基于拉曼光譜技術(shù)的白酒在線檢測采樣系統(tǒng)設(shè)計

許志濤　任延宇　許志欽　李悅

【摘要】? ? 設(shè)計了一套基于拉曼光譜技術(shù)的白酒在線實時檢測采樣系統(tǒng)，主要包括樣品采樣系統(tǒng)、檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和中控系統(tǒng)等4個模塊。

【關(guān)鍵詞】? ? 拉曼光譜技術(shù)? ? 白酒? ? 在線檢測? ? 采樣系統(tǒng)設(shè)計

引言：

中國白酒歷史悠久，種類繁多，主要是以曲類，酒母等作為糖化發(fā)酵劑，將小麥、高粱、大米或代用原料，經(jīng)蒸煮、發(fā)酵、蒸餾、貯存、窖藏、勾兌而成的蒸餾酒。主要成分乙醇和水，此外，還包括酯類等具有香味的成分物質(zhì)。

白酒蒸餾是釀造的一個重要環(huán)節(jié)，主要包括開始、中間和后期三個階段。一般采用“掐頭去尾”的方式摘取中間階段的蒸餾酒，去掉開始階段的頭酒和后期階段的尾酒，目前摘酒工作主要依靠工藝師的人工經(jīng)驗進(jìn)行判斷來完成。

隨著智能化技術(shù)的發(fā)展，未來白酒釀造過程勢必引入智能化在線檢測技術(shù)，而白酒在線采樣系統(tǒng)的研究是白酒在線智能化檢測技術(shù)發(fā)展繞不開的環(huán)節(jié)。

一、采樣系統(tǒng)設(shè)計

白酒在線采樣系統(tǒng)主要包括樣品采樣系統(tǒng)、檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和中控系統(tǒng)等4個模塊，如圖1所示。

其中，樣品采樣系統(tǒng)作用主要為按照設(shè)置的頻次要求對白酒進(jìn)行實時采樣;

檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能主要為采用拉曼光譜技術(shù)對白酒樣品進(jìn)行實時檢測，得到檢測光譜數(shù)據(jù);

顯示系統(tǒng)是人機面板，主要功能為輸入控制參數(shù)，顯示光譜數(shù)據(jù);

中控系統(tǒng)功能主要為實時控制采樣系統(tǒng)和檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，確保兩個模塊協(xié)同工作。

1.1樣品采樣系統(tǒng)

1.機械設(shè)計

采樣系統(tǒng)機械設(shè)計如圖2所示，在白酒主管道上開通一條支路用以樣品的采樣和檢測，其組成包括采樣管道、兩個電磁閥、嵌入采樣管道的樣品皿以及固定拉曼光譜探頭的固定裝置，同時固定裝置還為光學(xué)檢測提供了暗室環(huán)境。其中，電磁閥的開關(guān)由單片機等控制芯片控制，采樣管道應(yīng)盡量短。

非采樣時，電磁閥1和2保持常開狀態(tài)，保證支路中的白酒實時流動。

采樣時，先關(guān)閉電磁閥2，延遲關(guān)閉電磁閥1，確保白酒能夠充滿樣品皿。

采樣系統(tǒng)的電控單元主要控制電磁閥1和電磁閥2的開關(guān)。采樣時，電控單元首先控制電磁閥2關(guān)閉，延遲若干秒后，控制電磁閥1關(guān)閉，然后發(fā)出采樣完畢信號給中控系統(tǒng)。

電控單元還包括電磁閥的驅(qū)動電路。

截流采樣時間涵蓋整個摘酒過程，采樣間隔為1-3 min（或不間斷連續(xù)采樣），樣品體積不少于1 mL，每次采樣需重復(fù)檢測3-5次，收集相應(yīng)基酒樣品的拉曼全波段光譜（波數(shù)范圍為0-4000 cm-1）。

二、檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用拉曼光譜儀對所得樣品進(jìn)行檢測，獲得樣品的拉曼特性光譜數(shù)據(jù)。

檢測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由定制化的拉曼光譜儀組成。如圖4所示，拉曼光譜儀與中控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)相連。白酒釀造生產(chǎn)線開啟后，通過顯示系統(tǒng)設(shè)置拉曼光譜儀的參數(shù)，該參數(shù)通過中控系統(tǒng)控制拉曼光譜儀來完成;每次采樣完成后，中控系統(tǒng)發(fā)送“開始檢測”指令控制拉曼光譜儀對白酒樣品進(jìn)行檢測;結(jié)束后，拉曼光譜儀發(fā)送完成信號給中控系統(tǒng)，并將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示系統(tǒng)，實時顯示光譜數(shù)據(jù)。

拉曼光譜儀的設(shè)置參數(shù)包括積分時間、測試次數(shù)等。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 相里加雄， 翟旭龍， 趙向東等. 淺議白酒蒸餾技術(shù)與白酒品質(zhì)的關(guān)系[J]， 釀酒， 2017，（2）

[2] 黃亞東. 對濃香型大曲白酒蒸餾智能化技術(shù)的分析[J]， 山東工業(yè)技術(shù)， 2018，（16）

許志濤（1987.01），男，漢族，河南濮陽人，博士，季華實驗室，研究方向：光電檢測;

李? 悅（1986.06），男，漢族，吉林省吉林市人，本科，季華實驗室，研究方向：軟件工程;

任延宇（1990.10），男，漢族，吉林省吉林市人，碩士研究生，佛山市科佳物業(yè)管理有限公司，總經(jīng)理，研究方向：管理;

許志欽（1989.02），男，漢族，河南清豐縣人，本科，佛山市科佳物業(yè)管理有限公司，安防主管，研究方向：安全管理。