一种蔗糖溶液浓度检测方法

1.本发明涉及溶液浓度检测技术领域，尤其涉及一种蔗糖溶液浓度检测方法。


背景技术：

2.蔗糖，是食糖的主要成分，是双糖的一种，由一分子葡萄糖的半缩醛羟基与一分子果糖的半缩醛羟基彼此缩合脱水而成。蔗糖有甜味，无气味，易溶于水和甘油，微溶于醇。蔗糖几乎普遍存在于植物界的叶、花、茎、种子及果实中。在甘蔗、甜菜及槭树汁中含量尤为丰富。蔗糖味甜，是重要的食品和甜味调味品。
3.现有检测蔗糖溶液浓度的检测方法有仪器分析检测法和化学检测法，仪器分析检测法虽然操作简单，但是存在设备体积大、费用昂贵、检测精度低的缺陷；化学检测法存在操作繁琐，重复性差的不足。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题，提供了一种蔗糖溶液浓度检测方法，其能够快速准确的检测出蔗糖溶液的浓度，操作简单。
5.为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明的一种蔗糖溶液浓度检测方法，包括以下步骤：
7.配置多个不同浓度的蔗糖溶液，检测每个浓度的蔗糖溶液对应的特征值y，将这些值进行线性拟合得到浓度计算公式：y＝1.2x-130，x为蔗糖溶液的浓度；
8.取待测蔗糖溶液，检测其对应的特征值y，根据浓度计算公式：y＝1.2x-130，计算出待测蔗糖溶液的浓度。
9.作为优选，所述检测某个浓度的蔗糖溶液对应的特征值y的方法包括以下步骤：
10.s1：将蔗糖溶液输入样品室；
11.s2：启动红外光源发出红外光，红外光穿过蔗糖溶液后被第一红外检测模块检测到，第一红外检测模块将检测到的光谱数据集合d1发送给中央处理单元，光谱数据集合d1包含n个光谱数据，红外光经过参照光纤后被第二红外检测模块检测到，第二红外检测模块将检测到的光谱数据集合d2发送给中央处理单元，光谱数据集合d2包含n个光谱数据，每个光谱数据由波数sp及对应的光谱强度wn组成；
12.s3：中央处理单元将光谱数据集合d1中的光谱数据按照波数从大至小排列得到光谱数据集合l1，将光谱数据集合d2中的光谱数据按照波数从大至小排列得到光谱数据集合l2，中央处理单元将光谱数据集合l1中的光谱数据的光谱强度减去光谱数据集合l2中的对应光谱数据的光谱强度，得到光谱数据集合l3；
13.s4：中央处理单元计算光谱数据集合l3中的每个光谱数据对应的强度波数比tr，得到强度波数比数据集合t，t＝{tr(1)、tr(2)
…
tr(n)}，tr(i)为光谱数据集合l3中的第i个光谱数据g3(i)对应的强度波数比，1≤i≤n，其中，sp3(i)为光谱
数据g3(i)中的光谱强度，wn3(i)为光谱数据g3(i)中的波数；
14.s5：中央处理单元将强度波数比数据集合t中的数据输入非线性共振模型，利用非线性共振模型计算得到特征信噪比snr，中央处理单元以激励噪声强度为x轴，信噪比值为y轴，建立直角坐标系，在直角坐标系中绘制出特征信噪比曲线，取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷对应的信噪比值作为特征值y。
15.在本方案中，先向样品室输入蔗糖溶液，接着启动红外光源发光，第一红外检测模块检测穿过蔗糖溶液的红外光的光谱数据，第二红外检测模块检测穿过参照光纤的红外光的光谱数据，两者相减，得到反映蔗糖溶液的光谱数据集合l3，然后计算光谱数据集合l3中的每个光谱数据对应的强度波数比tr，得到强度波数比数据集合t，将强度波数比数据集合t中的数据输入非线性共振模型，利用非线性共振模型计算得到特征信噪比snr，中央处理单元以激励噪声强度为x轴，信噪比值为y轴，建立直角坐标系，在直角坐标系中绘制出特征信噪比曲线，取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷对应的信噪比值作为特征值y。
16.在较低的激励噪声强度阶段，特征信噪比曲线表现出的稳定性不足，随着激励噪声强度的增大，输出稳定性显著增强，因此选择激励噪声强度较大的情况下产生的特征波谷作为浓度的表征参量，即选取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷(特征信噪比曲线最右侧的波谷)对应的信噪比值作为对应浓度蔗糖溶液的特征值y。
17.作为优选，所述步骤s1包括以下步骤：用清水将样品室清洗干净，向样品室通入热风将样品室烘干，将蔗糖溶液输入样品室直到蔗糖溶液达到设定高度。
18.作为优选，所述步骤s3包括以下步骤：
19.s31：中央处理单元将光谱数据集合d1中的光谱数据按照波数从大至小排列得到光谱数据集合l1，l1＝{g1(1)、g1(2)
…
g1(n)}，光谱数据集合l1中第i个光谱数据g1(i)＝(wn1(i)、sp1(i))，1≤i≤n，sp1(i)为光谱数据g1(i)中的光谱强度，wn1(i)为光谱数据g1(i)中的波数；
20.s32：中央处理单元将光谱数据集合d2中的光谱数据按照波数从大至小排列得到光谱数据集合l2，l2＝{g2(1)、g2(2)
…
g2(n)}，光谱数据集合l2中第i个光谱数据g2(i)＝(wn2(i)、sp2(i))，sp2(i)为光谱数据g2(i)中的光谱强度，wn2(i)为光谱数据g2(i)中的波数；
21.s33：中央处理单元将光谱数据集合l1中的光谱数据的光谱强度减去光谱数据集合l2中的对应光谱数据的光谱强度，得到光谱数据集合l3，l3＝{g3(1)、g3(2)
…
g3(n)｝，光谱数据集合l3中的第i个光谱数据g3(i)＝(wn3(i)、sp3(i))，
22.其中，wn3(i)＝wn2(i)-wn1(i)，sp3(i)＝sp1(i)＝sp2(i)，sp3(i)为光谱数据g3(i)中的光谱强度，wn3(i)为光谱数据g3(i)中的波数。
23.作为优选，所述步骤s5包括以下步骤：
24.中央处理单元将强度波数比数据集合t中的数据输入非线性共振模型：
[0025][0026]
[0027][0028]
其中，x为非线性共振模型中虚拟质点的位置，v(x)为非线性对称势函数，a为输入信号强度，f0为调制信号频率，为初始相位，d为激励噪声强度，a、b都为系数，ξ(i)为第i个高斯白噪声，其自相关联函数为：e[ξ(i)ξ(0)]＝2dδ(i)，δ(i)为冲击函数；
[0029]
从小到大调节d的值，将非线性共振模型产生共振时d的值记为dk，从而得到特征信噪比snr，
[0030][0031]
其中，v0为势垒高度；
[0032]
中央处理单元以激励噪声强度为x轴，信噪比值为y轴，建立直角坐标系，在直角坐标系中绘制出特征信噪比曲线，取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷对应的信噪比值作为特征值y。
[0033]
本发明的有益效果是：能够快速准确的检测出蔗糖溶液的浓度，操作简单。
附图说明
[0034]
图1是实施例的流程图；
[0035]
图2是特征信噪比曲线的示意图；
[0036]
图3是线性拟合的示意图；
[0037]
图4是样品室的结构示意图。
[0038]
图中：1、样品室，2、进液口，3、出液口，4、红外光源，5、红外检测装置，6、参照光纤，7、第一阀门，8、第二阀门。
具体实施方式
[0039]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0040]
实施例：本实施例的一种蔗糖溶液浓度检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0041]
配置多个不同浓度的蔗糖溶液，检测每个浓度的蔗糖溶液对应的特征值y，将这些值进行线性拟合得到浓度计算公式：y＝1.2x-130，x为蔗糖溶液的浓度；
[0042]
取待测蔗糖溶液，检测其对应的特征值y，根据浓度计算公式：y＝1.2x-130，计算出待测蔗糖溶液的浓度。
[0043]
检测某个浓度的蔗糖溶液对应的特征值y的方法包括以下步骤：
[0044]
s1：用清水将样品室清洗干净，向样品室通入热风将样品室烘干，将蔗糖溶液输入样品室直到蔗糖溶液达到设定高度；
[0045]
s2：启动红外光源发出红外光，红外光穿过蔗糖溶液后被第一红外检测模块检测到，第一红外检测模块将检测到的光谱数据集合d1发送给中央处理单元，光谱数据集合d1包含n个光谱数据，红外光经过参照光纤后被第二红外检测模块检测到，第二红外检测模块
将检测到的光谱数据集合d2发送给中央处理单元，光谱数据集合d2包含n个光谱数据，每个光谱数据由波数sp及对应的光谱强度wn组成；
[0046]
s3：中央处理单元将光谱数据集合d1中的光谱数据按照波数从大至小排列得到光谱数据集合l1，l1＝{g1(1)、g1(2)
…
g1(n)}，光谱数据集合l1中第i个光谱数据g1(i)＝(wn1(i)、sp1(i))，1≤i≤n，sp1(i)为光谱数据g1(i)中的光谱强度，wn1(i)为光谱数据g1(i)中的波数；
[0047]
中央处理单元将光谱数据集合d2中的光谱数据按照波数从大至小排列得到光谱数据集合l2，l2＝{g2(1)、g2(2)
…
g2(n)}，光谱数据集合l2中第i个光谱数据g2(i)＝(wn2(i)、sp2(i))，sp2(i)为光谱数据g2(i)中的光谱强度，wn2(i)为光谱数据g2(i)中的波数；
[0048]
中央处理单元将光谱数据集合l1中的光谱数据的光谱强度减去光谱数据集合l2中的对应光谱数据的光谱强度，得到光谱数据集合l3，l3＝{g3(1)、g3(2)
…
g3(n)}，光谱数据集合l3中的第i个光谱数据g3(i)＝(wn3(i)、sp3(i))，
[0049]
其中，wn3(i)＝wn2(i)-wn1(i)，sp3(i)＝sp1(i)＝sp2(i)，sp3(i)为光谱数据g3(i)中的光谱强度，wn3(i)为光谱数据g3(i)中的波数；
[0050]
s4：中央处理单元计算光谱数据集合l3中的每个光谱数据对应的强度波数比tr，得到强度波数比数据集合t，t＝{tr(1)、tr(2)
…
tr(n)}，tr(i)为光谱数据集合l3中的第i个光谱数据g3(i)对应的强度波数比，
[0051]
s5：中央处理单元将强度波数比数据集合t中的数据输入非线性共振模型：
[0052][0053][0054][0055]
其中，x为非线性共振模型中虚拟质点的位置，v(x)为非线性对称势函数，a为输入信号强度，f0为调制信号频率，为初始相位，d为激励噪声强度，a、b都为系数，ξ(i)为第i个高斯白噪声，其自相关联函数为：e[ξ(i)ξ(0)]＝2dδ(i)，δ(i)为冲击函数；
[0056]
从小到大调节d的值，将非线性共振模型产生共振时d的值记为dk(非线性共振模型在d＝dk时产生共振)，从而得到特征信噪比snr，
[0057][0058]
其中，v0为势垒高度；
[0059]
中央处理单元以激励噪声强度为x轴，信噪比值为y轴，建立直角坐标系，在直角坐标系中绘制出特征信噪比曲线，取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷对应的信噪比值作为特征值y。
[0060]
在本方案中，先向样品室输入蔗糖溶液，接着启动红外光源发光，第一红外检测模块检测穿过蔗糖溶液的红外光的光谱数据，第二红外检测模块检测穿过参照光纤的红外光的光谱数据，两者相减，得到反映蔗糖溶液的光谱数据集合l3，然后计算光谱数据集合l3中的每个光谱数据对应的强度波数比tr，得到强度波数比数据集合t，将强度波数比数据集合t中的数据输入非线性共振模型，利用非线性共振模型计算得到特征信噪比snr，中央处理单元以激励噪声强度为x轴，信噪比值为y轴，建立直角坐标系，在直角坐标系中绘制出特征信噪比曲线，取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷对应的信噪比值作为特征值y。
[0061]
在较低的激励噪声强度阶段，特征信噪比曲线表现出的稳定性不足，随着激励噪声强度的增大，输出稳定性显著增强，因此选择激励噪声强度较大的情况下产生的特征波谷作为浓度的表征参量，即选取特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷(特征信噪比曲线最右侧的波谷)对应的信噪比值作为对应浓度蔗糖溶液的特征值y。
[0062]
例如：配置5个不同浓度的蔗糖溶液，浓度分别为5mmol/l、10mmol/l、15mmol/l、20mmol/l、25mmol/l，检测这5个不同浓度的蔗糖溶液得到的5个特征信噪比曲线，如图2所示，取每个特征信噪比曲线上激励噪声强度最大的波谷对应的信噪比值作为特征值y，线性拟合，如图3所示。
[0063]
如图4所示，样品室1顶部设有进液口2，样品室1底部设有出液口3，进液口2上设有打开/关闭进液口2的第一阀门7，出液口3上设有打开/关闭出液口3的第二阀门8，样品室1左右两侧对称设有红外光源4和红外检测装置5，红外检测装置5包括第一红外检测模块、第二红外检测模块，样品室1内还设有参照光纤6，参照光纤6两端分别与红外光源4、第二红外检测模块连接，第一红外检测模块用于检测穿过待测蔗糖溶液的红外光，第二红外检测模块用于检测穿过参照光纤的红外光。