基于超声波的酒类品质特性测量关键技术研究

浙江工商大学学生创新项目申请书项目名称基于超声波的酒类品质特性测量关键技术研究主持人姓名主持人学院信息与电子工程学院联系电话一、基本情况项目名称基于超声波的酒类品质特性测量关键技术研究项目类别（打）A研究类B创业类C发明类D开发类E创作类F提案类G其他类项目简况起止年月申请资助类别（打）A一般项目B重点项目姓名性别男电话所在学院信电学院班级电子1103学号电子邮箱项目主持人情况参加过的主要活动情况（时间、活动内容、获奖情况等）2011学年获校“优秀学生综合三等奖学金”2012学年电子设计竞赛一等奖2012学年获校“能力突出奖学金”姓名学院信电学院班级电子1103姓名学院信电学院班级电子1103姓名学院班级项目参与人姓名学院班级二、立项依据（项目意义、现状分析）1、课题研究的背景和意义目前，我们是通过对酒类外包装的观察，品牌的要求，醇香的程度，以及品酒师依靠经验对酒类品尝后判断品质是否优良，很大程度上具有个人主观性，缺乏客观依据。市场上需要通过仪器测量出客观可信的数据，用实际指标来说明酒类的品质，规范对酒类品质的划分标准，让更多地人认可酒的品质，增加可靠度。而且市场上有不多因为难以辨别酒类的品质，进而发生纠纷事件的情况。例如酒商以次充好，再如甲醇勾兑成酒。酒中的某些有害成分也严重影响到人们的生产生活。因此，客观、快速地检验出酒类品质对生活、生产有着重要的意义。酒类品质的评价决定酒品质的要素是色、香、味、格等要素。（1）色。酒液的天然光彩主要来源于酿酒的原料及酿酒工艺。如酱香型赖茅酒是无色透明或微黄色，红葡萄酒的宝石红、绛红、棕红色等颜色。天然色给人以新鲜、纯美、朴实、天然等感觉。另外在酒的出产过程中，因为工艺前提的变化，原料本色也会随之变化，而且会产生新的光彩。（2）香。香是酒品的嗅觉特征，作为食物和饮料，香气是引起食欲、令人痛快的重要因素。我国酒品出产十分讲究香气的优雅，甚至是以酒的香型特点来归类划分白酒的品种。可讲香在酒品中的重要作用。（3）味。对于一个食物饮料而言，味的好坏是最重要的。好酒味道一定是柔美动人的，人们经常用添、酸、苦、咸、辛、涩、怪七味来评价酒的口味好坏。七味中只有甜味是使人痛快的，其它的味都是不痛快的。但他们在一起的时候，会互相掩盖或加强，当他们之间的比例适当时会给出很好的口味感觉。（4）格。格是酒品的风格综合表现。是人对酒的风格的概括性感慨感染，就是指他的典型性。由于消费者的喜好是多样化、个性化的，所以酒的风格特点是十分重要的，不能只是千篇一律的酒精味。2、现状分析目前，测量酒类品质的方法（1）品酒师品尝过酒类之后给出判定结果。此方法很大程度上具有个人主观性，缺乏客观依据。而且现代的品酒师特别是较年轻的对于品酒的经验没有过去老一辈品酒师资深，随着时代的发展，品酒这门行业的人才也会越来越少。（2）目前应用于检测酒类产品的仪器有啤酒甲醛快速测定仪、甲醛快速测定仪、白酒（酒精）检测专用色谱仪、乙醇快速检测仪等。这些仪器虽然得到广泛应用，但是对于酒类的检测方向比较单一，不能全面地反映出某种酒的优劣程度。（3）电子舌头ELECTRONICTONGUE。现代科学对液体中的味道分成酸、苦、甜、咸、鲜等五种基本味道。电子舌ELECTRONICTONGUE，就是应用于分辨液体中味道判定及成份分析的仪器。它是一种可以在短时间内分辨和定量溶液中不同的味觉或化学成份的仪器。因此电子舌是仿生感测科技的一种，它模仿人的舌头及味觉判定，相对于其他仿生感测科技；如人工耳、电子鼻而言，电子舌仍有许多未知领域待开发。目前西班牙科学家研发了一款电子舌，利用电子传感系统和先进的计算程序，它能够鉴别酒类的等级，能够辨别出“干”、“天然干”以及“中干”型葡萄酒的差异。（4）酒类有害物质的检测。重金属、农药、有机溶剂的残留会严重影响酒的品质，甚至会危害人体健康。对于这些有害物质的检测也将成为酒类品质检测的一大重点。三、项目实施方案、实施计划及可行性分析（按项目内容、目标、拟解决的关键问题、实施方案、具体实施计划和可行性分别详细填写）1、项目内容使用超声波检测设备对各类酒样进行检测，通过超声波波形反射情况和穿透时间的能量变化来采集数据，并对数据进行对比分析来判断酒类中各成分（例如酒精、糖类、醛类、酯类、杂醇油、氰化物、铅、亚硝酸盐、菌落、食盐、多酚化合物等）的含量，从而对酒样的品质做出评估。用超声波检测设备对多种酒样进行检测，记录各组波形与相关参数，构成样本库。在拥有完备的样本库后，设计一台超声波酒类品质检测仪，将数据库（样本库）植入到设备中，实现人机交互。2、目标初期目标建立准确、完备的酒类成分超声波指标样本库，能与各类实际酒样指标进行实际对比。后期目标设计一台操作简便的超声波酒类品质检测仪，可以直观的显示出酒样中的各类指标，并给出客观的酒类品质评价。3、拟解决的关键问题前期基于酒样各成分的超声波波形反射情况和穿透时间能量变化的正确数据分析。后期1、基于对超声波设备植入样本数据库的程序设计。2、基于超声波仪器的声波发射、接收、反馈一体化的电路设计。4、实施方案前期样本库构建（过程如下图所示）由超声波发射设备产生稳定的超声波信号，对酒样进行照射，通过传感器将信号传入计算机进行数据的采集和分析。后期设备仪器设计将超声波发射器、传感器、数据显示器以及酒样放置装置集成为一体，使之便于携带，方便使用。5、具体实施计划（1）2013年4月2013年6月查阅文献及部分相关报道，咨询相关专业人士，分项负责，学习相关专业知识；定期进行讨论，不断深化研究，初步进行尝试性的研究设计。（2）2013年6月2013年9月着手准备相关事宜，采集并测量数据样本，进行初步分析，并通过已有的资料核对比较，将研究方案不断改进以切合实际。（3）2013年9月2013年12月不断进行实验，并在实验中发现问题，及时解决，初步整理实验的相关资料及数据，并着手开始应用与仪器的程序与电路设计。（4）2014年1月2014年12月咨询相关专业人士，将作品的欠缺之处进行最后的休整，整理实验数据，撰写研究报告及论文发表事宜。6、可行性（1）技术上的可行性一个超声波发生器用于产生一定频率的超声波，一个接收器用于接收反射波形及能量信号。目前超声波应用技术已比较完善，对于超声波的测量可以达到很高的精度，满足了研究的需要。（2）设备可行性实验室、图书馆、手机、电脑、各种元器件等设备可以提供课题研究的各种需要。（3）资料可行性我们可以参阅网上以及图书馆的相关资料，积极与老师，学长们讨论，增强自己对该课题的了解与掌握以便于设计，制作。（4）实际应用可行性该设备可应用与实际生活中对于酒类产品质量的检测。（5）人员构成的合理性我们组的各成员来自同一个班，相互间易于交流，容易安排实验时间，课题的研究方向与专业相结合，我们都有相关的理论知识，并对该项目抱有热心，与积极性。四、项目预期成果和形式预期成果1、检测装置一台2、研究报告3、酒样数据库（包括酒类某些成分的指标及对酒品质的客观评价）4、公开发表论文五、本项目的特色与创新之处目前应用于酒类的检测较为前沿的装置是电子舌头，它是使用类似于生物系统的材料作传感器的敏感脂膜，当类脂薄膜的一侧与味觉物质接触时，膜电势发生变化，从而产生响应，检测出各类味觉物质量化关系，同人的味觉感觉相匹配而分析出酸、甜、苦、咸、鲜等味觉指标来分析。我们的课题研究是利用超声波技术对酒类进行检测，这是通过超声波的波形反射情况和穿透时间的能量变化来采集数据，再对数据进行对比分析来判断酒类中各成分的含量指标，从而可以对酒的品质做出评估。这项技术目前还尚未成熟，国内外在这一领域的研究也较少，因此具有很高的可行性、创新性和实用价值。我们设计的超声波酒类检测仪可以直接应用于实际生活。当更改仪器中数据库后，也可将此研究的核心技术拓展到对其他液体的成分指标检测，应用范围广泛，意义深远。六、经费预算支出科目金额（元）计算根据及理由800STM32嵌入式系统开发板200STM32开发工具400超声波传感器。开发设备及耗材1000电子电路原材料，电路板制作费用。购买书籍资料200差旅费500合计310000七、指导教师信息（聘请全程指导教师时必须填写）导师姓名朱金刚职称高级实验师学位工学学士教龄15联系电话28877754电子邮箱ZJGMAILZJGSUEDUCN导师姓名何忠蛟职称副教授学位工学硕士教龄10联系电话28877741电子邮箱HE335577163COM近两年导师本人科研情况简介多年来一直致力于电子技术应用及智能仪表方面的教学、科研工作，在国内电子类刊物已累计发表论文30余篇，编（译）著教材5部。近两年指导学生课外活动情况简介长期担任信电学院学生创新科技活动指导老师，多次担任“全国大学生电子设计竞赛”辅导老师和“希望杯”学生科技活动辅导老师。信电学院“电子学会”科技辅导员。导师对该申报项目的审核意见及指导计划基于超声波的酒类品质特性测量关键技术研究项目具有一定的实用意义和应用前景，就目前而言，还未有便携式的相关产品