CN103884706B - 原浆酒在线检测分级系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及原浆酒分级装置的技术领域，特别是涉及一种原浆酒在线检测分级系统，本发明的原浆酒在线检测分级系统可利用光谱分析手段进行机械化原浆酒酒品检测，检测效率较高并且检测效果较为准确，降低工作成本且避免人体伤害；包括壳体，壳体的内部设置有工作腔，并在工作腔内设置有激发光源、样品池、主光路和成像检测装置；样品池用于对原浆酒进行放置，激发光源发出的光照射至主光路，并由主光路将激发光源发出的光集中在样品池中，成像检测装置用于探测激发光源发出的光集中在样品池后被激发出的光谱光线，并通过检测光谱光线所处的中心波长及相应的光线强度计算出原浆酒的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及原浆酒分级装置的技术领域，特别是涉及一种原浆酒在线检测分级系统。
背景技术
众所周知，中国传统白酒酿造历史悠久，酒文化源远流长，生产工艺精湛，酿造技艺博大精深，产品风格独特，在世界酒林中独树一帜。我国的白酒酿造行业以特制酒曲为糖化发酵剂、固态发酵、甄桶蒸馏为特征，作为食品行业的支柱性产业，在国民经济发展中具有举足轻重的地位，并成为国家财政税收的重要来源之一。但是，传统的白酒酿造行业受到地域、气候、资源等环境的影响，生产间歇大，机械化程度低，劳动密集度高。当下，白酒酿造行业在传承古老酿造工艺的前提下，正有序加强发酵原理、操作工艺、酿造设备的研究，在五粮液、茅台等行业龙头企业的牵引下，全行业迈步走上了新型工业化发展道路。
目前，酿酒行业的生产工艺还是依靠传统手段，由于蒸酒环节中需要量质摘酒，这个步骤的主要特点是要区分蒸馏出来的原浆酒的成分差别，判断区分酒的品质，目前某酒厂的原浆酒出酒过程分为酒头、一级酒、二级酒、酒尾四个阶段，其中酒头和酒尾是不符合后续工艺要求的酒，一级酒品级最高，二级酒品级较低，一级酒的价格是二级酒的十倍以上。
在大部分酿酒企业中，普遍采用人工尝酒的方式来实时区分酒的品级，但是这种方法存在依赖工人经验、容易出错、对人身体伤害大等特点。采用这种方法会导致标准不统一，致使酒品降低等问题，给酒厂带来重大经济损失。为解决此环节的问题，大型酒厂已经开始在原浆酒成分分析等方面进行了大量的工作，目前已知的成分超过70种物质，通过大量实验与经验对比发现，乙醇和乙酸乙酯是原浆酒品质的最主要的两种标志物质。但是目前的分析手段都无法应用在生产设备上进行在线检测，无法实时对酒的品级进行区分。
检测乙醇在混合溶液中浓度的方法有很多，传统方法主要有密度瓶法、酒精计法、重铬酸钾比色法、莫尔氏盐法；应用传统方法测定乙醇浓度具有一定的局限性，如使用重铬酸钾比色法需要对样品进行预蒸馏，使用酒精计法需要按照乙醇浓度变化更换酒精计同时反应速度比较慢，以上方法均不能满足本项目要求。
随着仪器科学及计算方法的发展，许多新的测量方法被应用在乙醇浓度检测上，如近红外光谱法、气相色谱法、折光率法、液相色谱法、荧光法、拉曼光谱法等；1928年印度科学家拉曼发现拉曼效应后，这几十年来科学家们一直在研究其作用机理与其在科研生产中的用途，目前被应用于检测聚合物、复合材料等物质的成分分析中，同时在生物医药领域也有很好的应用前景。拉曼光谱技术既可以对样品做出定性检测，也可对样品做出定量检测。随着光源得到改善拉曼光谱技术也被应用到定量检测乙醇浓度这一领域，采用拉曼光谱技术有其他传统方法无法比拟的优势，具有非接触、无污染、可在线、特异性检测等特点。因此，拉曼光谱技术将会更多地被应用于液体浓度的研究。但是目前在国际与国内市场上上没有一个成熟的面向酿酒行业特别是白酒酿造工艺中蒸酒环节的原浆酒在线检测仪器,此块市场空白亟待填补。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种可利用光谱分析手段进行机械化原浆酒酒品检测，检测效率较高并且检测效果较为准确，降低工作成本且避免人体伤害的原浆酒在线检测分级系统。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，包括壳体，壳体的内部设置有工作腔，并在所述工作腔内设置有激发光源、样品池、主光路和成像检测装置；所述样品池用于对原浆酒进行放置，所述主光路位于激发光源的输出端，所述样品池位于主光路的输出端，所述样品池位于成像检测装置的输入端；所述激发光源发出的光照射至主光路，并由主光路将激发光源发出的光集中在样品池中，所述成像检测装置用于探测激发光源发出的光集中在样品池后被激发出的光谱光线，并通过检测光谱光线所处的中心波长及相应的光线强度计算出原浆酒的浓度。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，还包括控制装置，所述控制装置与激发光源、主光路和成像检测装置电连接，所述控制装置用于控制所述激发光源、主光路和成像检测装置的开启或关闭，及激发光源、主光路和成像检测装置的校准。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述控制装置安装在所述壳体的外壁上。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，还包括显示装置，所述显示装置与成像检测装置电连接，所述显示装置用于显示成像检测装置的检测结果。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述激发光源为激光发生器。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述激发光源发射激光的波长为355nm至1064nm。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述主光路包括分光镜、等腰直角梯形棱镜、第一胶合透镜、第二胶合透镜和直角三角形棱镜，所述样品池位于第一胶合透镜与第二胶合透镜之间，并且所述分光镜位于激发光源的输出端，所述等腰直角梯形棱镜位于分光镜与第一胶合透镜之间，所述第二胶合透镜位于样品池与直角三角形棱镜之间。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述成像检测装置包括成像组件、光电探测模块和运算放大模块；所述成像组件包括第一分块，所述第一分块包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述第二凸透镜位于第一凸透镜与样品池之间，所述第一凸透镜的输出端与光电探测模块电连接，所述光电探测模块与运算放大模块电连接；所述成像模块用于将样品池中原浆酒被激发出的拉曼光集中到光电探测模块上，所述光电探测模块探测到成像结果的光信号，并将光信号转换成电信号传输至运算放大模块，由运算放大模块对电信号进行放大并进行运算处理并计算出原浆酒的浓度。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述成像组件还包括第二分块，所述第二分块包括第三凸透镜和第四凸透镜，所述第三凸透镜位于第四凸透镜与样品池之间，并且所述样品池位于第二凸透镜和第三凸透镜之间，所述第四凸透镜的输出端与光电探测模块电连接。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，所述第一分块还包括第一滤光片，所述第一滤光片位于第一凸透镜和第二凸透镜之间，所述第二分块还包括第二滤光片，所述第二滤光片位于第三凸透镜和第四凸透镜之间。
与现有技术相比本发明的有益效果为：通过上述设置，可以通过整体的工作过程利用光谱分析手段（激光拉曼光谱检测技术）达到原浆酒浓度的检测，检测效率较高并且检测效果较为准确，降低工作成本且避免人体伤害。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中主光路的结构示意图；
图3是本发明中成像检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的原浆酒在线检测分级系统，包括壳体1，壳体的内部设置有工作腔，并在工作腔内设置有激发光源2、样品池3、主光路4和成像检测装置5；样品池用于对原浆酒进行放置，主光路位于激发光源的输出端，样品池位于主光路的输出端，样品池位于成像检测装置的输入端；激发光源发出的光照射至主光路，并由主光路将激发光源发出的光集中在样品池中，成像检测装置用于探测激发光源发出的光集中在样品池后被激发出的光谱光线，并通过检测光谱光线所处的中心波长及相应的光线强度计算出原浆酒的浓度；通过上述设置，可以通过整体的工作过程利用光谱分析手段（激光拉曼光谱检测技术）达到原浆酒浓度的检测，检测效率较高并且检测效果较为准确，降低工作成本且避免人体伤害。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，还包括控制装置6，控制装置与激发光源、主光路和成像检测装置电连接，控制装置用于控制激发光源、主光路和成像检测装置的开启或关闭，及激发光源、主光路和成像检测装置的校准；设置控制装置可以更好的对各个组件进行控制，其也可以将设备检测到的结果转换成电子信号输出到指定接口。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，控制装置安装在壳体的外壁上。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，还包括显示装置，显示装置与成像检测装置电连接，显示装置用于显示成像检测装置的检测结果；此项设计的目的是可以更直观的看出检测结果。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，激发光源为激光发生器。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，激发光源发射激光的波长为355nm至1064nm；其中可以选择的激光波长为355nm，514nm，532nm，633nm，785nm，940nm，1064nm。功率范围1mW-10W。
如图2所示，本发明的原浆酒在线检测分级系统，主光路包括分光镜7、等腰直角梯形棱镜8、第一胶合透镜9、第二胶合透镜10和直角三角形棱镜11，样品池位于第一胶合透镜与第二胶合透镜之间，并且分光镜位于激发光源的输出端，等腰直角梯形棱镜位于分光镜与第一胶合透镜之间，第二胶合透镜位于样品池与直角三角形棱镜之间；此项设计的主要目的是可以将主光路进行多次折返，多次激发被检测物质，从而提高被检测物质被激发出的光线的强度，从而降低成本，提高准确性。
如图3所示，本发明的原浆酒在线检测分级系统，成像检测装置包括成像组件、光电探测模块和运算放大模块；成像组件包括第一分块15，第一分块包括第一凸透镜17和第二凸透镜18，第二凸透镜位于第一凸透镜与样品池之间，第一凸透镜的输出端与光电探测模块电连接，光电探测模块与运算放大模块电连接；成像模块用于将样品池中原浆酒被激发出的拉曼光集中到光电探测模块上，光电探测模块探测到成像结果的光信号，并将光信号转换成电信号传输至运算放大模块，由运算放大模块对电信号进行放大并进行运算处理并计算出原浆酒的浓度。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，成像组件还包括第二分块16，第二分块包括第三凸透镜19和第四凸透镜20，第三凸透镜位于第四凸透镜与样品池之间，并且样品池位于第二凸透镜和第三凸透镜之间，第四凸透镜的输出端与光电探测模块电连接。
上述的第一凸透镜、第二凸透镜、第三凸透镜和第四凸透镜可以是平凸透镜，并且设置第一分块和第二分块可以达到更好的成像效果，其可以是一个分块单独完成，也可以是多个分块共同完成，其主要决定因素在于需要检测物质的数量，也就是需要检测几种物质则需要几个分块来完成。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，第一分块还包括第一滤光片21，第一滤光片位于第一凸透镜和第二凸透镜之间，第二分块还包括第二滤光片22，第二滤光片位于第三凸透镜和第四凸透镜之间；采用上述第一滤光片和第二滤光片实现单色功能，第一滤光片和第二滤光片的中心波长与被检物质的特性直接相关，滤光片透过曲线的半高全宽为1nm-10nm，这个参数取决于被检物质的种类数量，被检物质种类越多滤光片的半高宽越窄。
本发明的原浆酒在线检测分级系统，其中对于分光镜的设计：
其作用是将特定比例的光分出一束照射到单独的一路光电探测器上，通过光电探测器探测到此路光的功率，然后传输给运算放大模块作为参考值对光源的功率进行实时校准。经过校准的光源计算出的物质浓度准确性会得到提高.
其中对于多次折返主光路的设计：
通过主光路的设计来使激发光线多次折返，多次激发被检物质，这样可以提高被检物质被激发出（或者被吸收）的光线的强度，从而降低对光电探测模块的要求，降低成本，提高准确性。多次折返设计方案有以下几种：
1、棱镜折返方式，设置一个梯形棱镜与直角棱镜，两个棱镜相对主光轴有一定的偏移量，从而使光线多次折返。
2、凹面镜折返结构，设置一对凹面镜，偏心放置，光束从一侧入射，经过多次反射后从另一侧出射。
3、平行镜折返结构，设置一对平行镜，通过调节两个平行镜的平行程度，可以使光线在两镜之间多次折返。这是最简单，但是调节难度最高的一种设计。
4、激光内腔共振法，将激光器的输出镜改为全透镜（激光器另一端为全反射镜），然后在主光路末端放置一个全反射镜，这样激光器，主光路，样品池，两个全反射镜共同构成了一个谐振腔，可以使激发光在里面反射几千次。
其中对于主光路光线汇聚设计
通过使用透镜或者反射镜，达到将激发光的光线汇聚在一起的作用，可以提高汇聚点的激发光强度，缩小成像系统探测区域的面积，降低成像系统的要求，提高采集到信号的强度，提高准确性及降低成本。
其中对于凸透镜汇聚设计，通过采用一对焦点重合的凸透镜，使光线汇聚到焦点处，凸透镜可以采用普通的凸透镜，双凸透镜，或者采用消像差能力更强的双胶合凸透镜。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，包括壳体，壳体的内部设置有工作腔，并在所述工作腔内设置有激发光源、样品池、主光路和成像检测装置；所述样品池用于对原浆酒进行放置，所述主光路位于激发光源的输出端，所述样品池位于主光路的输出端，所述样品池位于成像检测装置的输入端；所述激发光源发出的光照射至主光路，并由主光路将激发光源发出的光集中在样品池中，所述成像检测装置用于探测激发光源发出的光集中在样品池后被激发出的光谱光线，并通过检测光谱光线所处的中心波长及相应的光线强度计算出原浆酒的浓度；
所述主光路包括分光镜、等腰梯形棱镜、第一胶合透镜、第二胶合透镜和直角三角形棱镜，所述样品池位于第一胶合透镜与第二胶合透镜之间，并且所述分光镜位于激发光源的输出端，所述等腰梯形棱镜位于分光镜与第一胶合透镜之间，所述第二胶合透镜位于样品池与直角三角形棱镜之间。
2.如权利要求1所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置与激发光源、主光路和成像检测装置电连接，所述控制装置用于控制所述激发光源、主光路和成像检测装置的开启或关闭，及激发光源、主光路和成像检测装置的校准。
3.如权利要求2所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，所述控制装置安装在所述壳体的外壁上。
4.如权利要求3所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，还包括显示装置，所述显示装置与成像检测装置电连接，所述显示装置用于显示成像检测装置的检测结果。
5.如权利要求1所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，所述激发光源为激光发生器。
6.如权利要求5所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，所述激发光源发射激光的波长为355nm至1064nm。
7.如权利要求1所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，所述成像检测装置包括成像组件、光电探测模块和运算放大模块；所述成像组件包括第一分块，所述第一分块包括第一凸透镜和第二凸透镜，所述第二凸透镜位于第一凸透镜与样品池之间，所述第一凸透镜的输出端与光电探测模块电连接，所述光电探测模块与运算放大模块电连接；所述成像组件用于将样品池中原浆酒被激发出的拉曼光集中到光电探测模块上，所述光电探测模块探测到成像结果的光信号，并将光信号转换成电信号传输至运算放大模块，由运算放大模块对电信号进行放大并进行运算处理并计算出原浆酒的浓度。
8.如权利要求7所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，所述成像组件还包括第二分块，所述第二分块包括第三凸透镜和第四凸透镜，所述第三凸透镜位于第四凸透镜与样品池之间，并且所述样品池位于第二凸透镜和第三凸透镜之间，所述第四凸透镜的输出端与光电探测模块电连接。
9.如权利要求8所述的原浆酒在线检测分级系统，其特征在于，所述第一分块还包括第一滤光片，所述第一滤光片位于第一凸透镜和第二凸透镜之间，所述第二分块还包括第二滤光片，所述第二滤光片位于第三凸透镜和第四凸透镜之间。
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