基于拉曼光谱技术的白酒在线检测采样系统设计

许志涛　任延宇　许志钦　李悦

【摘要】    设计了一套基于拉曼光谱技术的白酒在线实时检测采样系统，主要包括样品采样系统、检测数据采集系统、显示系统和中控系统等4个模块。

【关键词】    拉曼光谱技术    白酒    在线检测    采样系统设计

引言：

中国白酒历史悠久，种类繁多，主要是以曲类，酒母等作为糖化发酵剂，将小麦、高粱、大米或代用原料，经蒸煮、发酵、蒸馏、贮存、窖藏、勾兑而成的蒸馏酒。主要成分乙醇和水，此外，还包括酯类等具有香味的成分物质。

白酒蒸馏是酿造的一个重要环节，主要包括开始、中间和后期三个阶段。一般采用“掐头去尾”的方式摘取中间阶段的蒸馏酒，去掉开始阶段的头酒和后期阶段的尾酒，目前摘酒工作主要依靠工艺师的人工经验进行判断来完成。

随着智能化技术的发展，未来白酒酿造过程势必引入智能化在线检测技术，而白酒在线采样系统的研究是白酒在线智能化检测技术发展绕不开的环节。

一、采样系统设计

白酒在线采样系统主要包括样品采样系统、检测数据采集系统、显示系统和中控系统等4个模块，如图1所示。

其中，样品采样系统作用主要为按照设置的频次要求对白酒进行实时采样;

检测数据采集系统功能主要为采用拉曼光谱技术对白酒样品进行实时检测，得到检测光谱数据;

显示系统是人机面板，主要功能为输入控制参数，显示光谱数据;

中控系统功能主要为实时控制采样系统和检测数据采集系统，确保两个模块协同工作。

1.1样品采样系统

1.机械设计

采样系统机械设计如图2所示，在白酒主管道上开通一条支路用以样品的采样和检测，其组成包括采样管道、两个电磁阀、嵌入采样管道的样品皿以及固定拉曼光谱探头的固定装置，同时固定装置还为光学检测提供了暗室环境。其中，电磁阀的开关由单片机等控制芯片控制，采样管道应尽量短。

非采样时，电磁阀1和2保持常开状态，保证支路中的白酒实时流动。

采样时，先关闭电磁阀2，延迟关闭电磁阀1，确保白酒能够充满样品皿。

采样系统的电控单元主要控制电磁阀1和电磁阀2的开关。采样时，电控单元首先控制电磁阀2关闭，延迟若干秒后，控制电磁阀1关闭，然后发出采样完毕信号给中控系统。

电控单元还包括电磁阀的驱动电路。

截流采样时间涵盖整个摘酒过程，采样间隔为1-3 min（或不间断连续采样），样品体积不少于1 mL，每次采样需重复检测3-5次，收集相应基酒样品的拉曼全波段光谱（波数范围为0-4000 cm-1）。

二、检测数据采集系统

检测数据采集系统采用拉曼光谱仪对所得样品进行检测，获得样品的拉曼特性光谱数据。

检测数据采集系统主要由定制化的拉曼光谱仪组成。如图4所示，拉曼光谱仪与中控系統、显示系统相连。白酒酿造生产线开启后，通过显示系统设置拉曼光谱仪的参数，该参数通过中控系统控制拉曼光谱仪来完成;每次采样完成后，中控系统发送“开始检测”指令控制拉曼光谱仪对白酒样品进行检测;结束后，拉曼光谱仪发送完成信号给中控系统，并将检测数据发送给显示系统，实时显示光谱数据。

拉曼光谱仪的设置参数包括积分时间、测试次数等。

参  考  文  献

[1] 相里加雄， 翟旭龙， 赵向东等. 浅议白酒蒸馏技术与白酒品质的关系[J]， 酿酒， 2017，（2）

[2] 黄亚东. 对浓香型大曲白酒蒸馏智能化技术的分析[J]， 山东工业技术， 2018，（16）

许志涛（1987.01），男，汉族，河南濮阳人，博士，季华实验室，研究方向：光电检测;

李  悦（1986.06），男，汉族，吉林省吉林市人，本科，季华实验室，研究方向：软件工程;

任延宇（1990.10），男，汉族，吉林省吉林市人，硕士研究生，佛山市科佳物业管理有限公司，总经理，研究方向：管理;

许志钦（1989.02），男，汉族，河南清丰县人，本科，佛山市科佳物业管理有限公司，安防主管，研究方向：安全管理。