层Ⅰ（6）之间为加热腔Ⅰ（8），所述内层Ⅰ（5）的顶部设置与白酒存储腔（7）连通的白酒进样孔（9）和挥发气体出气孔（10）；

所述检测装置（2）由内层Ⅱ（11）和外层Ⅱ（12）封装组成，内层Ⅱ（11）形成白酒气体检测腔（13），在内层Ⅱ（11）的顶部设置检测气体出气孔（22），检测气体出气孔（22）与白酒存储腔（7）连通，内层Ⅱ（11）和外层Ⅱ（12）之间为加热腔Ⅱ（14），所述可视化阵列传感器（3）设置在白酒气体检测腔（13）内，所述图像采集仪（4）设置在白酒气体检测腔（13）的顶部，并与可视化阵列传感器（3）竖直对应；所述白酒气体检测腔（13）的底部为气体缓冲室（15），挥发气体出气孔（10）与气体缓冲室（15）连通；

所述可视化阵列传感器（3）由可视化阵列单元（16）组成，可视化阵列单元（16）的底面与气体缓冲室（15）对应，可视化阵列单元（16）的顶面与图像采集仪（4）的镜头对应;

所述白酒气体检测腔（13）内还设置有照明装置（18）和气体导流板（19），所述照明装置（18）位于底部，气体导流板（19）位于照明装置（18）与可视化阵列传感器（3）之间，所述气体缓冲室（15）位于照明装置（18）与气体导流板（19）之间。

2.根据权利要求1所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：还包括水加热器（23），所述水加热器（23）的出水口与所述的加热腔Ⅰ（8）和加热腔Ⅱ（14）连通。

3.根据权利要求2所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：所述挥发装置（1）上还设有用于调节白酒存储腔（7）内温度和压力的调节管（29），所述调节管（29）与白酒存储腔（7）内连通；所述白酒存储腔（7）内还安装有温度传感器、湿度传感器和压力传感器。

4.根据权利要求3所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：所述照明装置（18）上面还安装有温度传感器、湿度传感器和压力传感器。

5.根据权利要求4所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：所述挥发装置（1）和检测装置（2）均为铝合金装置，所述气体导流板（19）为透明玻璃板。

6.根据权利要求1至5中任一项权利要求所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：所述内层Ⅱ（11）的顶部为透明玻璃板，图像采集仪（4）安装在透明玻璃板的顶部。

7.根据权利要求6所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：所述挥发气体出气孔（10）与气体缓冲室（15）之间设置真空泵（20）。

8.根据权利要求7所述的基于挥发控制和可视化阵列传感器的白酒鉴别系统，其特征在于：所述气体导流板（19）上的导流孔为长方形导流孔（21），气体导流板（19）均布设置多个长方形导流孔（21）。

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