CN109916971B - 一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，属于分析检测技术领域。该方法包括新鲜烟叶单位长度电容的检测、新鲜烟叶水分含量的计算两大步骤，主要通过对新鲜烟叶上表面单位长度电容C _上 、新鲜烟叶下表面单位长度电容C _下 以及新鲜烟叶叶片上下表面间C _间 单位长度电容进行测量，根据C _上 、C _下 和C _间 与新鲜烟叶水分质量百分含量的关系进行计算，得到新鲜烟叶水分质量百分含量W _水分含率 %。本发明方法为无损检测，仅需要几分钟就可以得到新鲜烟叶的水分含量数值，结果准确，无需再经过后续复杂分析，易于推广应用。

Description

一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法。

背景技术

烟叶水分是一个重要指标，不仅影响着烟叶的力学、热学性质，还影响着烟叶的物理特性和工艺质量。对于不同植株上新鲜烟叶水分含量与其生长周期、成熟程度、生长状况以及烟叶品种具有重要的指标参数。鲜烟叶中的水分主要来自空气和土壤中的水分。烟叶内含水的百分比率即烟叶水分，又叫烟叶含水率、烟叶含湿率或烟叶含水量，是烟草及其制品的重要组分之一。研究新鲜烟叶水分含量，对了解烟草生长状况和规律、种质信息等具有重大意义。

目前，对于烟叶水分的检测主要是采用烘箱法、电阻法等，并且主要用于烤后烟叶水分测量。烘箱法是测定烟草水分结果比较准确可靠，也是当前国际贸易中互相认可的方法，我国现行烤烟国标中检测烟叶水分采用的也是此法，其主要原理是将已知湿基质量的烟草放入烘箱内烘干，再测定烘干后的干基质量，最后通过计算得出烟样的绝对含水率和相对含水率。该方法的缺点主要是不能直接检测而且检测过程对新鲜烟叶及烟草植株有损伤。电阻法具有直观、快速、使用方便的优点，目前主要用于烤后烟叶水分的测定，测定的范围主要是10-30％，不适用于新鲜烟叶的检测(新鲜烟叶水分含量60-80％)，同时由于其测定仅仅简单测量整个叶片的电阻值，没有考虑烟叶上表面蜡质、下表面绒毛分泌物以及叶片上下表面层间对电容值影响，因此其测定的结果误差较大。因此如何克服现有技术的不足是目前分析检测技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，该方法为无损检测，仅需要几分钟就可以得到新鲜烟叶的水分含量数值，结果准确，无需再经过后续复杂分析，易于推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)，新鲜烟叶单位长度电容的检测：

对新鲜烟叶上表面单位长度电容C_上、新鲜烟叶下表面单位长度电容C_下以及新鲜烟叶叶片上下表面间单位长度电容C_间进行测量；C_上、C_下和C_间的检测次数均不少于3次，检测结果取均值；

步骤(2)，新鲜烟叶水分含量的计算：

将步骤(1)测得的单位长度电容数值，代入方程进行计算：W_水分含率＝16.51×C_上+13.62×C_下+24.51×C_间，C_上、C_下和C_间单位为皮法/厘米，，即可得到新鲜烟叶水分质量百分含量W_水分含率％。

进一步，优选的是，检测时，分别选取烟叶叶尖、叶中和叶基三部分检测上表面、下表面和上下表面间的单位长度电容，检测结果取均值。

进一步，优选的是，对于烟叶叶尖、叶中和叶基三部分检测时，每部分检测次数不少于3次。

进一步，优选的是，检测点避开叶主脉，且检测点之间的连线不跨过叶主脉。

进一步，优选的是，单位长度电容值为两检测点间测量电容与其距离的比值。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)本发明操作简单、所需时间短，仅需要几分钟就可以得到新鲜烟叶的水分含量数值，可以用于新鲜烟叶品质及成熟度的判定。

(2)本发明为无损检测，整个检测过程对烟草植株及烟叶叶片没有损伤，可以直接进行活体检测。

(3)本发明检测结果准确，无需再经过后续复杂分析，即可得到新鲜烟叶的水分含量准确数值。

(4)无前处理，测量时间由标准方法烘箱法的120min缩短至5min，效率增加了24倍。测量结果与传统方法相吻合，误差小于10％。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)，新鲜烟叶单位长度电容的检测：

对新鲜烟叶上表面单位长度电容C_上、新鲜烟叶下表面单位长度电容C_下以及新鲜烟叶叶片上下表面间单位长度电容C_间进行测量；C_上、C_下和C_间的检测次数均不少于3次，检测结果取均值；

步骤(2)，新鲜烟叶水分含量的计算：

将步骤(1)测得的单位长度电容数值，代入方程进行计算：W_水分含率＝16.51×C_上+13.62×C_下+24.51×C_间，C_上、C_下和C_间单位为皮法/厘米，即可得到新鲜烟叶水分质量百分含量。

其中，检测时，分别选取烟叶叶尖、叶中和叶基三部分检测上表面、下表面和上下表面间的单位长度电容，检测结果取均值。

对于烟叶叶尖、叶中和叶基三部分检测时，每部分检测次数不少于3次。

检测点避开叶主脉，且检测点之间的连线不跨过叶主脉。

单位长度电容值为两检测点间测量电容与其距离的比值。

上述方程的构建方法如下：

1.数据采集

选取不同品种、种植条件及生长期的活体烟草植株，清除表面的泥沙、水分等杂质。采用数字电桥高精度电容表，测定频率500Hz，对烟叶部位进行测量，稳定10s后进行读数，每个部位测量次数不少于3次，取其平均值。检测时环境湿度不大于40％，温度范围18-30℃。

2.标准方法测定

对于上述烟叶，行业标准《YC/T31-1996烟草及烟草制品水分测定烘箱法》测定其水分含量。

3.模型建立

对1、2所得数据中的异常数据和离群值进行识别和剔除，最终选择268个样本数据，导入SPSS软件，采用最小二乘法多元线性回归，建立电特性快速检测线性回归模型：W_水分含率＝16.51×C_上+13.62×C_下+24.51×C_间，r²＝0.951。

更进一步阐述本发明所达成的预期效果，发明人随机选取了20株烟草植株上不同部位烟叶叶片，其品种及具体部位见表1，检测其新鲜烟叶上表面单位长度电容(C_上)、下表面单位长度电容(C_下)以及叶片上下表面间单位长度电容(C_间)，单位长度电容单位采用皮法/厘米，采用回归方程W_水分含率＝16.51×C_上+13.62×C_下+24.51×C_间，其决定系数r²＝0.951，计算其新鲜烟叶水分含量的值，同时按照行业标准《YC/T31-1996烟草及烟草制品试样的制备和水分测定烘箱法烘箱法》作为新鲜烟叶水分的实测值，另外采用赵华武所著文献Y_电阻值＝1716.893-80.649X_含水量+1.259X_含水量 ²-0.006X_含水量 ³(r²＝0.714)，Y_电阻值为烟叶最宽处两端间的电阻值，作为对照，结果见表2。

所述的文献为《密集烘烤过程中烤烟叶片水分、电特性和叶间风速变化的研究》，河南农业大学，赵华武，硕士毕业论文。

表1

试验结果表明，新鲜烟叶水分预测值与实测值差异较小，优于现有电阻法预测结果，预测模型的预测结果准确。本发明方法无前处理，测量时间由标准方法烘箱法的120min缩短至5min，效率增加了24倍。测量结果与传统方法相吻合，误差小于10％。

表2 20份新鲜烟叶样品水分预测值与实测值比较

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1），新鲜烟叶单位长度电容的检测：

对新鲜烟叶上表面单位长度电容C _上 、新鲜烟叶下表面单位长度电容C _下 以及新鲜烟叶叶片上下表面间单位长度电容C _间 进行测量；C _上 、C _下 和C _间 的检测次数均不少于3次，检测结果取均值；

步骤（2），新鲜烟叶水分含量的计算：

将步骤（1）测得的单位长度电容数值，代入方程进行计算：W _水分含率 =16.51×C _上 +13.62×C _下 +24.51×C _间 ，C _上 、C _下 和C _间 单位为皮法/厘米，即可得到新鲜烟叶水分质量百分含量W _水分含率 %；

检测时，分别选取烟叶叶尖、叶中和叶基三部分检测上表面、下表面和上下表面间的单位长度电容，检测结果取均值；

单位长度电容值为两检测点间测量电容与其距离的比值。

2.根据权利要求1所述的基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，其特征在于，对于烟叶叶尖、叶中和叶基三部分检测时，每部分检测次数不少于3次。

3.根据权利要求1所述的基于电容的新鲜烟叶水分的快速无损检测方法，其特征在于，检测点避开叶主脉，且检测点之间的连线不跨过叶主脉。