基于近红外技术的白酒摘酒在线检测装置开发

发布时间：2020-11-01 10:01

　　 白酒是我国特有的酒种,具有广泛的消费人群,在我国国民经济组成中占有重要地位,因此确保白酒的质量就显得尤为重要。传统的摘酒方法主要是是看花摘酒,量质摘酒和分段摘酒,生产周期长,效率低,对摘酒工个人依赖性较强,机械化摘酒的出现虽然弥补了部分缺点,但是难以达到人工操作时的灵活度。与传统的摘酒方法相比,近红外光谱分析技术缩短生产周期、提高摘酒效率,可以同时检测多个参数,不损坏样品,是一种高效绿色的检测方式。本文采用近红外光谱分析技术结合化学计量学方法进行白酒在线检测,采用PLC控制程序进行在线控制,对白酒中酒精浓度这一指标定量分析,以实现自动摘酒,并在摘酒在线检测模拟试验台上模拟摘酒,主要研究内容与结论如下:(1)为实现白酒的在线检测和实时控制,从摘酒特征的提取入手,确定基于近红外光谱分析技术的摘酒在线检测和实时控制系统的总体设计方案,采用模块划分法将总系统分为摘酒检测模块、摘酒质量等级的控制模块、摘酒质量等级的执行模块,摘酒检测模块分为近红外光谱采集子模块和计算机光谱分析子模块。其中近红外光谱采集子模块的功能是在线采集原酒的近红外光谱图,计算机光谱分析子模块的功能是将采集到的光谱实时在线分析,并将分析结果传输至质量等级控制模块;摘酒质量等级的控制模块主要由PLC可编程控制器完成,根据采集到的光谱及分析结果,编程后自动控制各个电磁阀的闭合;摘酒质量等级的执行模块是通过控制不同等级的电磁阀动作控制摘酒时不同质量等级的流向,实现自动摘酒的功能。(2)为了满足摘酒在线检测模拟试验台的试验要求,从精度、量程匹配和性价比等方面考虑,对摘酒在线检测模拟试验台主要工作硬件进行合理的选型,选定SE系列工作波长范围1.55～1.95μm的微型近红外光谱传感器为试验台的核心检测器件,可以满足摘酒过程中对包括酒精浓度、己酸乙酯在内的多化学指标在线检测的需要;光源选用美国Welch Allyn公司生产的997418-21型卤钨灯;PLC控制器选用台达SS系列DVP14SS11R2型号作为控制元件;电磁阀选用金磁2W系列二位二通直动式膜片式防爆型电磁阀。最后,对试验台的管路和容器以及空间结构布局进行了的设计。(3)完成了白酒摘酒在线检测模拟试验台的部分软件设计和编程。选用LinkSpec采集软件完成光谱采集、NIRSA4.6化学计量方法进行建模和PLC控制软件实现控制。在LinkSpec采集软件的基础上设计开发了LinkSpec扩展模块软件,实现了数据采集模块、在线检测模块和控制模块的协同运行,经程序调试和测试证明,白酒摘酒在线检测模拟试验台的光谱检测部分和原酒等级分级控制部分工作安全可靠,试验台达到了预期的目标。(4)为了验证白酒摘酒在线检测模拟试验台的在线检测和原酒分级的实际工作效果,首先在离线的状态下建立了酒精浓度的预测模型,分析了模型的预测效果,试验表明,对18个样本,采用非插值数据经FD预处理后,偏最小二乘回归建立的模型预测效果优于逐步向前回归、主成分回归建立的模型,其预测相对标准差RMSECP小于0.8739。将上述最佳模型带入到LinkSpec扩展模块软件,模拟了摘酒在线检测的试验,按预先设定的3个等级原酒的酒精浓度标准(66%以上、66%～47%、47%以下)进行摘酒试验,模拟试验得到的3个等级的酒精浓度分别为69.5%、58.6%和41.8%,结果证明,模拟试验测量的酒精浓度都在预定的酒精浓度范围之内,说明试验台可以完成摘酒在线检测和控制的功能。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O657.33;TS262.3
【部分图文】：

pn 的光谱图，经化学计量学软件的处理，确定这组训练集样本的光谱图同函数关系（模型），只要采集到未知样本 x1 的光谱谱图，通过模型的函数出 x1 的含量或组分，这个过程即为近红外光谱分析技术的基本原理，如图

为最终能应用于实际生产奠定可行的技术储备；的工作场景，采用模块化设计的理念，将光谱采集、校正析和管理等工作由计算机完成，摘酒的各个执行工作的实 PLC 承担，二者仅仅需要完成的是计算机摘酒质量等级的LC 收到二进制代表质量等级的代码执行相应的动作即可；产的强制规定的要求，但考虑到实验室搭建的是模拟摘酒、设计试验等环节中使用安全性较高的电磁阀作为执行元测系统将采用气动阀作为执行元件。设计为了适应实用化的需要，尽量做到系统的结构紧凑，叠加设计模式。变化特征.1

摘酒检测模块主要由微型近红外光谱传感器和计算机组成，微型近红外光谱传感管道内获得实时原酒光谱，交由计算机处理，即由计算机分析并获得原酒质量等级，并将信息反馈至摘酒质量等级控制模块，即 PLC，由 PLC 进行逻辑判断，控制各口电磁阀的闭合，即摘酒质量等级执行模块。图 2.2 为系统模块关系图。
【参考文献】

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本文编号：2865381