CN101034056A - 卷烟物料水分快速检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卷烟物料水分快速检测装置。光源发射器(2)发射出光束聚焦于斩光器(4)，再经过透镜(3)调制照射到反射镜(5)后通过凹透镜(13)调制成工作光束；反射光束通过透镜(3)到达半反射镜(12)分为双窄波段后由光源捕集器接受并探测反射光线对应的吸收峰的E_λ1和非吸收峰的E_λ2，再由信号处理器(7)对前置处理后的信号进行信号转化、数据处理，最终通过显示器(8)显示烟草物料的水分含量。本发明采用音叉调制器全波段光束调制照射，双窄波段光束接收探测设计，大大提高了测量准确度，从而有效地减少和降低了仪器的系统误差。

Description

卷烟物料水分快速检测装置

技术领域

本发明属于卷烟品质监控测定设备技术领域，具体涉及一种能用于卷烟生产中在线测定膨胀梗丝和颗粒状填充料水分的卷烟物料水分快速检测装置。

背景技术

自50年代以来，世界烟草企业一直致力于低焦油卷烟的研究和开发，研究发现降低焦油最为有效的技术措施是调整配方结构，加入卷烟填充料例如膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒等替代部分烟叶，从而减少烟叶用量来降低焦油释放量。卷烟填充料膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒等加入到叶组配方中，与配方烟丝掺配均匀后卷制成卷烟产品，生产工艺过程中对这类卷烟填充料的品质要求很高，特别是水分的控制，因为水分过高、过低或水分不均匀均会影响到卷烟加工的诸多环节。水分过高会引起卷烟原料的相互黏合，影响卷烟设备的运转；水分过少则会引起较多的造碎，影响卷烟原料的填充能力；水分不均匀则会影响到最终产品质量的不均匀。因此在生产工艺过程中实时监控测定膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒的水分对控制卷烟产品的质量是非常重要的。

卷烟生产中对烟丝水分的实时监测采用的是红外水分探测仪，这种探测仪是固定在生产设备上，对工艺流程上某一固定位置的烟丝水分进行测定。作为卷烟填充料的膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒在生产线上生产时，由于其与烟丝相比具有更复杂的物理形状，因此仅对生产线上某个位置的物料水分进行监测是无法全面反映物料的生产品质，并且膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒在烟丝生产加工完成后期掺配进入配方烟丝，这时对物料水分的监测更是要求全面、实时反映，这就需要对物料水分能随时测定，任意位置测定。

目前在工业生产工艺流程上能自动测量粉粒状固体物料水分含量的测定设备主要有红外线式、中子式、电阻式、电容式、微波式。这几种测定设备相比较而言，红外线是具有测量精度高，噪声小，体积小的优点。中国专利CN96236089.9公开了一种红外水份仪，此设备采用的是失重法(烘干法)，虽然这是标准方法，但是需要测定的时间长，且无法实现在线移动测定。专利CN01239776.8报道了一种高精度红外水份仪，此设备在常规红外接受器上辅联温湿度传感器，消除空气中水分子的浓度对测量值的影响，提高精度。但此测定设备体积大，携带不方便，且测定物料范围广，对某一特定物料测定就无法提高测量精度。因此目前针对卷烟能在线实时监测水分的设备很少，尤其是只针对卷烟填充料膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒实时在线监测水分的设备未见报道。为此，本发明人针对现有技术的不足，研制开发了能够实时对卷烟填充料膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒全面、在线实时监测的卷烟物料水分快速检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，工作稳定，能够实时对卷烟填充料膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒全面、在线实时监测的卷烟物料水分快速检测装置。

本发明的目的是这样实现的：包括总电源、光源发射器、检测光路系统和控制电路系统，总电源向光源发射器、检测光路系统和控制电路系统各组件提供工作电源，光源发射器发射出光束，光束经透镜聚焦于斩光器对红外光进行斩光，再经过透镜将全波段光束通过调制器调制后照射到反射镜上，由反射镜将全波段光束通过凹透镜调制成工作光束，工作光束照射到被测物料经吸收后反射光束通过透镜到达半反射镜，由半反射镜将反射光束分为双窄波段后，由光学或电学连接的滤光片、探测器、前置处理器组成的光源捕集器接受并探测光线对应的吸收峰的E_λ1和非吸收峰的E_λ2，再由信号处理器对前置处理后的信号进行信号转化、数据处理，最终通过显示器显示烟草物料的水分含量。

由于本发明采用音叉调制器全波段光束同轴调制照射，双窄波段光束接收探测设计，取代常规红外仪设备使用的电机调制盘。双元探测器分别同轴接收测量，消除了对移动目标分时测量带来的误差，测量采样次数提高到150次/秒，大大提高了测量准确度，从而有效地减少和降低了仪器的系统误差。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制。

图1为本发明的整体结构电性原理图；

图2为本发明光路示意图；

图3为本发明一种实施例电路示意图。其中发射器电源1、光源发射器2、透镜3、斩光器4、反射镜5、总电源6、信号处理器7、显示器8、前置处理器9、探测器10、滤光片11、半反射镜12、凹透镜13、被测物料14。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明包括总电源6、光源发射器2、检测光路系统和控制电路系统，总电源6向光源发射器2、检测光路系统和控制电路系统各组件提供工作电源，光源发射器2发射出光束，光束经透镜3聚焦于斩光器4对红外光进行斩光，再经过透镜3将全波段光束通过调制器调制后照射到反射镜上，由反射镜5将全波段光束通过凹透镜13调制成工作光束，工作光束照射到被测物料经吸收后的反射光束通过透镜3到达半反射镜12，由半反射镜12将反射光束分为双窄波段后，由光学或电学连接的滤光片11、探测器10、前置处理器9组成的光源捕集器接受并探测光线对应的吸收峰的E_λ1和非吸收峰的E_λ2，再由信号处理器7对前置处理后的信号进行信号转化、数据处理，最终通过显示器8显示烟草物料的水分含量。

所述的信号处理器7设有自动增益控制器，利用自动增益控制器动态处理放大器放大后的信号，自动调节增益水平后的信号传输到除法器进行运算处理。

所述的调制器为音叉调制器。

所述的滤光片11窄带滤光片，其设置于反射光路中并靠近探测器安放。

所述的前置处理器9、信号处理器7中的放大器为单选频放大器。

图3示出了本发明控制电路系统的一种设计方案，功能相同或相似的元件及现有技术背景下的典型线路的等同替换，属于本发明保护范围。

本发明的工作原理：

本发明运用红外技术测量物体含水量，是根据被测物料植物纤维结构中的水分子团，对光线有特定吸收峰的原理，测出其特定吸收峰的E_λ1和非吸收峰的E_λ2，其比值E_λ1/E_λ2，就是对应被测物纤维中的水份含量。

本发明的工作过程；

接通电源，控制光源发出光束，光束经过调制器调制，对光信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输的传输信号，后进入到探测器，探测器偏压将传输信号分为两个不同波段信号处理，并将传输信号转化为电信号，通过前置放大器和主放大器对信号进行放大，再经检波器将高频信号检波为低频信号，并利用自动增益控制器动态处理信号，对放大器放大后的信号根据变化自动调节增益水平，调节后的信号传输到除法器进行运算处理，然后输入到显示器显示。

本发明的特点：

1、采用高精度功率稳定控制技术，对光源进行稳定控制。常规使用的红外仪设备光源温度通常为1700℃，采用高精度功率稳定控制技术后将光源温度降为1200℃，不但可提高灯泡使用寿命10倍左右，还使光源稳定度在仪器设计精度内提高2‰。高精度功率稳定控制技术的实施消除了因光源强度变化对测量结果带来的误差。

2、采用音叉调制器，取代常规红外仪设备使用的电机调制盘，对照射光进行引用时同轴调制。双元探测器同时同轴接收测量。消除了对移动目标分时测量带来的误差。并且测量采样次数由5-10次/秒，提高到150次/秒，提高了测量准确度。调制光直接照射被测物体，指示照射国标。音叉调制器无磨损，寿命长，精度高，体积小，重量轻。采用音叉调制器相对国内外使用的电机调制盘常规红外仪设备，大大减少和降低了仪器的系统误差。

3、采用光路全新设计理念，把窄带滤光片从照射光路，移至反射光路，安放在探测器前，有效降低背景噪声。

4、采用单选频放大器，代替多脉冲宽带放大器，压缩噪声宽带，提高测试精度。

5、运用全新的光路设计理念，采用高精度功率稳定控制技术和音叉调制器制备的水分快速检测装置与国内外同类仪器相比较，减少了“两束”辅助(补偿)光束及元件。

6、针对卷烟填充料膨胀梗丝、颗粒状填充料三元多孔颗粒实时在线监测水分而开发的此设备，只用考虑两种被测物料植物纤维结构中的水分子团对光线的特定吸收峰，缩小了测定范围，提高了测量精度，和系统稳定性，并且操作简单方便，体积小，便于携带使用。不但可固定在生产线某位置定点监测也可游动对生产线各个点位置随机监测。

测量应用示例1

在颗粒状填充料三元多孔颗粒生产线上，恢复单元出料口处使用本发明技术测定恢复后的颗粒状填充料三元多孔颗粒的水分。并对同一位置线上的颗粒状填充料三元多孔颗粒取样采用国标方法烘箱法测定水分，比对两种方法测定水分数据的差异。在皮带相同位置每隔十分钟测定一次水分并取样，共测定10次。测定结果见表1。

               表1测定结果

测定次数	水分含量		d＝x-y
				X(本发明)	Y(烘箱法)
	1	4.85％				4.94％	-0.09％
2			4.62％	4.46％	0.16％
	3	4.23％				4.37％	-0.14％
4			4.37％	4.29％	0.08％
	5	4.40％				4.13％	0.27％
6			4.76％	4.60％	0.16％
	7	4.50％				4.78％	-0.28％
8			4.62％	4.84％	-0.22％
	9	4.96％				4.77％	0.19％
10			4.53％	4.42％	0.11％
	平均值	4.58％				4.56％	0.02％

根据表1中的数据，我们采用基于成对数据的进行t检验，鉴定两种方法的测量结果有无显著差异。已知关于正态总体均值的t检验的拒绝域为

$\left|t\right|=\left|\frac{\stackrel{\‾}{d}}{s/\sqrt{n}}\right|\≥t_{\mathrm{\α}/2}(n-1)$

n＝10，t_α/2(9)＝t_0.005(9)＝3.2498，即拒绝域为：

$\left|t\right|=\left|\frac{\stackrel{\‾}{d}-0}{s/\sqrt{n}}\right|\≥3.2498$

由表中数据得d的平均值＝0.02％，s＝0.19％，

$\left|t\right|=\left|\frac{0.02\%}{0.19\%/\sqrt{9}}\right|=0.39789<3.2498$

测定数据计算结果显示|t|的值不落在拒绝域内，故我们可认为该水分快速检测装置与国标方法烘箱法对卷烟填充料颗粒状材料的水分测定结果偏差很小，无显著差异。且该水分快速检测装置测量精度高，系统稳定，操作简单方便，可实时在线监测水分变化情况。

测量示例2

在膨胀梗丝生产线COMAS梗丝膨化装置，膨胀后干燥单元出料口处使用本发明水分快速检测装置测定膨胀干燥后的膨胀梗丝水分。并对同一位置线上的膨胀梗丝取样采用国标方法烘箱法测定水分，比对两种方法测定水分数据的差异。在皮带相同位置每隔十分钟测定一次水分并取样，共测定10次。测定结果见表2。

                       表2测定结果

测定次数	水分含量		d＝x-y
				X(本发明)	Y(烘箱法)
	1	13.43％				13.75％	-0.32％
2			13.46％	13.62％	-0.16％
	3	13.31％				13.49％	-0.18％
4			13.85％	13.74％	0.11％
	5	13.76％				14.00％	-0.24％
6			13.69％	13.53％	0.16％
	7	13.82％				13.58％	0.24％

8	13.39％	13.54％	-0.15％
				9	13.75％	13.61％	0.14％
10	13.58％	13.63％	-0.05％
				平均值	13.60％	13.65％	-0.05％

同实施例1一样，我们对表2中的数据，采用t检验鉴定两种方法对膨胀梗丝的测量结果有无显著差异。

n＝10，t_α/2(9)＝t_0.005(9)＝3.2498，即拒绝域为

$\left|t\right|=\left|\frac{\stackrel{\&OverBar;}{d}-0}{s/\sqrt{n}}\right|\&GreaterEqual;3.2498$

由表中数据得d的平均值＝0.05％，s＝0.19％，

$\left|t\right|=\left|\frac{0.05\%}{0.19\%\sqrt{9}}\right|=0.73468<3.2498$

|t|＝0.73468，不落在拒绝域内，故我们可知该水分快速检测装置与国标方法烘箱法对卷烟填充料膨胀梗丝的水分测定结果偏差很小，无显著差异。且该水分快速检测装置测量精度高，系统稳定，操作简单方便，可实时在线监测水分变化情况。

Claims (5)

1、一种卷烟物料水分快速检测装置，包括总电源(6)、光源发射器(2)、检测光路系统和控制电路系统，总电源(6)向光源发射器(2)、检测光路系统和控制电路系统各组件提供工作电源，其特征是：光源发射器(2)发射出光束，光束经透镜(3)聚焦于斩光器(4)对红外光进行斩光，再经过透镜(3)将全波段光束通过调制器调制后照射到反射镜(5)上，由反射镜(5)将全波段光束通过凹透镜(13)调制成工作光束，工作光束照射到被测物料经吸收后的反射光束通过透镜(3)到达半反射镜(12)，由半反射镜(12)将反射光束分为双窄波段后，由光学或电学连接的滤光片(11)、探测器(10)、前置处理器(9)组成的光源捕集器接受并探测光线对应的吸收峰的E_λ1和非吸收峰的E_λ2，再由信号处理器(7)对前置处理后的信号进行信号转化、数据处理，最终通过显示器(8)显示烟草物料的水分含量。

2、如权利要求1所述的卷烟物料水分快速检测装置，其特征是：所述的信号处理器(7)设有自动增益控制器，利用自动增益控制器动态处理放大器放大后的信号，自动调节增益水平后的信号传输到除法器进行运算处理。

3、如权利要求1所述的卷烟物料水分快速检测装置，其特征是：所述的调制器为音叉调制器。

4、如权利要求1所述的卷烟物料水分快速检测装置，其特征是：所述的滤光片(11)窄带滤光片，其设置于反射光路中并靠近探测器(10)安放。

5、如权利要求1所述的卷烟物料水分快速检测装置，其特征是：所述的前置处理器(9)、信号处理器(7)中的放大器为单选频放大器。

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