一种基于特定频率与波长参数的易陈化酒类质量监控系统的制作方法

1.本发明属于黄酒、果酒酿造工艺领域，涉及一种可以隔着坛子非接触分析酒的品质、以及监控大量存放的易陈化酒品质状态的技术方法。


背景技术：

2.黄酒以诱人的馥郁芳香所闻名。其之所以香气浓郁、口感独特，是因为在发酵期间产生了包括酯类、醇类、醛类、酸类、羰基化合物和酚类等多种成分。这也为针对黄酒的质量检测带来了不小的难题。一般而言，新酿出的黄酒口味比较粗糙，较刺激、欠柔和，价格很低；而陈酒则香味馥郁、口感温顺，价格高。
3.传统手工酿造黄酒一般贮藏在陶坛等材质的容器，但以陶坛贮存的黄酒质量最佳，因陶坛的透气性好，可以加速黄酒陈化阶段的氧化还原反应和酯化反应。贮酒仓库阴凉、通风、干燥并保持一定湿度，密封的酒坛堆叠存放，有四层之高。黄酒在封坛前历经高温煎酒，这个过程灭活了大部分好氧微生物和酶，然后，热酒直接被灌装到陈酿陶坛中，立即用荷叶、竹壳等材料封好坛口，用黄泥盖面定型，完成封坛。在黄酒贮存陈化的数年、甚至数十年间，陈酿老熟有效促进酒精分子之间、酒精分子与水分子的缔合，促进醇与酸的酯化，可以提高黄酒香气，使之口味甘顺柔和。但实际中，贮藏期经常会发生黄酒酸败现象，且酸败比例远超20%。开坛黄酒如果酸度超过国家标准7.5g/l以上，不经处理是不能出厂的。可以根据超酸情况进行必要的处理：（1）轻度超酸：酸度在 7.5-9.15g/l的发酵醪，可采用与低酸度发酵醪混合搭配的方法，使酸度符合要求；（2）酸度在9.15g/l以上的高酸度发酵醪，能与低酸度发酵醪混合搭配处理的，即搭配处理，不能搭配处理的，则单独榨酒、调色、煎酒、灌坛和贮存，这样的酒经煎酒后贮存，其乳酸乙酯和其它有机酸酯含量会大大超过正常酒，而且，经过较长时间的贮存，其香气优，可作为勾兑和调味用，也可与来年低酸度黄酒进行勾兑，提高来年黄酒的口味和香气；（3）对于腐败变质和已发臭的发酵醪，只能作为蒸馏酒精的原料、饲料或废水处理。黄酒酸败主要分为醋酸酸败和乳酸酸败。醋酸酸败主要在低酒精度、好氧情况下发生，是由于酒坛破损或密封不严造成的，这类污染对于正常贮存黄酒的危害较小。而乳酸酸败是造成密闭环境下黄酒陈酿过程出现酸败现象的主要原因。有研究学者从酸败的黄酒中分离出食果糖乳杆菌和耐酸乳杆菌，二者都具有很高的酒精耐受度，且适宜在酸性环境生长繁殖。传统的检测方式需要打开存储容器进行接触式的检测、品鉴，质量的检测亦是如此。而存储中期开坛会中断保存。
4.因此，陈酿数十年的黄酒在开坛时才会取样、品尝、化验，一旦发现酸腐、甚至发臭，整坛黄酒只能做报废处理。这不仅会降低黄酒厂得酒率，而且会占用大面积的储酒空间，大大提高了酒厂的生产成本。想要检测酒体是否变质就必须要开坛，而开坛又会导致酒体难以继续窖藏。
5.非常遗憾的是，过去数十年，没有任何非接触测量黄酒陈化的进展。
6.相关研究都没有发现到这些易陈化酒类在变质前后存在物理属性变化。毕竟，变质黄酒只是产生了一些菌落，不改变原有材料的主要性质。
7.唯一显著变化的参数是ph值。目前行业内已知，随年份增加,黄酒中酒精度、总糖、总酸含量、ph逐年降低；氨基酸态氮、非糖固形物含量出现不同程度增加。黄酒中铁离子含量先増后减,在5年时出现最大值4.64μg/l。黄酒中铁离子源于原料带入及陶坛壁的微量溶解。总酯含量在5年左右达到最大值，5年后略有下降，但基本持稳。正常品质的黄酒ph值在4.1-4.4之间，而变质之后最低会到3.7，严重霉变的甚至会变成碱性到8以上，同时出现长毛等肉眼可见腐败.但是，ph值也并没有有效的非接触探测方法，还是需要开坛。何况绝大多数情况下，只要不是霉变到碱性，这样的一个变化幅度也不过10%。
8.为了解决这个问题，本发明提出非接触完成酒体质量的检测的方法与设备系统。过程中不会开启酒坛，因而不会对酒体质量产生影响。这项技术可以用来及时发现有变质倾向的黄酒并加以处理。轻度变酸的黄酒口感独特，可以进行售卖；重度酸败的黄酒则可直接清除，提升酒窖的空间利用率。


技术实现要素：

9.本发明中提出了一种新的技术方案，针对易陈化酒类的非接触探测设计一种新的设备，可以隔着坛子非接触分析、监控陈化酒的品质状态。如附图1所示。
10.以黄酒为例，一般情况下，我们可以把酒坛分成如附图2酒坛结构所示的四层结构：外壁釉层（5）、陶土（4）、内壁釉层（3）、酒液（2）。外面的坛壁一般不超过1-1.5厘米，也就是说雷达波是可以穿过坛壁的。
11.虽然据目前所有能够获得的公开资料，酒液在变质前后没有主要物理性质的差别。然而，发明人研究表明，如果进行一种特殊的设计，则一种非接触的品质监控系统还是可以实现的，其不需要主要物理性质发生变化，而是由于发明人所发现的某种氢键网络重排，也能有特征性效果。
12.本发明需要首先定义一个陈化酒类品质本征函数e-function，用于代表黄酒、果酒等易陈化酒类的一个特征品质状态。
13.在采用附图1的设计方案，以微波雷达贴合坛壁，选取并生成波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz的之间的微波，并对酒坛内部发射（不一定是垂直入射）的场景下，以及入射功率基本一致的情况下，我们将陈化酒类的品质本征函数定义为：e-function（陈化酒类品质本征函数）=w1/w0其中，w0=对于标准品质的酒液，生成并入射波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz之间的微波后，天线接收到的雷达回波信号的功率；w1=对于待测的目标酒液，生成并入射波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz之间的微波后，天线接收到的雷达回波信号的功率。
14.与这一定义成正相关或者负相关的函数也可以拿来用，对于上述定义，进行数学变换不影响其实质。任何在本发明所载明的函数基础上，通过神经网络训练可以得到的正相关或负相关函数，均应视为等效替换。
15.于是，本发明提出一种特定频率与波长参数的易陈化酒类质量监控系统，其特征
在于： 1）具备有至少一个微波雷达组件（如毫米波雷达、微波辐射计），探测方向朝向贮藏酒类，可以是紧贴着酒类贮藏容器如陶坛，具备发射与接收天线；2）以特定参数选取生成波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，然后向贮藏在贮藏容器内的酒类液体发射生成的微波信号，并接收回波信号，从而获得贮藏酒类物体对于该特殊选取生成的微波的回波信号（如回波信号强度、回波功率、相位偏移、或者与微波反射回波的场强正相关的电信号及物理量）；3）微波雷达将数据传递到计算端（如树莓派、微型计算机、智能手机、平板电脑、远程服务器），而后计算端依据本发明正文中所公布载明的本征品质特征函数公式，或其等效数学变体（比如乘以某个系数或者其它数学上的包装处理、或者在本发明所载明的函数基础上通过神经网络训练可以得到的正相关或负相关函数），结合电磁散射或逆散射模型，或结合空气介质、酒类物体与坛子已知的材料信息，计算对应该陈化酒类探测对象的特征函数或其等效变体的数值或数值曲线；4）获得特征函数值后，系统以下述两种模式中的任意一种或两种对贮藏酒液进行品质判断：a模式：系统建立有对标数据/数据库（如服务器端存储的大数据库、或者装有对标准品质酒液的同种酒坛的回波测试结果），计算端以测量目标的特征函数结果与对标数据进行对比分析，根据与对标数据的差异比对确定该酒类的实时品质状态，e-function大于1则提示变质风险；作为a模式其中特殊情况的，接受到的微波回波强度（或其等价物理量包括电磁波振幅、以及与其正相关的物理量包括回波功率）本身就正相关于本征品质特征函数e-function，因此只要非接触测得上述回波强度高于装有标准品质的同样坛装的酒液的微波回波强度（或其等价的物理量包括电磁波振幅、以及与其正相关的物理量包括回波功率），即可判断贮藏酒类发生了变质；b模式：系统通过大量测量建立数据库，在酒液的储藏过程中，通过检测机对酒液进行定期测量，生成本征品质特征函数（或其等效变体）测量值随时间变化的曲线，而后以该曲线的斜率变化用于预判酒液是否出现了酸败或变质倾向，比如某处的上升斜率开始增大，则系统据此预判其即将变质；同理，作为b模式其中特殊情况的，接受到的微波回波强度（或其等价物理量包括电磁波振幅、以及与其正相关的物理量包括回波功率）发生向上突变的拐点，即可判断贮藏酒类发生了变质。
16.而趋肤深度则与本征品质特征函数e-function负相关。因此，如果经对比新测量的趋肤深度减小，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。
17.由于功率正比于场强的平方，因此正相关于本征品质特征函数，基于回波功率也是可行的，比如具体实施方式中，本系统用特定选取的波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz的之间的微波，照射存储黄酒的陶坛，此时放置在密封的陶坛中的酒液会吸收一部分微波，并散射出一部分回波，而这一部分回波反应在微波接收天线上的微波雷达电输出功率，如果回波功率相比于标准品质参照增大，或者相比于自身长期测量均值增大，都提示黄酒发生了变质。
18.发明人研究指出，在所有电磁波波段中，必须生成波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz之间的微波用于上述探测，存在e-function差异现象。一般的电磁波不可用。
19.发明人还发现，在黄酒变质的过程中，发生了氢键网络的重排，而这种重排恰好会导致上述特征性的本征函数差异。
20.在具体实施方式中，本发明试制了几种样机。
21.手持式回波探测型设备：该系统是一种便携式小型设备，如附图3所示，包括有安装在下面的毫米波微波雷达，微波雷达上有发射与接收天线，微波雷达与一台安装在设备内部中间的微型计算机（或其等价替代品如树莓派、智能手机、平板电脑、笔记本电脑）相连接，用户在安装在设备上面的触摸屏上操作，设备自身携带了电池，有一定的续航能力。使用的时候，通过毫米波微波雷达组件靠近或者紧贴酒坛（可以隔着一段空气但是越靠近可获得更高的准确度），选取生成特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，靠近或贴着酒坛对酒坛内部发射微波，并接收回波，这种情况下收到的回波其实分为两个主要部分：第一部分是入射到空气和酒坛的界面发生反射产生的回波；第二部分是由于该频率的微波可以穿透酒坛，会在入射后，到达酒液与酒坛的边界界面又产生反射与折射，其中反射的部分又可以射出坛壁，构成第二部分的回波，当然坛壁会造成一定功率损耗；于是微波雷达可以收到回波，设备接收回波并检测记录该发射微波的回波信号的总的回波功率，或者其等价的变体（包括电磁波的振幅、获得电磁场能量、收到的回波的信号功率等，其实都是测量场强模式的变化形式，比如能量就与回波的振幅平方成正比的，反射波的电信号功率也是，凡此种种不一一列举，这些都应当被视为是本发明所述内容的等价变换）；作为预处理工作的，系统应首先对于存储有正常品质酒液的酒坛进行上述方法的测量，生成发射波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz之间的微波并接收回波，获得、记录相应的回波信号的场强数据（包括上述的其等价的变体），设备则存储或者在服务器上存储 这些数据，构成标准特征数据库edata。而后系统对装有未知品质的酒液的酒坛进行上述方法的测量，与 标准特征数据库edata对比，如果回波信号的场强数据（包括上述的其等价的变体）增大，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。或者如果相对于自身的长期测量均值发生了向上突变，也可以判断发生了变质。
22.该型号还有简化的版本，设备本身不包含计算机部分，而是提供app和接口，用户以数据线将设备连接到智能手机如iphone，或平板电脑ipad、surface平板电脑使用，通过在智能手机或平板电脑上操作app实现操作输入与显示，计算比对e-function等后台操作则在智能手机或平板电脑或云服务器完成。
23.比如附图3的触摸屏和微型计算机都可以换成一个预留的支架，留有usb或者lightning接口，然后插入平板电脑使用。
24.为了应对大量的酒坛检测对象，系统还具备有一个摄像头，当然如果是插入平板电脑或者智能手机使用的话这个摄像头就不需要另配了，在工作流程中，给予每个酒坛一张标签贴纸，用以印刷各个酒坛的身份识别信息（包括但不限于条形码、二维码、数字id）。
当面对多坛待测目标物时，将标签一一贴在待测目标物酒坛上，以设备摄像头对其拍摄，识别出该酒坛身份，从而在测量结果和酒坛身份之间建立对应关系，并存储在数据库中。只需要定期测量记录数据，比如每周扫一遍酒窖中的所有酒坛，就能建立相关数据库，每一坛酒就是这个数据库里的一个数据表，每一次测量是其一个项，年复一年对样本（酒体）未来的质量情况进行长期观测，这样数据库中每一个酒坛的测量数值就能形成随时间变化的曲线，当某坛酒液的长期测量观察曲线出现向上拐头的拐点，或者向上斜率明显增大，则系统就能够判断酒类发生了变质陈化，还能定位到是那一坛酒，发出提示或报警。工作人员根据酒坛id就可以找到并进行处理。
25.随着大量数据的形成，我们还建立了机器学习机制，对贮藏条件与曲线变化之间的相关性，以及贮藏酒的品质口感与曲线相关性，进行关联分析。
[0026] 云端反演趋肤深度设备：其特征在于，该系统是一种便携式小型设备，包括有毫米波微波雷达，微波雷达上有发射与接收天线，微波雷达与一台微型计算机（或其等价替代品如树莓派、智能手机、平板电脑、笔记本电脑）相连接，通过毫米波微波雷达组件靠近或者紧贴酒坛（可以隔着一段空气但是越靠近可获得更高的准确度），选取生成特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，靠近或贴着酒坛对酒坛内部发射微波，该频率的微波可以穿透酒坛，并在酒液与酒坛的边界界面产生反射与折射，于是微波雷达可以收到回波，设备接收回波并反演其趋肤深度：作为预处理工作的，系统应首先对于存储有正常品质酒液的酒坛进行针对上述选取的特定微波的趋肤深度，设备则存储或者在服务器上存储 这些数据，如果经对比新测量的趋肤深度减小，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。该系统在反演趋肤深度时,首先使用先验假定a-priori，通过已知信息给出待反演参数的一个假设值，包括可以用标准酒液的趋肤深度作为标准值，而后将该先验假定的假设值，与实际测量结果代入模型一起进行反演，得到的数值再作为新的a-priori，循环迭代，直到计算出对应该陈化酒类探测对象的特征函数的数值或曲线的相对概然解(most probable solution)。因为如不包括a-priori，直接根据测量值反演，往往即使使用很多频率的波段来进行该反演操作，其误差依然会是非常大的。相当于结合了测量与已知信息，能够给出更优化的解。
[0027]
该设备还可以做成频率步进版本：微波雷达选取一组特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波进行生成发射，一组微波中有多种上述范围内的但是波长频率有一定差值的微波。
[0028]
或者双雷达版本：包括有两个毫米波微波雷达，微波雷达上有发射与接收天线，微波雷达与一台微型计算机（或其等价替代品如树莓派、智能手机、平板电脑、笔记本电脑）相连接，通过毫米波微波雷达组件靠近或者紧贴酒坛（可以隔着一段空气但是越靠近可获得更高的准确度），其中一个微波雷达选取一种特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz的之间的微波进行生成发射，另一个选取一个波长长些的微波进行生成发射。
[0029] 与酒类贮藏大罐容器融合型设备：其微波雷达安装在大罐的上方空间，外壁是不锈钢或陶瓷做的，然后在容器里面放置酒，其微波雷达上有发射与接收天线，通过毫米波微波雷达组件向下方的酒液发射微波（可以隔着一段气体，如空气或惰性气体，也可以隔着一段其它材质物质），选取特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之
间的微波，该频率的微波可以在酒液与空气的边界界面产生反射与折射，于是微波雷达可以收到回波，设备接收回波并检测记录该发射微波的回波信号强度，或者其等价的变体（包括获得电磁波的振幅、电磁场能量、反射波的功率等，其实都是测量场强模式的变化形式，比如 电磁波能量就是和场强度，即振幅，的平方成正比的，反射波的电信号功率也是，凡此种种不一一列举，这些都应当被视为是本发明所述内容的等价变换），作为预处理工作的，系统应首先对正常品质酒液进行上述方法的测量，构成标准特征数据库。而后系统对装有未知品质的酒液的酒坛进行上述方法的测量，与标准品质酒液的数据对比，如果回波信号的场强数据（包括上述的其等价的变体）增大，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。
[0030]
该融合型的不锈钢新型酒坛还可以持续定期存储数据来实现数据库建立：自动建立相关数据库，便于之后对样本（酒体）未来的质量情况进行预测，通过让设备定期生成并发射上述的微波，然后每次都接收回波并检测记录该发射微波的回波强度，或者其等价的变体（如前述），记录绘制出随时间变化的曲线，如果某段时间开始曲线向上突破产生拐点，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。在这个过程中依赖大量数据，可以形成、建立黄酒质量预测ai算法，并通过上述数据库中的大量不同时期的e-function数据进行训练，得到其随时间的变化，以实现预警功能。其计算端为不到100g的rasberry pi微型计算机，其它计算都会在服务器完成。
[0031]
上述的三种形态设备还可以配备可选组件，如多波段的微波光谱探测仪，摄像头：由摄像头获得物体的外观或表面信息，再依据这部分信息进行搜索或通过网络设备向数据库查询，获得物体的已知数据，该已知数据包括材料、组成，并由多波段的微波光谱探测仪获得坛内酒液物体特征吸收谱，相关信息用于辅助计算本征品质特征函数。
[0032]
本发明的具体实施案例： 本发明针对酒坛侧壁工作的样机的原理图如附图 1所示，终端部件图如附图3所示。
[0033]
附图一中，（1）（2）部分为酒坛和其中的酒液部分，不属于探测机内部模块，仅用来便利说明；（3）微波探测雷达：用来发射和接收微波；实验中我们使用了四个小型微波雷达，环绕酒坛，这是因为我们发现酒坛的材质并不均匀，有个别坛壁位置中包含杂质。如果只用一个微波雷达也是可以的；（4）服务器：远程连接，用来计算黄酒质量检测机上传的数值以获得黄酒在各个频率下的品质本征函数并返回结果至用户端（如手机app或黄酒质量检测仪终端）。服务器端还可以有以下功能：4.1 进行运算：微波探测返回的数据会存在诸多误差，解决这个问题需要很强的算力支持；4.2 数据库建立：自动建立相关数据库，便于之后对大数据样本（酒体）未来的质量情况进行预测； 4.3 ai算法建立：建立黄酒质量预测算法，并通过上述数据库中的大量数据进行训练，以实现预警功能；（5）无线移动网络连接模块：用来上传微波雷达数据至计算处理单元，如树莓派、
手机、平板电脑、计算机；（6）终端数据处理单元：综合处理黄酒质量检测机各种事件，如从微波检测仪（3）接收数据并发送至无线连接模块（6）等，可以是树莓派、智能手机、平板电脑等小型计算设备；（7）显示器：配合（6）显示数值或界面；（8）供电单元：给设备供电，如电池；（9）按键：帮助操作；检测机有至少1个微波发射/检测天线。非必需的，检测机机体上还可以配备简单的显示屏与按键以便显示数值和进行与服务器、手机设备的连接操作。如果采用云端服务器与数据库，可以大大缩小体积、重量。
[0034]
终端的设备小型化，并可以配有多种接口：1、扫描仪版：可以手持，采用侧视检测方式：如附图4所示，检测机的检测端朝向酒坛，可以和酒坛贴近、贴合。侧视模式与酒坛交互图如附图5所示；2、俯视版或无人机版：与无人机连接用的接口支架和一个摄像头。程序上，将增加控制无人机进行自动化检测的空间扫描、障碍物识别、二维码捕捉等功能。俯视检测方式如附图6所示，与酒坛交互图如附图7所示。无人机巡视检测方式：如附图8所示；3、一体化新型不锈钢大酒窖：悬挂在酒窖顶部，如附图9所示。
[0035]
在我们的具体实施案例中，还为用户提供了控制设备用的app软件，每个酒坛贴有身份标签以供设备终端或者app扫描识别，设备终端开机后始终保持与服务器的网络连接和数据传输，app软件则可以与服务器通讯，进而通过服务器控制设备，以及查询服务器为用户提供的大数据服务、智能酒坛管理、品质预判、品质查询等职能服务；该系统使用的操作流程为：设备开机并通过网络连接上服务器，用户选取酒坛（比如通过手机app拍摄一下酒坛上的身份标签），摆好设备后，用户下达测量指示（比如在app上点击测量按钮）后，服务器向检测器终端下达检测指令，随后检测器终端选取特定波长与频率，如附图1所示，对着酒坛（2）（1）发射特制的电磁波并捕捉返回的回波微波，检测器（3）的返回数据在终端处理器如树莓派（6）进行简单处理后，随即通过网络连接单元（5）上传至服务器（4），在服务器（4）上进行计算，评估本征函数，或其曲线突变，并将结果和质量建议返回至用户手机app；同时，该数据还将会记录在云服务器上的数据库里，与根据酒坛标签识别的酒坛身份绑定，以供之后查询以及长期观察监控。之后用户可以根据app扫描酒坛标签获取相关品质数据，购买者也可以凭酒坛标签查询这坛酒的酿造期间全部品质特征数据。
[0036]
终端设备的手持重量将不超过1kg，并支持移动电池。其自身的计算端为不到100g的微型计算机，主要就是和雷达通讯，主要计算都会在服务器完成，与app通讯也是依靠服务器。相当于在我们具体实施方案中，这是一个四端架构，酒坛的身份标签，设备终端，服务器，以及用户app。
[0037]
本发明的有益效果如下。
[0038]
与之前的开坛品酒方案相比，本技术方案具有以下几个显著优点。
[0039]
1. 透视、无损。由于使用了微波技术，检测机可以做到非接触式的检测。不需要开坛，不影响保存，不会中断陈化。除却因酒坛破损导致的醋酸酸败，真正威胁黄酒品质的是由食果糖乳杆菌和耐酸乳杆菌等导致的乳酸酸败。根据过往的经验，同一缸原料制作的一批黄酒，任取其中一坛，在坛子没破损的情况下，将很具代表性。简而言之，假如同一批黄酒
中的某一坛酸败，则其他黄酒大概率都是酸败的。根据这一特性，我们可以通过只检测一批黄酒中的几坛来得出整批黄酒是否酸败的结论。
[0040]
2. 低成本。每次测量成本几乎为零。
[0041]
3. 全天候、全天时预报。可以365天持续监控，也不受贮藏条件变化的限制，一旦出现变质迹象立即提示。由于检测机服务器上的运算程序可以具有学习能力，当黄酒的检测量达到一定程度时，我们可以根据以往检测黄酒获得的参数对接下来黄酒的酒质进行预测。以具体情况，检测机会给出达到最佳出库时间的时间段建议，此建议根据既往的样本质量的发展情况学习而得。大数据。形成黄酒的状态、品质指征的大数据库。大数据库还可以应用于黄酒的入库管理及窖藏阶段，以及黄酒的出库阶段。如附图10所示。入库时，对黄酒批次与预计检测的坛次进行编号，编号后的酒坛通过手机app或电脑客户端输入进我们的数据库中。对于刚刚使用我们产品的用户而言，编号工作也可以在窖藏阶段进行。窖藏阶段，结合编号对每一批次的酒坛进行检测，以得到各个批次黄酒的变质预测。对于刚刚使用我们产品的用户而言，可以直接对所有批次的黄酒进行检测，以排除已经变质的黄酒。出库阶段，对每一坛黄酒直接进行检测，以初步筛除变质的黄酒。本发明进行了初步的实验，凡是本征函数曲线突然拐头向上增大的，后续开坛检验全部确认为变质酒。
[0042]
附图说明如下。
[0043]
图1、系统示意图，具体说明见说明书正文。本示意图中一些部件仅是举例，比如树莓派可以替换成微型计算机等，用户按键与显示器可以替换成用户自己可以安装在智能手机上的app来实现操作。
[0044]
图2、酒坛有效结构总共可以分为如图所示的6个部分。这6个部分，是微波需要穿透或探测的， 也是我们建模时需要考虑的——当我们对酒坛进行微波照射，那么酒坛的各个结构将反射微波。
[0045]
图3、系统具体实施方式举例。
[0046]
图4、便携式酒坛贮藏黄酒检测所对应的交互方式。
[0047]
图5、酒坛侧壁探测简化模型。
[0048]
图6、自上而下检测的方式。
[0049]
图7、黄酒坛的自上而下检测情形对应的结构。
[0050]
图8、无人机挂着检测器的示意图。
[0051]
图9、 一体化新型不锈钢大罐储酒设备。
[0052]
图10、大数据形成与编号系统。

技术特征：
1.一种基于特定频率与波长参数的易陈化酒类质量监控系统，其特征在于：1）装备有至少一个微波雷达组件（如毫米波雷达、微波辐射计），探测方向朝向贮藏酒类，可以是紧贴着酒类贮藏容器，且应当具备发射与接收天线，能生成、发射、接收特定微波；2）以特定参数选取生成波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，然后向贮藏在容器内的酒类液体发射该生成的微波信号，并接收回波信号，从而获得贮藏有酒类的物体（如装有酒的酒坛）对于该入射信号的回波信号（如回波信号场强、回波功率、相位偏移、或者与微波反射回波的场强正相关的电信号及物理量）；3）将回波数据传递到计算端（如树莓派、微型计算机、智能手机、平板电脑、远程服务器），而后计算端依据本发明说明书正文中所公布载明的本征品质特征函数公式，或其等效数学变体（比如乘以某个系数或者其它数学上的包装处理、或者在本发明所载明的函数基础上通过神经网络训练可以得到的正相关或负相关函数），结合电磁散射或逆散射模型，或结合空气介质、酒类物体与坛子已知的材料信息，计算出对应于该陈化酒类探测对象的本征品质特征函数（或其等效变体）的数值或数值曲线；4）然后，系统以下述两种模式中的任意一种或两种对贮藏酒液进行品质判断：a模式：系统建立有对标数据/数据库（如装有对标准品质酒液的同种酒坛的回波测试结果），计算端以测量目标的本征品质特征函数（或其等效变体）结果与标准数据进行对比分析，根据与对标数据的差异比对确定该酒类的实时品质状态，如果本征品质特征函数（或其等效变体）显著增大，则系统提示变质；其中，作为a模式的一种特殊情况的，接受到的微波雷达回波强度（或其等价物理量包括电磁波振幅、以及与其正相关的物理量包括回波功率）本身就正相关于本征品质特征函数，因此只要测得上述回波强度高于装有标准品质的同样坛装的酒液的微波回波强度（或其等价的物理量包括电磁波振幅、以及与其正相关的物理量包括回波功率），系统随即判断该贮藏酒类发生了变质；b模式：系统在酒液的储藏过程中，通过检测机对酒液进行定期测量，生成本征品质特征函数（或其等效变体）测量值随时间变化的曲线，而后以该曲线的斜率变化来预判酒液是否出现了酸败或变质倾向，一旦某处产生向上突变的拐点，或者曲线的上升斜率开始持续增大，则系统据此预判其即将变质；同理，其中，作为b模式特殊情况的，一旦某次测量或某几次测量所接受到的微波回波强度（或其等价物理量包括电磁波振幅、以及与其正相关的物理量包括回波功率）发生向上突变的拐点，或者曲线的上升斜率开始持续增大，系统即预判其即将变质。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统表现为一种便携式一体机设备，包括有计算机组件、毫米波微波雷达、数据传输线或数据通讯模块，微波雷达上有发射与接收天线，微波雷达与计算机组件（可以是一台微型计算机，或其等价替代品如树莓派、智能手机、平板电脑）相连接，以及必要的用户输入与显示设备（如触摸屏）、必要的电池或者供电输入口，其工作方式为：1）、通过毫米波微波雷达组件靠近或者紧贴酒坛（可以隔着一段空气但是越靠近可获得更高的准确度），选取生成特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，靠近或贴着酒坛对酒坛内部发射微波，并接收回波，这种情况下收到的
回波其实分为两个主要部分：第一部分是入射到空气和酒坛的界面发生反射产生的回波；第二部分是由于该频率的微波可以穿透酒坛，会在入射后，到达酒液与酒坛的边界界面又产生反射与折射，其中反射的部分又可以射出坛壁，构成第二部分的回波，当然坛壁会造成一定功率损耗；于是微波雷达可以收到回波，设备接收回波并检测记录该发射微波的回波信号的总的回波强度，或者其等价的变体（包括电磁波的振幅、获得电磁场能量、收到的回波的信号功率等，其实都是测量场强模式的变化形式，比如能量就与回波的振幅平方成正比的，反射波的电信号功率也是，凡此种种不一一列举，这些都应当被视为是本发明所述内容的等价变换）；2）、作为预处理工作的，系统应首先对于存储有正常品质酒液的同种酒坛进行上述方法的测量，或者对于待测酒液进行长期观测记录，且均是发射波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz之间的微波并接收回波，获得、记录相应的回波强度数据（包括上述的其等价的变体），在设备存储或者在服务器上存储这些数据，构成标准特征数据库，以备查询比对；3）、而后系统对装有未知品质的酒液的酒坛进行上述方法的测量，对于波长在1.76-15.0毫米之间的、频率选取在20ghz-170ghz之间的微波回波，与标准特征数据库对比，如果回波信号强度（包括上述的其等价的变体）相比于标准品质的增大，或者相对于自身的长期测量观察曲线出现向上拐头的拐点并且斜率明显增大，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，系统以a模式工作，作为a模式的又一种特殊情况的，趋肤深度反比于本征品质特征函数，因此系统接收回波后反演趋肤深度，只要反演出入射微波的趋肤深度小于的同样坛装的酒液的入射波趋肤深度，即可判断贮藏酒类发生了变质；且该系统是一种便携式小型设备，包括有两个毫米波微波雷达，微波雷达上有发射与接收天线，微波雷达与一台微型计算机（或其等价替代品如树莓派、智能手机、平板电脑、笔记本电脑）相连接，通过毫米波微波雷达组件靠近或者紧贴酒坛（可以隔着一段空气但是越靠近可获得更高的准确度），其中一个微波雷达选取一种特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波进行生成发射，另一个选取一个波长长些的微波进行生成发射，均靠近或贴着酒坛对酒坛内部发射微波，两种微波都可以穿透酒坛，并在酒液与酒坛的边界界面产生反射与折射，于是两个微波雷达可以收到回波，设备接收回波数据，并传递给计算部件或服务器以反演其趋肤深度：作为预处理工作的，系统应首先对于存储有正常品质酒液的酒坛进行针对上述选取的特定微波的趋肤深度，设备则存储或者在服务器上存储 这些数据，如果经对比新测量的趋肤深度减小，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，系统以a模式工作，作为a模式的又一种特殊情况的，趋肤深度反比于本征品质特征函数，因此系统接收回波后反演趋肤深度，只要反演出入射微波的趋肤深度小于的同样坛装的酒液的入射波趋肤深度，即可判断贮藏酒类发生了变质；且该系统在反演趋肤深度时,首先使用先验假定a-priori，通过已知信息给出待反演参数的一个假设值，包括可以用实验测量获得的标准酒液的趋肤深度作为标准值，而
后将该先验假定的假设值，与测得的回波信号数据共同代入电池散射模型进行反演，计算得到的趋肤深度数值再作为新的a-priori，循环迭代，直到计算出相对稳定的数值，对应该陈化酒类探测对象的特征函数的数值或曲线的相对概然解(most probable solution)。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统是一种酒类贮藏大罐容器，其微波雷达部件安装在大罐的上方空间，外壁是不锈钢或陶瓷或碳钢或铁做的，然后在容器里面放置酒，其微波雷达上有发射与接收天线，通过安装在顶部的毫米波微波雷达组件向下方的酒液发射微波（可以隔着一段气体或其它材质物体），选取生成特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，该频率的微波可以在酒液与气体的边界界面产生反射与折射，于是微波雷达可以收到回波，设备接收回波并检测记录该发射微波的回波信号的强度，或者其等价的变体（包括获得电磁波的振幅、电磁场能量、反射波的功率等，其实都是测量场强模式的变化形式，比如 电磁波能量就是和场强度，即振幅的平方成正比的，反射波的信号功率也是，凡此种种不一一列举，这些都应当被视为是本发明所述内容的等价变换），作为预处理工作的，系统应首先对正常品质酒液进行上述方法的测量，构成标准特征数据库，而后系统对装有未知品质的酒液的酒坛进行上述方法的测量，与标准品质酒液的该特征测量数据对比，如果回波信号强度（包括上述的其等价的变体）增大，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统是一种酒类贮藏大罐容器，其微波雷达部件安装在大罐的上方空间，外壁是不锈钢或陶瓷或碳钢或铁做的，然后在容器里面放置酒，其微波雷达上有发射与接收天线，通过安装在顶部的毫米波微波雷达组件向下方的酒液发射微波（可以隔着一段气体或其它材质物体），选取生成特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波，该频率的微波可以在酒液与气体的边界界面产生反射与折射，于是微波雷达可以收到回波，设备定期生成并发射上述的微波，然后每次都接收回波并记录该发射微波的回波强度，或者其等价的变体（如前述），得到其随时间变化的曲线或函数，如果某段时间开始该曲线或函数向上突破产生拐点（或向上的斜率持续增大），则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，设备本身不包含计算机部分，而是提供软件app和连接接口，用户以数据线或通讯模块将设备连接到智能手机或平板电脑使用，通过在智能手机或平板电脑上操作app实现操作输入与显示，回波数据分析、计算比对等后台操作则在智能手机或平板电脑或云服务器完成。8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统是一种便携式小型设备，包括有一个毫米波微波雷达，微波雷达上有发射与接收天线，微波雷达与一台微型计算机（或其等价替代品如树莓派、智能手机、平板电脑、笔记本电脑）相连接，通过毫米波微波雷达组件靠近或者紧贴酒坛（可以隔着一段空气但是越靠近可获得更高的准确度），微波雷达选取一组（大于3个）特定参数为波长在1.76-15.0毫米之间的、频率在20ghz-170ghz之间的微波进行生成发射，这一组微波中有多种上述范围内的但是波长频率有一定差值的微波，均靠近或贴着酒坛，依次对酒坛内部发射并接收回波，互相不干扰，都可以穿透酒坛，并在酒液与酒坛的边界界面产生反射与折射，于是微波雷达可以收到回波，设备接收回波数据，并传递给计算部件或服务器以反演其趋肤深度：越多的反演矩阵将确保结果的可解性；作为预处理工作的，系统应首先对于存储有正常品质酒液的酒坛进行针对上述选取的特定微波的趋肤
深度，设备则存储或者在服务器上存储这些数据，如果经对比新测量的趋肤深度减小，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 系统还具备有一个摄像头，在工作流程中，给予每个酒坛一张标签贴纸，用以印刷各个酒坛的身份识别信息（包括但不限于条形码、二维码、数字id），当面对多坛待测目标物时，将标签贴在待测目标物酒坛上，以设备摄像头对其拍摄，识别出该酒坛身份，从而在测量结果和酒坛身份之间建立对应关系，并存储在数据库中，定期测量记录数据建立相关数据库，对样本（酒体）未来的质量情况进行长期观测，数据库中每一个酒坛的测量数值形成随时间变化的曲线，当某坛酒液的长期测量观察曲线出现向上拐头的拐点或者向上斜率明显增大，则系统判断酒类发生了变质陈化，发出提示或报警。10.权利要求1所述的系统，其特征在于，系统为一个四端架构，四端分别为酒坛身份标签（黏贴在各个酒坛上），设备终端，云服务器，以及可安装在用户手机上的用户app：每个酒坛贴有身份标签以供设备终端或者app扫描识别，设备终端开机后始终保持与服务器的网络连接和数据传输，app软件则可以与服务器通讯，进而通过服务器控制设备，以及查询服务器为用户提供的大数据服务、智能酒坛管理、品质预判、品质查询等职能服务；该系统使用的操作流程为：设备开机并通过网络连接上服务器，用户选取酒坛（比如通过手机app拍摄一下酒坛上的身份标签），摆好设备后，用户下达测量指示（比如在app上点击测量按钮）后，服务器向检测器终端下达检测指令，随后检测器终端选取特定波长与频率，如附图1所示，对着酒坛（2）（1）发射特制的电磁波并捕捉返回的回波微波，检测器（3）的返回数据在终端处理器如树莓派（6）进行简单处理后，随即通过网络连接单元（5）上传至服务器（4），在服务器（4）上进行计算，评估本征函数，或其曲线突变，并将结果和质量建议返回至用户手机app；同时，该数据还将会记录在云服务器上的数据库里，与根据酒坛标签识别的酒坛身份绑定，以供之后查询。

技术总结
本发明公开了一种基于特定频率与波长参数的易陈化酒类质量监控系统，它由以下几部分组成：至少一个微波雷达组件（或微波辐射计），选取生成一种特制频率波长的微波，隔着坛子对贮藏在酒坛中的密封酒类液体进行发射，并获得其微波回波信号，获得的回波信号数据会传输到计算处理设备，计算方法则是依靠电磁散射与逆散射模型，计算出对应该陈化酒类的本发明所公布的本征品质特征函数或其等效变体，再与服务器端存储的大数据库进行对比分析，即可确定目前该酒类的品质状态。作为其中特殊情况的，接受到的微波回波场强强度（电磁波振幅、及其正相关物理量包括回波功率）本身就正比于本征品质特征函数，因此其曲线拐头向上即可判断坛内酒变质。酒变质。酒变质。


技术研发人员：张维加
受保护的技术使用者：张维加
技术研发日：2022.01.15
技术公布日：2023/7/26