CN110849842B - 一种香烟爆珠的太赫兹检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太赫兹无损检测技术领域，公开了一种香烟爆珠的太赫兹检测系统及方法，香烟爆珠的太赫兹检测系统包括太赫兹光谱探测单元、光信息采集单元、光信息处理单元及诊断单元；太赫兹光谱探测单元用于获取在透射预检测过滤棒后反射的太赫兹光波；光信息采集单元和光信息处理单元分别用于采集反射的太赫兹光波，并生成预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线；诊断单元用于将预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在预检测过滤棒中的状态；本发明操作简单、成本低廉，无需检测人员的过多参与，可准确且高效地判断出预检测过滤棒中爆珠的状态，大大减小了爆珠检测的误报率。

Description

一种香烟爆珠的太赫兹检测系统及方法

技术领域

本发明涉及太赫兹无损检测技术领域，特别是涉及一种香烟爆珠的太赫兹检测系统及方法。

背景技术

当前，国内卷烟市场推出了大量不同品牌的香烟，香烟品牌间的相互竞争和市场份额挤压趋向白热化。由于传统卷烟的烟草原料和制作工艺很难有所创新，因而，各大企业均在香烟的滤棒段展开了积极的研究，从而各种功能型的香烟滤棒逐渐被推向市场。

“爆珠滤棒香烟”是其中应用最为广泛的一种功能型滤棒香烟。爆珠烟是指在香烟过滤嘴的中心有一颗圆珠，这种香烟在使用过程中，可以捏破爆珠，爆珠内的液体可以使香烟在吸取过程中产生香气，使吸烟者得到更为舒适的体验。然而，爆珠滤棒在成型及复合生产过程中，会产生诸多质量缺陷的次品，譬如：多珠、少珠、相位偏差、珠直径偏差等问题。在滤棒复合过程中也存在长度不准、排列错误、拼接缝隙、混料、珠有无、珠破损等问题。对爆珠滤棒次品进行筛选和剔除是提高香烟滤棒产品质量的重要生产环节。

目前，较为传统的爆珠检测方法为灯箱法，在实际检测时，先利用强背光照射过滤棒，然后通过人眼观察爆珠的位置、缺失和破损情况。该方法存在较多问题，比如：效率低、对检测人员的视觉影响大、检测速度慢、准确性低等。与此同时，灯箱法无法对于爆珠具体偏移量进行计算，对破损情况也无法做出有效评估。

发明内容

本发明实施例提供一种香烟爆珠的太赫兹检测系统及方法，以至少解决当前对香烟过滤棒进行爆珠检测时，存在效率低、对检测人员的视觉影响大，无法计算爆珠的偏移量，并对爆珠破损情况也无法有效评估的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种香烟爆珠的太赫兹检测系统，包括太赫兹光谱探测单元、光信息采集单元、光信息处理单元及诊断单元，所述光信息采集单元、所述光信息处理单元及所述诊断单元依次连接；所述太赫兹光谱探测单元用于获取太赫兹时域光谱在透射预检测过滤棒后反射的太赫兹光波；所述光信息采集单元用于采集反射的太赫兹光波；所述光信息处理单元用于对所述光信息采集单元采集的信息进行处理，并生成所述预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线；所述诊断单元用于将所述预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在所述预检测过滤棒中的状态。

其中，所述太赫兹光谱探测单元包括太赫兹光源、第一光束准直器、分束器、第二光束准直器、反射基底、反射镜及第三光束准直器；所述太赫兹光源、所述第一光束准直器、所述分束器、所述第二光束准直器与预检测过滤棒及所述反射基底沿着光束的入射方向依次设置；所述反射基底上的反射光依次经过所述第二光束准直器、所述分束器、所述反射镜及所述第三光束准直器后输出。

其中，所述光信息采集单元包括依次连接的探测器、信号放大模块和滤波模块；所述探测器用于接收来自所述第三光束准直器的太赫兹光信号，并将太赫兹光信号转换成电信号；所述信号放大模块用于对所述电信号进行放大处理；所述滤波模块用于对放大处理后的电信号进行滤波处理。

其中，所述光信息处理单元包括信息处理模块，所述信息处理模块连接所述滤波模块和显示模块；所述信息处理模块用于将所述滤波模块经过滤波处理后的电信号进行模数转换，并通过所述显示模块显示出所述预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线。

其中，所述第一光束准直器与所述第二光束准直器的光轴呈同轴设置；所述反射基底用于放置所述预检测过滤棒，所述分束器与所述反射基底沿光束的入射方向分设在所述第二光束准直器的两侧；所述分束器与所述第一光束准直器的光轴呈45°夹角设置；所述反射镜设在所述分束器的一侧，所述反射镜的反射面与所述分束器的涂镀面相对且呈平行设置；所述第三光束准直器的光轴与所述第一光束准直器的光轴相平行。

其中，所述第一光束准直器、所述第二光束准直器和所述第三光束准直器均为凸透镜，所述分束器为二向色镜。

本发明实施例还提供了一种根据上述香烟爆珠的太赫兹检测系统的检测方法，包括：

S1，获取在透射过预检测过滤棒后反射的太赫兹光波；

S2，采集反射的太赫兹光波，并生成预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线；

S3，将预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在预检测过滤棒中的状态。

其中，S3中，判断爆珠在预检测过滤棒中的状态包括：预检测过滤棒中爆珠的有无状态、预检测过滤棒中爆珠的破损状态、预检测过滤棒中爆珠的偏离状态。

本发明实施例提供的香烟爆珠的太赫兹检测系统，在对预检测过滤棒中爆珠的状态进行检测时，通过太赫兹光谱探测单元中太赫兹波的辐射特性，可获取太赫兹时域光谱在透射预检测过滤棒后反射的太赫兹光波，并通过光信息采集单元与光信息处理单元，来采集反射的太赫兹光波，并生成预检测过滤棒对应的光照强度的位置分布曲线，由此，可通过诊断单元将预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在预检测过滤棒中的状态。

本发明操作简单、成本低廉，可十分便捷地获取预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线，通过对比预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒上反射的光照强度的位置分布曲线，即可准确且高效地判断出预检测过滤棒中有无爆珠、爆珠是否破损、爆珠相对于原位置是否出现轴向偏离或径向偏离及爆珠的偏移量，可有效评估预检测过滤棒内爆珠的破损情况，并大大减小了爆珠检测的误报率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所示的香烟爆珠的太赫兹检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所示的基于香烟爆珠的太赫兹检测系统的检测方法的流程图；

图3为本发明实施例所示的爆珠完好的过滤棒上反射的太赫兹波的光照强度的位置分布曲线图；

图4为本发明实施例所示的预检测过滤棒上反射的太赫兹波的光照强度的位置分布曲线图；

图5为本发明实施例所示的预检测过滤棒中没有爆珠的横截面示意图；

图6为本发明实施例所示的预检测过滤棒中爆珠破损的横截面示意图；

图7为本发明实施例所示的预检测过滤棒中爆珠在沿径向偏离其中心的横截面示意图；

图8为本发明实施例所示的预检测过滤棒中爆珠在出现轴向偏离的结构示意图。

附图标记说明：1、太赫兹光谱探测单元；11、太赫兹光源；12、第一光束准直器；13、分束器；14、第二光束准直器；15、反射基底；16、反射镜；17、第三光束准直器；2、光信息采集单元；21、探测器；22、信号放大模块；23、滤波模块；3、光信息处理单元；31、信息处理模块；32、显示模块；4、诊断单元；5、预检测过滤棒；6、爆珠。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1，本发明的其中一个实施例提供了一种香烟爆珠的太赫兹检测系统，包括太赫兹光谱探测单元1、光信息采集单元2、光信息处理单元3及诊断单元4，光信息采集单元2、光信息处理单元3及诊断单元4依次连接；太赫兹光谱探测单元1用于获取太赫兹时域光谱在透射预检测过滤棒5后反射的太赫兹光波；光信息采集单元2用于采集反射的太赫兹光波；光信息处理单元3用于对光信息采集单元2采集的信息进行处理，并生成预检测过滤棒5对应的光照强度的位置分布曲线；诊断单元4用于将预检测过滤棒5与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠6在预检测过滤棒5中的状态。

具体的，本实施例所示的太赫兹光谱探测单元1基于太赫兹波在无损检测领域的应用，由于太赫兹波具有宽频带、低能量、高穿透等特性，从而在对目标物进行无损检测时，具有如下优点：(1)适用面广，可用于非金属和非极性材料的无损检测；(2)速度快，测量过程迅速；(3)测量结果产生可视化图像，直观易懂；(4)可以直接测量到缺陷大小、厚度，并能作内部识别；(5)单项非接触，检测在被检样件同侧，且不破坏也不需接触样件。

由此，本实施例所示的太赫兹光谱探测单元1可基于太赫兹波对预检测过滤棒5中爆珠6的状态进行检测，其中，优选太赫兹波的频段为0.1THz～10THz，在检测时，将预检测过滤棒5设置在太赫兹光谱探测单元1的一侧，太赫兹光谱探测单元1向预检测过滤棒5发出太赫兹波，并获取经过预检测过滤棒5后反射的太赫兹光波，光信息采集单元2对反射的太赫兹光波进行采集时，在采集时可依次对接收到的反射的太赫兹光波进行光电转换、信号放大及滤波处理，以便由光信息处理单元3对采集的信息进一步进行模数转换，并得到与预检测过滤棒5相对应的光照强度的位置分布曲线。

与此同时，在对预检测过滤棒5中爆珠6的状态进行判断时，可预先存储爆珠完好的过滤棒上反射的太赫兹波的光照强度的位置分布曲线，从而该光照强度的位置分布曲线可作为目标参考图，在目标参考图中会清晰地判断出的爆珠在相应过滤棒中的状态及位置，从而通过将预检测过滤棒5上反射的光照强度的位置分布曲线与目标参考图进行对比，可准确且高效地判断出预检测过滤棒5中有无爆珠、爆珠是否破损、爆珠相对于原位置是否出现轴向偏离或径向偏离及爆珠的偏移量，从而可有效评估预检测过滤棒5内爆珠的破损情况，并大大减小爆珠检测的误报率。

具体的，由于爆珠对太赫兹光的吸收率比较高，所以在爆珠位置处反射得到的太赫兹强度会下降，并且由于爆珠是一个圆球，吸收率会随着爆珠的厚度增加，即反射得到的光谱强度会随着爆珠厚度的增加而下降，由此，爆珠在过滤棒内的状态发生变化时，过滤棒截面的光谱强度相对于具体位置的分布曲线也会发生相应的变化，由此，在爆珠完好的过滤棒的分布曲线已知的情况下，可直观地通过预检测过滤棒5的光照强度的位置分布曲线，来判断爆珠6在预检测过滤棒5中的状态。

优选地，本实施例中太赫兹光谱探测单元1包括太赫兹光源11、第一光束准直器12、分束器13、第二光束准直器14、反射基底15、反射镜16及第三光束准直器17；太赫兹光源11、第一光束准直器12、分束器13、第二光束准直器14与预检测过滤棒5及反射基底15沿着光束的入射方向依次设置；反射基底15上的反射光依次经过第二光束准直器14、分束器13、反射镜16及第三光束准直器17后输出。

在实际设置时，第一光束准直器12与第二光束准直器14的光轴呈同轴设置；反射基底15还用于放置预检测过滤棒5，反射基底15与烟机生产设备相连接，并随着烟机生产设备进行平动或转动，以使得第二光束准直器14发出的太赫兹光束在透射预检测过滤棒5并达到反射基底15的反射面后，反射基底15能够对光束沿原路进行反射；分束器13与反射基底15沿光束的入射方向分设在第二光束准直器14的两侧；分束器13与第一光束准直器12的光轴呈45°夹角设置；反射镜16设在分束器13的一侧，反射镜16的反射面与分束器13的涂镀面相对且呈平行设置；第三光束准直器17的光轴与第一光束准直器12的光轴相平行。

具体的，太赫兹光源11可优选发出频段为0.1THz～10THz的太赫兹波的光源；分束器13可优选为二向色镜，二向色镜朝向第二光束准直器14的一侧面设有涂镀层；第一光束准直器12、第二光束准直器14、第三光束准直器17均可优选为同轴心布置的凸透镜。

在实际工作时，太赫兹光源11发出的散射光在经过第一光束准直器12汇聚为平行光后，输送至分束器13的入射面，并从分束器13涂镀面沿着入射方面透射且输送至第二光束准直器14，由第二光束准直器14进行聚焦，聚焦后形成的太赫兹光斑照射到预检测过滤棒5上，此时在不改变光的传播方向的情况下，可对整个预检测过滤棒5进行全面扫描，从预检测过滤棒5透射的光在经过反射基底15的原路反射后，由第二光束准直器14再次进行汇聚，汇聚光沿原路返回输送至分束器13的涂镀面，分束器13的涂镀面上的反射光在经过反射镜16的反射和第三光束准直器17的准直后输出，以待光信息采集单元2与光信息处理单元3进行下一步的采集与处理。

优选地，本实施例中光信息采集单元2包括依次连接的探测器21、信号放大模块22和滤波模块23；探测器21用于接收来自第三光束准直器17的太赫兹光信号，并将太赫兹光信号转换成电信号；信号放大模块22用于对所述电信号进行放大处理；滤波模块23用于对放大处理后的电信号进行滤波处理。

与此同时，光信息处理单元3包括信息处理模块31，信息处理模块31连接滤波模块23和显示模块32；信息处理模块31用于将滤波模块23经过滤波处理后的电信号进行模数转换，并通过显示模块32显示出预检测过滤棒5光照强度的位置分布曲线。

具体的，本实施例中探测器21优选为本领域所公知的太赫兹探测器21，用于将接收到的光转换为携带太赫兹波的电信号；信号放大模块22可优选为本领域所公知的运算放大电路，用于对携带太赫兹波的电信号进行信号放大处理，滤波模块23可选用本领域所公知的LC滤波器或电容滤波器，以消除输入电信号中的杂波干扰；信息处理模块31可包括本领域所公知的AD转换电路，以便对滤波处理处理后的电信号进行模数转换，并由显示模块32显示出预检测过滤棒5光照强度的位置分布曲线。

进一步的，参见图2，本发明的另一个具体实施例还提供了一种基于上述香烟爆珠的太赫兹检测系统的检测方法，包括：

S1，获取在透射过预检测过滤棒后反射的太赫兹光波；

S2，采集反射的太赫兹光波，并生成预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线；

S3，将预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在预检测过滤棒中的状态。

具体的，采用本实施例所示的检测方法判断爆珠在过滤棒中的状态时，根据步骤S1与步骤S2，获取如图3所示的爆珠完好的过滤棒上反射的太赫兹波的光照强度的位置分布曲线，图3中的横坐标表示过滤棒的太赫兹光强沿X轴分布位置，其单位为mm，纵坐标表示过滤棒的太赫兹波的光谱强度，单位为Lx。

由于爆珠对太赫兹光的吸收率比较高，所以在爆珠位置处反射得到的太赫兹光照强度会下降，并且由于爆珠是一个圆球，吸收率会随着爆珠的厚度增加，即反射得到的光谱强度会随着爆珠厚度增加而下降。与此同时，如果过滤棒内不含爆珠，光照强度应该是一个趋近于直线的分布。理想情况下，无爆珠部分强度分布应该是一条直线，但是滤棒内部棉絮物质分布不均匀，对太赫兹光的吸收率不是定值，所以会出现强度的震荡，因此不是绝对直线。由图3可知，光谱强度首先趋于稳定，然后下降再上升，上升到一定强度后又趋于稳定，符合含有爆珠的强度变化规律，因此可以判断该过滤棒内含有爆珠。

另外，从上图3中可以看到，光照强度在26mm的位置处开始下降，到36mm的位置下降至最低值后开始回升，在43mm的位置处开始趋于稳定，可以判断爆珠分布在26mm到43mm的范围内。

为了验证本实施例所示的检测方法，本实施例进一步选取预检测过滤棒5为一根爆珠破损的过滤棒，并对其进行扫描成像，得到该过滤棒截面的光照强度的位置分布曲线，如图4所示，图4的横纵坐标与图3对应相同。

通过对比可知，根据已知正常完好的爆珠，其光照强度分布曲线应如图3所示，在图3中曲线先平滑下降到最小值，然后平滑上升，在此过程中只有一个低峰值；但是，对比图4所示的曲线可知，图4中所示曲线所表征的光照强度先下降上升，再次下降上升，存在两个低峰值，由此说明，爆珠存在破损，且爆珠在14mm的坐标位置处存在破孔，并导致该点处对太赫兹光的吸收率下降，反射强度增高，从而通过图4与图3的对比，可直观地判断爆珠在该过滤棒中处于破损状态。

进一步的，本实施例还可采用上述方法来判断的爆珠在预检测过滤棒5中的状态，该状态包括：预检测过滤棒5中爆珠的有无状态、预检测过滤棒5中爆珠的破损状态及预检测过滤棒5中爆珠的偏离状态；其中，在预检测过滤棒5中没有爆珠时，其横截面如图5所示，在预检测过滤棒5中爆珠6出现破损时，其横截面如图6所示，在爆珠6沿径向偏离预检测过滤棒5的中心时，预检测过滤棒5的横截面如图7所示；另外，相比于爆珠完好的过滤棒而言，爆珠6沿轴向偏离其原来应设置的位置时，预检测过滤棒5及其内部爆珠6的位置如图8所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种香烟爆珠的太赫兹检测系统，其特征在于，

包括太赫兹光谱探测单元、光信息采集单元、光信息处理单元及诊断单元，所述光信息采集单元、所述光信息处理单元及所述诊断单元依次连接；

所述太赫兹光谱探测单元用于获取太赫兹时域光谱在透射预检测过滤棒后反射的太赫兹光波；

所述光信息采集单元用于采集反射的太赫兹光波；

所述光信息处理单元用于对所述光信息采集单元采集的信息进行处理，并生成所述预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线；

所述诊断单元用于将所述预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在所述预检测过滤棒中的状态；

其中，所述太赫兹光谱探测单元包括太赫兹光源、第一光束准直器、分束器、第二光束准直器、反射基底、反射镜及第三光束准直器；所述太赫兹光源、所述第一光束准直器、所述分束器、所述第二光束准直器与预检测过滤棒及所述反射基底沿着光束的入射方向依次设置；所述反射基底上的反射光依次经过所述第二光束准直器、所述分束器、所述反射镜及所述第三光束准直器后输出；

所述第一光束准直器与所述第二光束准直器的光轴呈同轴设置；所述反射基底用于放置所述预检测过滤棒，所述分束器与所述反射基底沿光束的入射方向分设在所述第二光束准直器的两侧；所述分束器与所述第一光束准直器的光轴呈45°夹角设置；所述反射镜设在所述分束器的一侧，所述反射镜的反射面与所述分束器的涂镀面相对且呈平行设置；所述第三光束准直器的光轴与所述第一光束准直器的光轴相平行；

所述光信息采集单元包括依次连接的探测器、信号放大模块和滤波模块；所述探测器用于接收来自所述第三光束准直器的太赫兹光信号，并将太赫兹光信号转换成电信号；所述信号放大模块用于对所述电信号进行放大处理；所述滤波模块用于对放大处理后的电信号进行滤波处理；

所述光信息处理单元包括信息处理模块，所述信息处理模块连接所述滤波模块和显示模块；所述信息处理模块用于将所述滤波模块经过滤波处理后的电信号进行模数转换，并通过所述显示模块显示出所述预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线。

2.根据权利要求1所述的香烟爆珠的太赫兹检测系统，其特征在于，所述第一光束准直器、所述第二光束准直器和所述第三光束准直器均为凸透镜，所述分束器为二向色镜。

3.一种根据权利要求1-2中任意一项所述的香烟爆珠的太赫兹检测系统的检测方法，其特征在于，包括：

S1，获取在透射过预检测过滤棒后反射的太赫兹光波；

S2，采集反射的太赫兹光波，并生成预检测过滤棒光照强度的位置分布曲线；

S3，将预检测过滤棒与爆珠完好的过滤棒的光照强度的位置分布曲线进行对比，以判断爆珠在预检测过滤棒中的状态。

4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，

S3中，判断爆珠在预检测过滤棒中的状态包括：预检测过滤棒中爆珠的有无状态、预检测过滤棒中爆珠的破损状态、预检测过滤棒中爆珠的偏离状态。