CN113092376A - 基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置及方法，其中装置包括激光光谱检测仪和手持终端，激光光谱检测仪包括信息处理模块、分光系统及凸透镜，信息处理模块分别与激光发射模块、CCD及无线路由模块相连，从激光发射模块发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生的光信号经过分光系统分光后，由凸透镜汇聚在CCD的表面，CCD用于将光信号转换成电信号，信息处理模块用于接收手持终端的控制指令并控制激光发射模块以预设的激光强度发射激光，且用于将CCD传送来的电信号转变成数字化图像信号；无线路由模块用于实现激光光谱检测仪和手持终端之间的无线通信。上述检测装置及方法能准确有效的检测白酒的真伪，且检测装置体积小，方便携带。
Description
技术领域
本发明涉及酒类真伪检测技术领域，尤其涉及一种基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置及方法。
背景技术
如今全球酒类市场庞大，酒类造假已经发展成为全球性经济犯罪活动，假酒的危害巨大，它极大的扰乱了正常市场经营秩序，侵害了正规厂家和消费者的权益。据中国酒类行业媒体发布的关于假酒问卷调查显示，有七成消费者购买到过假白酒，因此研究人员、白酒厂家、消费者已经采用多种方法对白酒进行防伪检测，主要方法包括包装防伪、电子标签防伪、标签防伪和感官评测。现在的企业一般利用的是包装防伪技术，但其存在两个致命的缺点：一是瓶和盖都可以被回收再次利用。造假酒者所做的二次包装的酒产品在消费者实施辨别真伪之前.其外观所有特征与原包装几乎没有差异，使得造假者很容易就能仿冒来达到牟取暴利的目的。二是要对产品辨真伪，必须要求消费者事先去做一些事情，如学习防伪的方法和特征、加护套工序或拨打防伪电话等。而电子标签和标签都有易复制的缺点。不法商家复制出的假标签也很难辨别其真伪。通过专业人员感官评测白酒也存在众多缺点，很多酒仅凭感官鉴别难以区分真伪。
随着酒类行业以及科技的发展，酒类检测研究一直是重要研究方向，常用的几种现代检测白酒的方法都有明显的缺点，如电子鼻法使用气体传感器，只能检测白酒中可挥发物质，并且由于传感器的材质，它易受被检测物的温度和化学物质的影响导致实验结果不准确；色谱法检测过程复杂、环境要求相对苛刻、单次实验费用高昂，实验结果易受干扰。而光谱检测系统一般由光谱采集系统和基于PC平台的光谱数据处理软件两部分组成，虽然其检测准确度较高，但由于系统需要PC进行处理和显示，便携性较差，给户外使用带来了不便。如何在光谱采集和实时处理相结合的基础上，形成集成化、微型化以及智能化的便携式检测系统已经成为酒类真伪检测领域的研究热点。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本申请提出了一种基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置及方法，以便可以准确有效的检测白酒的真伪，并且所涉及的检测装置体积小，方便携带。
为了实现上述目的，本申请一方面提出了一种基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置，包括激光光谱检测仪和手持终端，所述激光光谱检测仪和手持终端能够进行无线通信；所述激光光谱检测仪包括信息处理模块，所述信息处理模块分别与激光发射模块、阵列探测器以及无线路由模块相连接，所述激光发射模块包括激光电源和激光器，所述激光光谱检测仪还包括分光系统以及凸透镜，其中所述激光器发射的激光与所述分光系统的光轴成预设的角度，从所述激光器发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生的光信号经过所述分光系统分光后，由凸透镜汇聚在阵列探测器的表面，所述阵列探测器用于将光信号转换成电信号，所述信息处理模块用于接收所述手持终端的控制指令并控制所述激光发射模块以预设的激光强度发射激光，并且用于将所述阵列探测器传送来的电信号转变成数字化图像信号；所述无线路由模块用于实现所述激光光谱检测仪和手持终端之间的无线通信。
在一些实施例中，所述激光器发射的激光与所述分光系统的光轴成预设的角度，角度范围在15度到75度之间。
在一些实施例中，从所述激光器发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生的光信号包括荧光及拉曼光信号。
在一些实施例中，所述阵列探测器采用CCD或CMOS探测器。
在一些实施例中，所述激光光谱检测仪内还设有充电电池，所述信息处理模块、激光发射模块以及无线路由模块均由所述充电电池进行供电，在所述激光光谱检测仪的壳体上还设有USB接口，以便为所述充电电池充电。
本申请的另一方面提出了一种基于激光光谱技术的白酒真伪检测方法，包括以下步骤：
步骤1、所述信息处理模块接收所述手持终端的控制指令并控制所述激光发射模块以预设的激光强度发射激光；
步骤2、所述激光器发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生光信号，所述光信号经过激光光谱检测仪的分光系统分光后，由凸透镜汇聚在阵列探测器表面，由所述阵列探测器将所述光信号转换成电信号，之后所述阵列探测器将所述电信号传送给信息处理模块，所述信息处理模块将所述电信号转变成数字化图像信号，即转变成光谱图像，之后通过无线路由模块发送至手持终端；
步骤3、所述手持终端获取所述激光光谱检测仪传送来的光谱图像和当前测量的激光强度；
步骤4、对所述光谱图像进行滤波降噪图像处理，得到光谱曲线；
步骤5、将所述光谱曲线进行归一化处理；
步骤6、将归一化处理后的光谱曲线与数据库内存在的光谱曲线进行对比并分别计算相似度，将计算的相似度结果进行排序，取最高的一个相似度以百分数形式显示在手持终端的显示屏上，并给出对应的白酒名称；
步骤7、当显示的相似度大于98％即认为被测白酒为真。
本申请的该方案的有益效果在于上述基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置及方法，可以准确有效的检测白酒的真伪，其具有测量准确度高、体积小、集成度高、测试使用方便等优点，具有很好的应用前景。
附图说明
图1示出了典型的白酒激光光谱图。
图2示出了实施例中基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置的结构示意图。
附图标记：a-激光光谱检测仪，b-手持终端，c-样品瓶，1-信息处理模块，2-激光电源，3-激光器，4-分光系统，5-凸透镜，6-阵列探测器，7-无线路由模块，8-充电电池，9-USB接口。
具体实施方式
下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步的说明。
激光具有强度高、亮度高、单色性好等优点，入射到白酒中，可以激发白酒中的水、乙醇及其中可溶分子产生米散射、拉曼散射、荧光等可探测的激光光谱信号。由于酒类成分不同，激光激发出的光谱图也不同，如果酒类的组成成分或含量有变化一般都会在谱图上产生明显的差异，这就为白酒的真伪鉴别和优劣的评判提供了比较客观可靠的依据。图1为典型的激光入射到白酒中激发产生的光谱曲线图。其中包括激光散射峰、乙醇的拉曼散射峰、水的拉曼散射峰、白酒的荧光光谱，可以看出采用激光光谱法进行白酒真伪识别，不仅需要包含荧光光谱成分分析，也需要考虑激光散射、水拉曼散射的影响，另外通过比较分析乙醇和水的拉曼散射峰强度还可以计算得到白酒的度数。
如图2所示，本申请所涉及的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置包括激光光谱检测仪a和手持终端b(在本实施例中，所述手持终端b采用智能手机)，所述激光光谱检测仪a和手持终端b能够进行无线通信；所述激光光谱检测仪a包括信息处理模块1，所述信息处理模块1分别与激光发射模块、阵列探测器6以及无线路由模块7相连接，所述激光发射模块包括激光电源2和激光器3，所述激光光谱检测仪a还包括分光系统4以及凸透镜5，其中所述激光器3发射的激光与所述分光系统4的光轴成预设的角度，角度范围在15度到75度之间，45度为最优选值，这样可以避免样品瓶壁反射光及荧光干扰被测白酒的光谱，从所述激光器3发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生的光信号(该光信号包括荧光及拉曼光信号)经过所述分光系统4分光后，由凸透镜5汇聚在阵列探测器6的表面，所述阵列探测器6用于将光信号转换成电信号，在本实施例中，所述阵列探测器采用CCD或CMOS探测器，所述信息处理模块1用于接收所述手持终端b的控制指令并控制所述激光发射模块以预设的激光强度发射激光，并且用于将所述阵列探测器6传送来的电信号转变成数字化图像信号；所述无线路由模块7用于实现所述激光光谱检测仪a和手持终端b之间的无线通信。
为了使装置测试使用方便，更加的便携，在本实施例中，所述激光光谱检测仪a内还设有充电电池8，所述信息处理模块1、激光发射模块以及无线路由模块7均由所述充电电池8进行供电，在所述激光光谱检测仪a的壳体上还设有USB接口9，以便为所述充电电池8充电。
本申请所涉及的基于激光光谱技术的白酒真伪检测方法包括以下步骤：
步骤1、所述信息处理模块1接收所述手持终端b的控制指令并控制所述激光发射模块以预设的激光强度发射激光。
步骤2、所述激光器3发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生光信号，所述光信号经过激光光谱检测仪a的分光系统4分光后，由凸透镜5汇聚在阵列探测器6表面，由所述阵列探测器6将所述光信号转换成电信号，之后所述阵列探测器6将所述电信号传送给信息处理模块1，所述信息处理模块1将所述电信号转变成数字化图像信号，即转变成光谱图像，之后通过无线路由模块7发送至手持终端b。
步骤3、所述手持终端b获取所述激光光谱检测仪a传送来的光谱图像和当前测量的激光强度。
步骤4、对所述光谱图像进行滤波降噪图像处理，得到光谱曲线。
步骤5、将所述光谱曲线进行归一化处理。
步骤6、将归一化处理后的光谱曲线与数据库内存在的光谱曲线进行对比并分别计算相似度，将计算的相似度结果进行排序，取最高的一个相似度以百分数形式显示在手持终端b的显示屏上，并给出对应的白酒名称。
在本步骤中，被测白酒的光谱曲线需要与数据库中预先存储的真实白酒的光谱曲线进行对比匹配，给出相似度数值，从而评价被测白酒的真伪。在本实施例中采用皮尔逊相关系数法进行白酒匹配相似度计算，具体过程如下：首先假设两条光谱曲线在某个取样点λi处对应的光密度值分别为xi和yi，标准光谱x和被测光谱y的光密度值分别为：
x＝(x1，x2，x3，…，xi)，
y＝(y1，y2，y3，…，yi)，式中：下标代表第i个波长点的位置。
皮尔逊相关系数用来量化两条光谱曲线之间的相关程度，其值为-1～1。皮尔逊相关系数的优势在于对变量进行了均值化处理，减少了变量个体的数值差异对变量间相似度的影响。皮尔逊相关系数定义为两个变量的协方差和标准差的商，可表示为：
式中：ρx，y为两条光谱曲线的皮尔逊相关系数；cov(x，y)为两光谱间的协方差；σx为标准光谱x的标准差；σy为被测光谱y的标准差；
为标准光谱x的平均值；
为被测光谱y的平均值。S3的值为0，说明两个变量之间没有关系，S3的值越接近1，说明两个变量成正相关，即两条光谱越相似。
步骤7、当显示的相似度大于98％即认为被测白酒为真。
本申请所涉及的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置及方法具有以下优点：1)装置体积小、集成度高、测试使用方便，酒类识别结果准确，能够满足仪器微型化及实时现场检测的需求，可长期稳定运行，为快速便携酒类检测提供了一种新的方法。2)激光光谱法鉴别酒类的真伪，具有综合、整体、真实、客观、科学的特点：首先这种方法在分析鉴定中，无需对样品进行前处理，直接取样测定，做到不失样品的原本性；也不破坏各种组份；其次，测定的光谱图中的峰位、峰形、峰强度代表着体系中所含相应各种基团的谱峰，它反映的是一个混合物中各种成分的叠加谱图，是测试样品自身本质的特征，混合物中的组成、含量等因素的变化都会引起光谱整体谱图的变化，凭借这些宏观特征，通过测量光谱相似度实现白酒的真伪检测。
Claims (6)
1.一种基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置，其特征在于：包括激光光谱检测仪和手持终端，所述激光光谱检测仪和手持终端能够进行无线通信；所述激光光谱检测仪包括信息处理模块，所述信息处理模块分别与激光发射模块、阵列探测器以及无线路由模块相连接，所述激光发射模块包括激光电源和激光器，所述激光光谱检测仪还包括分光系统以及凸透镜，其中所述激光器发射的激光与所述分光系统的光轴成预设的角度，从所述激光器发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生的光信号经过所述分光系统分光后，由凸透镜汇聚在阵列探测器的表面，所述阵列探测器用于将光信号转换成电信号，所述信息处理模块用于接收所述手持终端的控制指令并控制所述激光发射模块以预设的激光强度发射激光，并且用于将所述阵列探测器传送来的电信号转变成数字化图像信号；所述无线路由模块用于实现所述激光光谱检测仪和手持终端之间的无线通信。
2.根据权利要求1所述的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置，其特征在于：所述激光器发射的激光与所述分光系统的光轴成预设的角度，角度范围在15度到75度之间。
3.根据权利要求1所述的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置，其特征在于：从所述激光器发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生的光信号包括荧光及拉曼光信号。
4.根据权利要求1所述的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置，其特征在于：所述阵列探测器采用CCD或CMOS探测器。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置，其特征在于：所述激光光谱检测仪内还设有充电电池，所述信息处理模块、激光发射模块以及无线路由模块均由所述充电电池进行供电，在所述激光光谱检测仪的壳体上还设有USB接口，以便为所述充电电池充电。
6.一种基于权利要求1所述的基于激光光谱技术的手持式白酒真伪检测装置的基于激光光谱技术的白酒真伪检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、所述信息处理模块接收所述手持终端的控制指令并控制所述激光发射模块以预设的激光强度发射激光；
步骤2、所述激光器发射的激光透过样品瓶壁激发被测白酒产生光信号，所述光信号经过激光光谱检测仪的分光系统分光后，由凸透镜汇聚在阵列探测器表面，由所述阵列探测器将所述光信号转换成电信号，之后所述阵列探测器将所述电信号传送给信息处理模块，所述信息处理模块将所述电信号转变成数字化图像信号，即转变成光谱图像，之后通过无线路由模块发送至手持终端；
步骤3、所述手持终端获取所述激光光谱检测仪传送来的光谱图像和当前测量的激光强度；
步骤4、对所述光谱图像进行滤波降噪图像处理，得到光谱曲线；
步骤5、将所述光谱曲线进行归一化处理；
步骤6、将归一化处理后的光谱曲线与数据库内存在的光谱曲线进行对比并分别计算相似度，将计算的相似度结果进行排序，取最高的一个相似度以百分数形式显示在手持终端的显示屏上，并给出对应的白酒名称；
步骤7、当显示的相似度大于98％即认为被测白酒为真。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210709 |
|
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