利用近红外吸收光谱特性实现酒精浓度的非接触式测量系统的设计

酒精浓度的非接触式测量是一种新型的测量方法。对一些特殊行业有着很大的帮助,比如酿酒业测量酒的酒精浓度,工业上生产工业酒精等。为了便于测量不能接触的酒精溶液,文中设计了一种基于近红外吸收光谱特性的酒精浓度测量系统,可以对不同浓度的酒精溶液进行非接触式连续测量。对于酒精来说,在1300~1 350 nm的光谱段浓度定性反应非常明显,使用处于该波段的红外LED发光二极管,加上光电二极管、模数转换芯片、单片机和LCD屏幕组成该系统。通过使用该系统对不同浓度的酒精进行测量,利用最小二乘法找到酒精浓度和电压信号之间的函数关系式。这样就能通过测量电压值来反推出酒精浓度值。实验表明,在该红外波段下,采集到的电压值和酒精浓度之间有良好的二次函数关系,拟合优度达到了0.99946。测量结果显示,测量值和标准值之间的相关系数R为0.999911,平均绝对误差为0.64。
与传统酒精计的0.5相差不大,重复测量和连续测量的方差分别为0.0044和0.0056,证明了该装置的稳定性和可靠性符合预期。而且通过优化电路和程序,选择更为精确的酒精计作为标准,可以使误差更小。该方案相比传统测量方法结构简单,速度更快,还可以进行连续测量。在现实生活中,制酒业、医疗行业和工业生产等行业都对于测量酒精浓度有着很高的需求。该装置可以在不损坏产品的情况下进行酒精浓度测量,它的连续检测能力对某些行业的批量生产有着很大的帮助。通过改良,可以实现自动化检测。除了企业生产,也可用于制造日常使用的便携式酒精浓度测量仪。