CN112540032A - 新型烟草制品烟雾量测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型烟草制品烟雾量测试平台，包括减震平台、光线调制模块、光线发射单元、测量腔、光线接收单元、消光片、信号处理单元、进烟机构、上位机和电源模块；所述减震平台包括减震机构和由减震机构支撑的平台台面；所述光调制模块调节发光参数；所述测量腔置于光线发射单元和光线接收单元之间；并在进出位置分别设置扩束镜和集束镜，提高烟雾对光线的覆盖面积；所述进烟机构用于进烟；所述信号处理单元处理信号；所述消光用于标定；所述电源模块用于供电。该新型烟草制品烟雾量测试平台最大化的削弱环境对测试的影响，利用光透射法和电子设备，实现对烟雾浓度的自动化检测，且设备成本低廉，模拟效果良好。
Description
技术领域
本发明涉及烟草行业烟雾研究领域，具体的说，涉及了一种新型烟草制品烟雾量测试平台。
背景技术
新型烟草制品（加热卷烟和电子烟）通过加热系统加热含有发烟剂的烟草材料或烟油产生烟雾，其所产生烟雾与传统卷烟通过燃烧所产生烟雾有本质不同。
新型烟草烟雾量对于工业企业，在产品设计研发、质量控制、成本控制等方面有重要影响，同时对消费者消费体验也有着直接影响。因此烟雾量是新型烟草制品的重要特性指标和研究重点。行业尚无对烟雾量进行定义，也无测量方法和专用测量设备。
目前，由于烟草行业对烟雾量无明确定义，有关研究多是集中于烟雾浓度的非溯源性测试，或以粒径分布和数量进行表征的研究，而人眼对烟雾的感受和可见气溶胶浓度相关，粒子数量并不能准确反映烟雾量。
气溶胶粒径分布和数量的测试方法根据原理不同，主要分为取样法（显微镜观察法、重力沉降法，）和非取样法（光散射法、惯性冲击法和静电迁移法）等，所涉及仪器主要有宽范围粒径光谱仪、便携式光线气溶胶质谱仪、微分迁移光谱仪、快速粒径普仪等。
两种方法中， 非取样法的测量原理较复杂，且时间测量中必须进行标定，设备成本较高，是其缺陷，但是具有自动化程度高、测量精准度高、测量周期短、不干扰测量场、气溶胶颗粒分散度不影响测量结果等优点；取样法的测量具有原理简单、气溶胶颗粒分散度不影响测量结果的优势，但是存在自动化程度低、测量精准度低、测量周期长、会干扰测量场的缺点。
目前，新型烟草设备中心（青岛）研发平台设计的方案中，采用光散射和稀释烟气的检测方法。
光散射法主要是测算粒径分布（粒子个数），其计算的粒径分布是数学计算得出的模拟统计值，并非实际真实测量值，原因是经过稀释的烟气，加上受测量仓的体积的影响，已不能真实反映烟气的实际状态，且该方法需要稳定气流条件下才能测量，而目前在此稳定气流条件下，常用的光线粒子计数器测量精度无法满足准确测量的需要。同时，利用光散射法测量粒子粒径的高端设备（800多万）极其昂贵。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种自动化、减弱环境参数影响、利用透射法测量、检测环境稳定性高、成本相对低廉的新型烟草制品烟雾量测试平台。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种新型烟草制品烟雾量测试平台，包括减震平台、光线调制模块、光线发射单元、测量腔、光线接收单元、消光片、信号处理单元、进烟机构、上位机和电源模块；
所述减震平台包括减震机构和由减震机构支撑的平台台面；
所述光调制模块设于减震平台上，连接上位机和光线发射单元，接收上位机指令，用于对光线发射单元的参数进行调节；
所述光线发射单元和光线接收单元对立的设置于所述平台台面上，所述测量腔置于光线发射单元和光线接收单元之间；
所述光线发射单元与测量腔之间设置扩束镜，以便将光线发射单元所发射的光线扩束至与测量腔的截面相当的平行光；
所述光线接收单元与测量腔之间设置集束镜，以便将所述平行光集束至光线接收单元的感光元件上；
所述进烟机构连接测量腔的进口，用于将烟雾注入测量腔内，所述测量腔还设置有出口；
所述信号处理单元设于减震平台上，连接上位机和光线接收单元，用于对光线接收单元接收的光信号进行处理并发送至上位机；
所述消光片为活动器件，在测试标定过程中，放置在光线发射单元和光线接收单元之间，检测光线发射单元和光线接收单元的真实性能；
所述电源模块设于减震平台上，用于对上位机以外的电子器件供电。
基上所述，所述测量腔包括至少一段可拆装的分段结构，其中一段测量腔的长度大于等于所述消光片的厚度。
基上所述，所述分段结构包括环形管腔和连接两段环形管腔的法兰，所述环形管腔与所述法兰密封设置。
基上所述，所述测量腔的内部为圆柱形的直线腔体，所述测量腔的两端端面为平面透光镜，所述测量腔的内壁为光滑的弧面结构。
基上所述，所述进烟机构包括软管和精密蠕动泵，所述精密蠕动泵的控制单元连接上位机，以模拟不同状态的抽吸动作。
基上所述，所述扩束镜和所述测量腔之间设置有准直透镜。
基上所述，所述光线发射单元所发射的光线为激光。
基上所述，所述测量腔内部设置有温湿度传感器，所述测量腔还连接空气加湿模块。
基上所述，所述测量腔外部包裹有电热膜。
基上所述，所述减震平台的平台台面上设置水平仪，所述光线发射单元和光线接收单元之间设置刻度尺。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用减震平台，降低外部振动对检测的影响，利用光线的扩束、测量腔和集束的设置，提升烟雾对光线的覆盖率，使两者充分接触，通过光线进出的强度衰减对比，即消光系数，来表征烟雾浓度，再通过加入消光片对设备本身进行标定，大大提高了检测精度。
进一步的，将测量腔设计为分段结构，方便消光片的摆放，同时避免测量腔整体移动造成的失准问题。
进一步的，采用蠕动泵模拟人的抽吸动作，既可以模拟出一支烟自第一口至最后一口的整个过程，也可以模拟单口烟抽吸的过程等各种各样的场景，极大的丰富了检测的场景变化。
进一步的，设置准直透镜，降低扩束镜的应用难度。
进一步的，为了保持测量腔内部的温湿度水平，在内部设置温湿度传感器，连接空气加湿模块，外部包裹电热膜。
进一步的，为了保证检测精度，在平台台面上安装水平仪，在光线发射单元和激光接收大院之间安装刻度尺。
附图说明
图1是本发明实施例1中新型烟草制品烟雾量测试平台的结构示意图。
图2是本发明实施例2中测量腔的结构示意图。
图3是本发明实施例4中新型烟草制品烟雾量测试平台的结构示意图。
图中：1.减震平台；2.光线调制模块；3.光线发射单元；4.测量腔；5.光线接收单元；6.消光片；7.信号处理单元；8.进烟机构；9.上位机；10.电源模块；11.扩束镜；12.集束镜；13.中间段；14.准直透镜。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，一种新型烟草制品烟雾量测试平台，包括减震平台1、光线调制模块2、光线发射单元3、测量腔4、光线接收单元5、消光片6、信号处理单元7、进烟机构8、上位机9和电源模块10。
所述减震平台1包括减震机构和由减震机构支撑的平台台面，目的是为了防止外界振动对检测过程的干扰。
所述光调制模块2设于减震平台1上，连接上位机9和光线发射单元3，接收上位机指令，用于对光线发射单元3的参数进行调节，本实施例中，所述光线发射单元3所发射的光线为激光，主要对激光的各项参数进行调节。
所述光线发射单元3和光线接收单元5对立的设置于所述平台台面上，所述测量腔4置于光线发射单元3和光线接收单元5之间，所述光线发射单元3与测量腔4之间设置扩束镜11，以便将光线发射单元3所发射的光线扩束至与测量腔4的截面相当的平行光，所述光线接收单元5与测量腔4之间设置集束镜12，以便将所述平行光集束至光线接收单元5的感光元件上。
该部分为透射法测量的重要组成部分，是在原有透射法的基础上，提升光线与烟雾的接触量，其原理是让激光扩束至平行光后，通过测量腔4，测量腔4内部有注入的烟雾，由于扩束后的光线平行、均匀的经过整个测量腔4，内部的烟雾充分的干扰光线的传输，最终在集束镜的作用下，照射到光线接收单元5上，通过对比前后光线的强度，即可对烟雾量进行表达。
这里需要说明的是，原有的采用透射法测量烟雾浓度的方法，在民航、气象领域均有应用，该方法是现有技术，故而他与烟雾浓度间是如何转换的，在此不做详细说明，仅表述改进部分的原理。
所述进烟机构连接测量腔4的进口，用于将烟雾注入测量腔4内，所述测量腔4还设置有出口，测量按成后，将烟雾排出，排出的过程可以借助外部泵或抽吸设备，也可以由进烟机构的动力作为驱动；
所述测量腔4的内部为圆柱形的直线腔体，所述测量腔4的两端端面为平面透光镜，所述测量腔的内壁为光滑的弧面结构，这样做的目的是，能够使测量腔的截面形状与扩束后的光斑形状更加匹配。
所述信号处理单元设于减震平台上，连接上位机和光线接收单元，用于对光线接收单元接收的光信号进行处理并发送至上位机，上位机对前后的光照强度进行对比。
所述消光片6为活动器件，在测试标定过程中，放置在光线发射单元和光线接收单元之间，检测光线发射单元和光线接收单元的真实性能，然后对测量进行标定，以消光片6所标定的状态为基准进行计算和检测。
所述电源模块设于减震平台上，用于对上位机以外的电子器件供电。
为了进一步的控制检测精度和检测的一致性，所述减震平台的平台台面上设置水平仪，所述光线发射单元和光线接收单元之间设置刻度尺，多次测量时，要保证平台台面的水平，通过刻度尺来保持测量腔的位置和距离。
工作过程：首先，观察水平仪，确保减震平台的平稳性，然后启动上位机和各个功能模块，对光线发射单元进行参数调节，同时，读取光线接收单元的信号，查验设备是否正常；
然后，将消光片6放在光线发射单元3和光线接收单元5之间，读取采集到的光强信号，对比消光片6的性能参数，看两个参数是否一致，若不一致，以消光片6的性能参数位置，对系统进行标定。
开始检测时，将测量腔放置在光线发射单元3和光线接收单元5之间，保证扩束后的激光光束能够完全通过测量腔4，同时，测量腔的另一端正对光线接收单元，保证光束集束后能全部投射到光线接收单元的感光元件上，此时，未通入烟雾，对没有烟雾的测量腔进行一次测量，得到一个基准数值。
然后通过进烟机构向测量腔内注入烟雾，开始测量，注入烟雾的多少根据设计的检测指标来设置。
依次按照试验要求读取单口或多口烟雾下的激光强度的数据，即可得到相应的烟雾量数据，提高了烟雾浓度检测的精度，同时成本相较于专用设备低得多。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述测量腔4包括至少一段可拆装的分段结构，其中测量腔的中间段13的长度大于等于所述消光片的厚度，所述分段结构包括环形管腔和连接两段环形管腔的法兰，所述环形管腔与所述法兰密封设置。
其目的主要是要保证测量腔4的整体位置不变，避免搬运测量腔4带来的准确度问题，同时，为了加入消光片标定的程序，将测量腔设计为多段，通过去掉中间段，将消光片放在中间段的位置处进行标定，然后再把去掉的部分接回，可以保证测量腔的整体位置不动，系统的稳定性得到保证。
实施例3
本实施例与所述1或2的区别在于：所述进烟机构包括软管和精密蠕动泵，所述精密蠕动泵的控制单元连接上位机，以模拟不同状态的抽吸动作。
其主要作用是，模拟自然状态下的烟雾抽吸状态，比如人抽烟的状态，一支烟分十口抽吸完毕，那么精密蠕动泵就模拟十口烟雾的状态，在这种状态下，测量真实的抽吸过程的烟雾分布情况，当然也可以定量检测。
实施例4
如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述扩束镜和所述测量腔之间设置有准直透镜14。降低扩束镜与测量腔的调整难度，保证进入测量腔的光线平行度。
实施例5
本实施例与实施例4的区别在于：所述测量腔内部设置有温湿度传感器，所述测量腔还连接空气加湿模块，所述测量腔外部包裹有电热膜。
其主要作用是，检测温度、湿度等外部参数对烟雾浓度的影响，结合大气压、抽吸速率等参数的调节，实现多参数可调整的烟雾浓度的检测工作。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：包括减震平台、光线调制模块、光线发射单元、测量腔、光线接收单元、消光片、信号处理单元、进烟机构、上位机和电源模块；
所述减震平台包括减震机构和由减震机构支撑的平台台面；
所述光调制模块设于减震平台上，连接上位机和光线发射单元，接收上位机指令，用于对光线发射单元的参数进行调节；
所述光线发射单元和光线接收单元对立的设置于所述平台台面上，所述测量腔置于光线发射单元和光线接收单元之间；
所述光线发射单元与测量腔之间设置扩束镜，以便将光线发射单元所发射的光线扩束至与测量腔的截面相当的平行光；
所述光线接收单元与测量腔之间设置集束镜，以便将所述平行光集束至光线接收单元的感光元件上；
所述进烟机构连接测量腔的进口，用于将烟雾注入测量腔内，所述测量腔还设置有出口；
所述信号处理单元设于减震平台上，连接上位机和光线接收单元，用于对光线接收单元接收的光信号进行处理并发送至上位机；
所述消光片为活动器件，在测试标定过程中，放置在光线发射单元和光线接收单元之间，检测光线发射单元和光线接收单元的真实性能；
所述电源模块设于减震平台上，用于对上位机以外的电子器件供电。
2.根据权利要求1所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述测量腔包括至少一段可拆装的分段结构，其中一段测量腔的长度大于等于所述消光片的厚度。
3.根据权利要求2所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述分段结构包括环形管腔和连接两段环形管腔的法兰，所述环形管腔与所述法兰密封设置。
4.根据权利要求3所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述测量腔的内部为圆柱形的直线腔体，所述测量腔的两端端面为平面透光镜，所述测量腔的内壁为光滑的弧面结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述进烟机构包括软管和精密蠕动泵，所述精密蠕动泵的控制单元连接上位机，以模拟不同状态的抽吸动作。
6.根据权利要求5所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述扩束镜和所述测量腔之间设置有准直透镜。
7.根据权利要求6所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述光线发射单元所发射的光线为激光。
8.根据权利要求4所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述测量腔内部设置有温湿度传感器，所述测量腔还连接空气加湿模块。
9.根据权利要求6-8任一项所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述测量腔外部包裹有电热膜。
10.根据权利要求9所述的新型烟草制品烟雾量测试平台，其特征在于：所述减震平台的平台台面上设置水平仪，所述光线发射单元和光线接收单元之间设置刻度尺。
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