CN110196266B - 基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法 - Google Patents

基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，通过从某一批次的卷烟产品中随机抽取若干支卷烟，进行逐口抽吸，测定每支烟的每口抽吸的最高燃烧温度，并对每支烟的若干口抽吸的最高燃烧温度进行排序，计算出每个名次出现的概率，最后利用信息熵的计算公式，计算出每支卷烟的每口抽吸的最高燃烧温度的信息熵及其算术平均值，最终判断烟丝分布的稳定性。这种方法更加科学合理，计算的结果更加精确。

Description

基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法
技术领域
本发明属于烟草产品质量检测领域，特别是基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法。
背景技术
卷烟生产过程中，卷烟内烟丝分布的稳定性代表着整批产品的质量稳定水平，与批内卷烟产品的感官品质、烟气指标和物理指标的稳定性具有较高的关联性，可以科学地反映卷烟加工过程中制丝环节的均匀性、卷接设备的稳定性等，是影响卷烟产品质量稳定性的重要因素之一，烟丝的分布稳定性的差异还会显著影响吸烟时的抽吸体验。准确地检测和评价每个批次的卷烟内烟丝分布的稳定性，对提高卷烟产品质量稳定性有着重要意义。然而目前部分生产的卷烟产品，烟丝分布稳定性差，导致卷烟的批内物理指标、烟气指标波动大，影响产品的合格率；影响批内感官质量的一致，导致卷烟质量的A类缺陷，造成批次不合格，甚至导致批内卷烟风格特征的飘移。
现有技术中，大多只能针对每一根卷烟中烟丝是否分布均匀进行质量检测，尚未发现针对每一批次的卷烟烟丝分布稳定性的评价方法。例如专利号为201811001841.9的专利“一种分段式烟支烟丝分布均匀性评价方法和系统”，结合平准器尺寸及烟支规格将光烟分为点燃段、点燃过渡段、中间段、接装过渡段、接装段五段分段，并分别计算各分段烟支及整支光烟的密度标准偏差，构建标偏数据矩阵；再利用熵权TOPSIS法建立烟丝分布均匀性综合评价模型，计算各样本烟支的烟丝分布均匀性得分。该评价方法只能评价一支卷烟的密度是否均匀，操作繁琐、复杂，评价结果不稳定；更重要的是，该技术不能适用于评价整批卷烟烟支与烟支之间的烟丝分布稳定性。当然也有采用其他图像识别技术评价烟丝分布均匀性的方法，同样存在上面的问题。
又例如专利号为201210324793.3的专利“一种评价成品卷烟烟支内烟丝混合均匀性的方法”，将烟丝平铺进行拍摄并转换得到灰度图像，利用最大类方差法(大津阈值法)计算灰度图像前景和背景阈值，并均分为多个区间，计算出不同区间的像素点分布频率，计算不同烟段间的相关性系数矩阵，最后计算出均匀性系数。这种方式要把烟丝平铺开，破坏了卷烟的结构，平铺的方式和操作的细微差异，都会对评价结果产生明显影响，因此结果并不稳定，误差很大，重现性不高。
此外，还有其他常规方法评价烟丝分布稳定性，例如专利201810425131.2通过检测不同烟丝的化学成分含量进行判断；专利201110319952.6通过加入膨胀烟丝作为示踪物进行判断；专利201410408682.X通过采用微波水分密度分析仪测定烟支密度进行判断。这些方式每次只能评价一支卷烟中部的密度是否均匀，但无法判断整批卷烟各个体之间的稳定性，耗时长，无法直接通过一个具体的数据比较烟支与烟支之间烟丝分布的稳定性。
卷烟在被逐口抽吸过程中，烟丝的分布状况决定了每口抽吸时烟丝的燃烧状态，也决定了每支烟逐口抽吸时最高燃烧温度的变化情况，因此可通过批内样品烟逐口抽吸时最高燃烧温度的信息熵，即最高燃烧温度的离散性来评价卷烟烟丝分布的稳定性。如何基于逐口抽吸最高燃烧温度的信息熵，建立一种科学有效的评价卷烟内烟丝分布稳定性的方法，则是该方法投入到实际应用中的难点。
发明内容
卷烟抽吸过程中，卷烟的燃烧温度随着烟丝密度和烟丝结构的改变而改变，当烟支之间烟丝分布发生改变时烟支之间燃烧温度的变化趋势和逐口分布特征也将发生改变。因此为了建立一种科学准确的评价同一批次卷烟不同烟支内烟丝分布稳定性的方法，本发明提供了一种基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，具体通过以下技术实现。
基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，包括以下步骤：
S1、在卷接包机组运行稳定的情况下，按照固定或任意时间间隔总共随机抽取若干包卷烟；
S2、每包卷烟中随机抽取1～3支卷烟，置于恒温恒湿箱内平衡24小时；
S3、将所有平衡后的卷烟在侧流吸烟机上进行逐口抽吸，每支卷烟的抽吸口数为x，3≤x≤7；利用红外热成像仪检测并记录每支卷烟每口抽吸时相应的最高燃烧温度；
S4、对每支卷烟的每口抽吸的最高温度进行排序，统计出所有卷烟在第i口抽吸时最高燃烧温度的名次为第j名的概率P(ji)，1≤i，j≤x；
S5、根据信息熵计算公式
Figure BDA0002100128230000021
计算每支卷烟的每口抽吸的最高燃烧温度的信息熵；
S6、根据公式
Figure BDA0002100128230000022
计算所有卷烟的所有每口抽吸的最高燃烧温度信息熵的数学平均值
Figure BDA0002100128230000023
即样品最高燃烧温度的离散程度数值；
S7、用1减去该数学平均值
Figure BDA0002100128230000024
得出卷烟烟丝分布的稳定性评价指标C。
优选地，步骤S1具体为：在卷接包机组运行稳定的情况下，按照每1～8min的时间间隔抽取1包的速度，总共随机抽取15～30包卷烟。
优选地，步骤S1中，按照固定时间间隔总共随机抽取20包卷烟，且固定时间间隔为3min，总共抽取卷烟的过程为60min。
优选地，步骤S2中，每包卷烟随机抽取2支卷烟。
更优选地，步骤S2中，恒温恒湿箱的温度为22℃，相对湿度为60％。
优选地，步骤S3中，每支卷烟的抽吸口数为5次。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
1、相比于常规的技术手段，本发明提供的同一批次的卷烟烟支内烟丝分布稳定性的评价方法，能够更快速、准确地得出某一批次的卷烟的烟丝分布情况，进而判断该批次质量；
2、解决了卷烟企业中批内卷烟内烟丝分布均匀性无法表征的难题，对于评价整个卷烟加工过程的稳定性、发现加工过程改进机会，提高卷烟质量稳定性具有重要意义。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
对某卷接机台生产的最新改进工艺的某批次的卷烟进行烟丝分布稳定性的评价，具体步骤为：
S1、在卷接包机组运行稳定的情况下，按照3min的时间间隔总共随机抽取20包卷烟；
S2、每包卷烟中随机抽取1支卷烟(即一共20支卷烟)，置于温度22℃，相对湿度60％的恒温恒湿箱内平衡24小时；
S3、将所有平衡后的卷烟在Borgwaldt KC公司LM5侧流吸烟机进行逐口抽吸，每支卷烟的抽吸口数为5口；并利用MikroSpec RT7500红外热像仪检测每支卷烟每抽吸口的最高燃烧温度并记录；
S4、对每支卷烟的每口抽吸的最高温度进行排序，统计出所有烟支在第i口抽吸时最高燃烧温度的名次为第j名的概率P(ji)，1≤i，j≤5；第一名即温度最高的最高燃烧温度，第五名为温度最低的最高燃烧温度；
S5、选取每口抽吸时最高燃烧温度出现的最大Pi，计算Pi的算术平均值P0，即为样品最高燃烧温度分布稳定性指标。
经过检测，这20支卷烟的每口抽吸时的最高抽吸温度如下表1所示。
表1实施例1的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度表
Figure BDA0002100128230000041
通过将上述20支卷烟的每口的最高温度进行排名，每支卷烟中，最高燃烧温度的最高值为第1名，最低值为第5名，具体排序结果如下表2。
表2实施例1的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度排序表
Figure BDA0002100128230000042
Figure BDA0002100128230000051
结合上表2中所有卷烟的抽吸第一至五口的最高燃烧温度的顺序，计算每个次序出现的概率，结果如下表3所示。
表3实施例1的卷烟最高燃烧温度的名次的概率P(ji)
Figure BDA0002100128230000052
通过上述表3的数据，按照相应的数学计算公式，计算出信息熵和信息熵的数学平均值，计算结果见下表4。
表4实施例1的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度的信息熵结果表
Figure BDA0002100128230000053
Figure BDA0002100128230000061
通过表4的数据可知，C1＝1-0.5633＝0.4367。
实施例2
对某卷接机台生产的采用原始工艺的某批次的卷烟进行烟丝分布稳定性的评价，具体步骤与实施例1相同，这20支卷烟的每口抽吸时的最高抽吸温度如下表5所示：
表5实施例2的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度表
Figure BDA0002100128230000062
通过将上述20支卷烟的每口的最高温度进行排名，每支卷烟中，最高燃烧温度的最高值为第1名，最低值为第5名，具体排序结果如下表6。
表6实施例2的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度排序表
Figure BDA0002100128230000071
结合上表5中所有卷烟的抽吸第一至五口的最高燃烧温度的顺序，计算每个次序出现的概率，结果如下表7所示。
表7实施例2的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度排序表
Figure BDA0002100128230000072
通过上述表3的数据，按照相应的数学计算公式，计算出信息熵和信息熵的数学平均值，计算结果见下表8。
表8实施例2的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度的信息熵结果表
Figure BDA0002100128230000081
通过表8的数据可知，C1＝1-0.6243＝0.3757。
实施例1和实施例2样品是同一牌号同一规格的卷烟产品，只是应用了不同的生产工艺。其中实施例1是工艺改进后的卷烟产品，实施例2是工艺未改进前的卷烟样品。从实验结果可以看出，生产工艺改进后，卷烟的C值变大，卷烟烟支之间烟丝分布的稳定性提高。
对比例1
选用与实施例1相同的某卷接机台采用新工艺生产的卷烟进行烟丝分布稳定性评价，采用的方法为国标或目前市面上常用的评价方法。评价方法具体如下：
Q1、在卷接包机组运行稳定的情况下，按照3min的时间间隔总共随机抽取10包卷烟；
Q2、每包卷烟中随机抽取1支卷烟(即一共10支卷烟)，置于温度22℃，相对湿度60％的恒温恒湿箱内平衡24小时；
Q3、将所有平衡后的卷烟在Borgwaldt KC公司LM5侧流吸烟机进行逐口抽吸，每支卷烟的抽吸口数为5口；并利用MikroSpec RT7500红外热像仪检测每支卷烟每抽吸口的最高燃烧温度并记录；
Q4、对每支卷烟每口抽吸时最高燃烧温度并对每支卷烟每口最高燃烧温度进行极差分析。
上述评价的结果如下表9、表10所示。
表9对比例1的卷烟逐口抽吸最高抽吸温度表
Figure BDA0002100128230000082
Figure BDA0002100128230000091
表10对比例1的卷烟逐口抽吸最高燃烧温度极差(℃)
口数 1 2 3 4 5
温度极差 131.4 182.3 238.2 227.0 147.0
从表10可以看出每支卷烟的每口最高燃烧温度的极差相差较大，且极差的变化规律不强，因此选用某一口的极差或者算术平均极差都不能科学反应烟支与烟支在逐口燃烧温度上的差异，进而也不能科学地反映烟支与烟支在烟丝分布趋势上的差异。

Claims (6)

1.基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在卷接包机组运行稳定的情况下，按照固定或任意时间间隔总共随机抽取若干包卷烟；
S2、每包卷烟中随机抽取1～3支卷烟，置于恒温恒湿箱内平衡24小时；
S3、将所有平衡后的卷烟在侧流吸烟机上进行逐口抽吸，每支卷烟的抽吸的整数口数为n，3≤n≤7；利用红外热成像仪检测并记录每支卷烟每口抽吸时相应的最高燃烧温度；
S4、对每支卷烟的每口抽吸的最高温度进行排序，统计出所有卷烟在第i口抽吸时最高燃烧温度的名次为第j名的概率P(ji)，1≤i，j≤n；
S5、根据信息熵计算公式
Figure FDA0003286847940000011
计算每支卷烟的每口抽吸的最高燃烧温度的信息熵；
S6、根据公式
Figure FDA0003286847940000012
计算所有卷烟的所有每口抽吸的最高燃烧温度信息熵的数学平均值
Figure FDA0003286847940000013
即样品最高燃烧温度的离散程度数值；
S7、用1减去该数学平均值
Figure FDA0003286847940000014
得出卷烟烟丝分布的稳定性评价指标C，C值越高则卷烟烟支之间烟丝分布稳定性越高。
2.根据权利要求1所述基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，其特征在于，步骤S1具体为：在卷接包机组运行稳定的情况下，按照每1～8min的时间间隔抽取1包的速度，总共随机抽取15～30包卷烟。
3.根据权利要求2所述基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，其特征在于，步骤S1中，按照固定时间间隔总共随机抽取20包卷烟，且固定时间间隔为3min，总共抽取卷烟的过程为60min。
4.根据权利要求1所述基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，其特征在于，步骤S2中，每包卷烟随机抽取2支卷烟。
5.根据权利要求3所述基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，其特征在于，步骤S2中，恒温恒湿箱的温度为22℃，相对湿度为60％。
6.根据权利要求1所述基于信息熵评价批内卷烟烟支内烟丝分布稳定性的方法，其特征在于，步骤S3中，每支卷烟的抽吸口数为5口。
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