CN113029979A - 一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，包括：获得标准卷烟纸在每个波数上的光谱吸光度的中心点与和中心点对应的边界点之间的欧式距离，作为第一欧式距离；获得待测卷烟纸样本的光谱及其与相同波数上的标准光谱吸光度点与中心点之间的欧式距离，作为第二欧式距离；依据第一欧式距离和第二欧式距离计算待测卷烟纸样本在所有波数上的差异距离并由是推导出待测卷烟纸样本的质量达标度。本申请方法成本低简便快速易于实现，并且检验结果所反映的质量波动直观明了，所得结果可靠性一致性高，且数据具有持久化的参考对比价值。
Description
技术领域
本申请涉及卷烟制造技术领域，更具体地，涉及一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法。
背景技术
卷烟纸是卷烟产品的重要组成部分之一，尽管卷烟纸占烟支总重量很小的比例(5％左右)，但它对静态燃烧率、通风度、烟气递送量，乃至卷烟的外观特征都有较大的影响。现有技术中按照国际GB/T12655对卷烟纸的定量、水分、透气度和灰分等理化指标进行质检，其过程涉及很多的仪器且操作繁琐，难于满足大批量高效工业化生产的需求。已有的一些用近红外光谱进行的卷烟纸检测存在以下问题，或者需要通过大量实验建立如燃烧率和化学成分等的模型，依据模型预测卷烟纸的某项指标，或者存在计算方法复杂，所得结果随输入样本范围的变化而变化，数据缺乏一致性等问题。
发明内容
因此本申请的目的是提供一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，该方法成本低简便快速易于实现，并且检验结果所反映的质量波动直观明了，所得结果可靠性一致性高，且数据具有持久化的参考对比价值。
本申请提供了一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，包括：获得标准卷烟纸在每个波数上的光谱吸光度的中心点与和中心点对应的边界点之间的欧式距离，作为第一欧式距离；获得待测卷烟纸样本的光谱；获得单个待测卷烟纸样本在相同波数上的光谱吸光度点与中心点之间的欧式距离，作为第二欧式距离；依据第一欧式距离和第二欧式距离计算单个待测卷烟纸样本在每个波数上的差异距离；依据单个待测卷烟纸样本在所有波数上的差异距离计算单个待测卷烟纸样本的质量达标度。
优选地，还包括按照批次计算待测卷烟纸样本的综合质量达标度。
优选地，利用如下公式计算差异距离
βi＝(sgn(Li-Di)+1)|Li-Di|
其中，βi表示单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的差异距离，Li表示单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的第二欧式距离，Di表示标准卷烟纸在第i个波数上的第一欧式距离，sgn(*)表示阶跃函数。
优选地，还包括获得标准卷烟纸的标准光谱，包括：在每个波数上，对多个标准卷烟纸样本的光谱吸光度点进行聚类，获得标准卷烟纸类和非标准卷烟纸类，标准卷烟纸类在每个波数上具有一个光谱吸光度的中心点；将标准卷烟纸类在所有波数上的中心点连接在一起，形成标准卷烟纸的标准光谱。
优选地，将标准卷烟纸类在某个波数上的中心点作为标准卷烟纸在波数上的光谱吸光度的中心点。
优选地，将标准卷烟纸类中离中心点最远的点作为边界点。
优选地，采用K-均值算法进行聚类。
优选地，利用如下公式计算所述单个待测卷烟纸样本的质量达标度。
其中，σt表示第t个单个待测卷烟纸样本的质量达标度，α1为常数，
表示单个待测卷烟纸样本在所有波数上的第一总差异距离，βi表示单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的差异距离。优选地，常数取预定时间段内检测的多个样本所得的总差异距离中的最大值。
优选地，获得待测卷烟纸样本的光谱包括：采用光谱扫描仪获得所述待测卷烟纸样本的初始光谱；对所述初始光谱进行预处理。
本申请提供了一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，通过卷烟纸的光谱间距离来计算单个待测卷烟纸与标准卷烟纸之间的质量达标度，相比较于现有的方法，本申请方法成本低简便快速易于实现，并且检验结果所反映的质量波动直观明了，所得结果可靠性一致性高，且数据具有持久化的参考对比价值。另外，本申请以预定时间段内的待测卷烟纸的质量达标度的变化来体现该预定时间段内检测的所有待测卷烟纸的质量波动，方便对待测卷烟纸的质量波动做整体了解。
通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
图1为本申请提供的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法的流程图；
图2为本申请提供的对卷烟纸的光谱扫描示例；
图3为本申请提供的优选实施例的卷烟纸质量达标度的波动示例。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
本申请提供了一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，通过卷烟纸的光谱间距离来计算单个待测卷烟纸与标准卷烟纸之间的质量达标度，相比较于现有的方法，该方法简便快速，并且检验结果所反映的质量达标度直观明了。
本申请利用标准卷烟纸的标准光谱来评价待测卷烟纸样品的质量。标准卷烟纸的标准光谱是预先准备的。
对于标准卷烟纸和待测卷烟纸样品，在进行光谱扫描之前均需要做准备，准备的方式相同。
具体地，首先采集多个卷烟纸样品，然后按照国家标准将采集的卷烟纸样品装入密封袋保存，在恒温(23±1℃)、恒湿的条件下以国家标准方法对卷烟纸样品进行处理，获得准备好的多个卷烟纸样品。
作为一个实施例，不同的卷烟纸样品的采集时间或采集地点不同。按照采集地点、采集时间或指定采集时间内在指定采集地点获得的样品将卷烟纸样品划分成不同的批次。
标准卷烟纸是在一年中不同时间段多次分批制备的，具有代表性。
在准备好样品后，从样品中抽取样本，然后对样本进行扫描，标准卷烟纸和待测卷烟纸样品的扫描方式相同。
作为一个实施例，从每个样品中取出多张卷烟纸，作为卷烟纸样本。将卷烟纸样本中的多张卷烟纸重叠放置在光谱扫描仪上，将质量压样器放置在卷烟纸上，然后对该重叠的卷烟纸进行多次近红外漫反射光谱扫描，每次光谱扫描均获得一个光谱，其中光谱的横坐标为波数，纵坐标为光谱吸光度。由此每个卷烟纸样本获得了多个光谱。
具体地，作为一个实例，光谱扫描的波数范围为4000到12000cm-1，分辨率为8cm-1，扫描次数为72次。
图2为本申请提供的对卷烟纸的光谱扫描示例。
作为一个实例，可以按照品牌标准，将卷烟纸样本分成不同的时间段、不同的批次进行扫描。
本申请用近红外方法进行样本的检测，不会对样本造成损坏。
对于通过光谱扫描获得的标准卷烟纸的光谱做如下处理，获得标准卷烟纸的标准光谱。
具体地，在每个波数上，对标准卷烟纸样本的多个光谱的光谱吸光度点进行聚类，获得标准卷烟纸类和非标准卷烟纸类，聚类后的标准卷烟纸类的每个波数上具有一个光谱吸光度的中心点，这些中心点形成中心点矢量C＝{C1,C2，C3,……Cn}，其中，Ci表示标准卷烟纸在第i个波数上的中心点。将标准卷烟纸类在所有波数上的中心点连接在一起，形成标准卷烟纸的标准光谱。优选地，采用K-均值(K-means)算法进行聚类。
通过聚类将标准卷烟纸样本中与其他样本差异较大的样本剔除，有利于提高标准卷烟纸的标准光谱的准确度。
同时，依据聚类结果获得标准卷烟纸在每个波数上的光谱吸光度的中心点Ci和与中心点Ci对应的边界点与中心点Ci之间的欧式距离，作为第一欧式距离Di。其中，Di表示标准卷烟纸在第i个波数上的第一欧式距离。优选地，将标准卷烟纸类在每个波数上的中心点位置作为标准卷烟纸在该波数上的光谱吸光度的中心点Ci，将标准卷烟纸类中离中心点Ci最远的点作为边界点。
作为一个实施例，在获得标准卷烟纸的标准光谱后，可以按品牌建立卷烟纸的光谱数据库，对每个月份不同批次获得的光谱进行标注，标注包括品牌名称、光谱获得的时间、批次等。特别地，对标准卷烟纸的光谱进行特别标注。按照批次将待测卷烟纸样品的光谱输入该光谱数据库后，利用本申请提供的方法可以自动得出该批次卷烟纸的综合质量达标度。
图1为本申请提供的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤：
S110：获得标准卷烟纸在每个波数上的光谱吸光度的中心点与和中心点对应的边界点之间的欧式距离，作为第一欧式距离。请参见上述的第一欧式距离的获得方法。
S120：获得待测卷烟纸样本的光谱。该步骤包括采用光谱扫描仪获得待测卷烟纸样本的初始光谱(请参见上述的光谱扫描方法描述)和对初始光谱进行预处理。
作为一个实施例，对初始光谱进行预处理包括对同一待测卷烟纸样本进行的多次光谱扫描获得的初始光谱进行平均，以及对平均后的光谱进行一阶导数和平滑处理。
S130：获得单个待测卷烟纸样本在相同波数上的光谱吸光度点与中心点之间的欧式距离，作为第二欧式距离Li。其中，Li表示单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的第二欧式距离。
S140：依据第一欧式距离和第二欧式距离计算单个待测卷烟纸样本在每个波数上的差异距离βi。
具体地，作为一个实施例，利用如下公式计算差异距离
βi＝(sgn(Li-Di)+1)|Li-Di| (1)
其中，βi表示单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的差异距离，sgn(*) 表示阶跃函数。
S150：依据单个待测卷烟纸样本在所有波数上的差异距离计算单个待测卷烟纸样本的质量达标度σt。
具体地，作为一个实施例，利用如下公式计算单个待测卷烟纸样本的质量达标度σt
其中，σt表示第t个单个待测卷烟纸样本的质量达标度，α1为常数，
表示单个待测卷烟纸样本在所有波数上的第一总差异距离，βi表示单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的差异距离。
单个待测卷烟纸样本的质量达标度体现了单个待测卷烟纸样本与标准卷烟纸之间的差异。质量达标度越高，则单个待测卷烟纸样本的光谱与标准光谱越接近，单个待测卷烟纸样本与标准卷烟纸的差异度越小。质量达标度越低，则单个待测卷烟纸样本的光谱与标准光谱的差距越大，单个待测卷烟纸样本与标准卷烟纸的差异度越小。
由于光谱的不同波数位置受环境噪音的影响程度不同，反应重要化学成分的光谱段(如钾和钠对应的波数范围是4000-7700cm-1)对卷烟纸的质量稳定性的影响较大，相较于其他光谱段，这些光谱段的相关性高。
另外，在长期的检测中发现某些光谱段对卷烟纸的质量的噪音较大，因此，这些光谱段对于卷烟纸质量的相关性较低。
基于上述情况可知，不同波数对质量达标度的权重不同，形成权重矢量K＝{K1，K2，K3，……Kn}，其中，Ki表示与第i个波数对应的权重。权重矢量K为经验获得，对所有待测光谱数值一样。
因此，优选地，利用如下公式计算单个待测卷烟纸样本的质量达标度
其中，α2为常数，
表示单个待测卷烟纸样本在所有波数上的第二总差异距离。具体地，作为一个实施例，常数α2取预定时间段内检测的多个样本所得的第二总差异距离中的最大值。权重矢量K为经验获得，对所有待测光谱其数值是常数矢量。
在被选择的光谱段Ki＞0,在因为环境噪音等原因而被舍弃的光谱段值为Ki＝0，由是起到滤波作用。
将相关性低的光谱段的权重设置为0，去除了相关性低的光谱段给质量达标度带来的影响。
S160：按照批次计算待测卷烟纸样本的综合质量达标度σ。该批次可以是指定采集地点获得的样品，也可以是指定采集时间获得的样品，或是指定采集时间内在指定采集地点获得的样品。
计算综合质量达标度σ具体包括：
S1601：对于同一个批次内的若干样品，先通过绝对中位差(Median AbsoluteDeviation,MAD)法剔除该批次内待测卷烟纸样本的异常值。具体地，对于某个待测卷烟纸样本的质量达标度，其绝对中位差的值若处于该批次阈值范围外，通常为大于或小于3倍的绝对中位差，则该待测卷烟纸样本的质量达标度属于异常值，对该质量达标度进行剔除。
通过绝对中位差法寻找质量异常的样本并剔除，有利于准确体现该批次的样本的整体质量特征。
S1602：对于按批次计的质量达标度统计，若一批内有若干样本，依据筛选后的质量达标度获取综合质量达标度σ
其中，m为筛选后的质量达标度的总数量。
综合质量达标度体现了该批次内的所有待测卷烟纸样本与标准卷烟纸之间的整体差异。
作为一个示例，图3展示了以月(采集时间)为单位获得的多个批次的综合质量达标度。图中的每个点体现了该批次内的所有待测卷烟纸样本与标准卷烟纸之间的整体差异，纵坐标越大表示该批次的样本的整体质量达标度越高。整个曲线代表图示中的多个月份的质量波动性，曲线越平稳表示待测卷烟纸的质量达标度波动越小，否则波动越大。显然，图3中，17年5月和18年4月的样本显示出异常的波动，说明这两个月份的卷烟纸质量综合整体上与标准差异较大。
本申请获得的质量达标度是对与卷烟纸质量相关的多个参数(如水分和化学成分)的综合，是对卷烟纸整体特征的反映，无需流动分析等其他实验数据和建立不同理化指标的模型，因此本申请可快速方便地获得卷烟纸的质量评价结果。
虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，包括：
获得标准卷烟纸在每个波数上的光谱吸光度的中心点与和所述中心点对应的边界点之间的欧式距离，作为第一欧式距离；
获得待测卷烟纸样本的光谱；
获得单个待测卷烟纸样本在相同波数上的光谱吸光度点与所述中心点之间的欧式距离，作为第二欧式距离；
依据所述第一欧式距离和所述第二欧式距离计算所述单个待测卷烟纸样本在每个波数上的差异距离；
依据所述单个待测卷烟纸样本在所有波数上的差异距离计算所述单个待测卷烟纸样本的质量达标度。
2.根据权利要求1所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，还包括按照批次计算待测卷烟纸样本的综合质量达标度。
3.根据权利要求1所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，利用如下公式计算差异距离
βi＝(sgn(Li-Di)+1)|Li-Di|
其中，βi表示所述单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的差异距离，Li表示所述单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的第二欧式距离，Di表示所述标准卷烟纸在第i个波数上的第一欧式距离，sgn(*)表示阶跃函数。
4.根据权利要求1所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，还包括获得标准卷烟纸的标准光谱，包括：
在每个波数上，对多个标准卷烟纸样本的光谱吸光度点进行聚类，获得标准卷烟纸类和非标准卷烟纸类，所述标准卷烟纸类在每个波数上具有一个光谱吸光度的中心点；
将所述标准卷烟纸类在所有波数上的中心点连接在一起，形成标准卷烟纸的标准光谱。
5.根据权利要求4所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，将所述标准卷烟纸类在某个波数上的中心点作为所述标准卷烟纸在所述波数上的光谱吸光度的中心点。
6.根据权利要求5所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，将标准卷烟纸类中离所述中心点最远的点作为所述边界点。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，采用K-均值算法进行聚类。
8.根据权利要求1或2所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，利用如下公式计算所述单个待测卷烟纸样本的质量达标度
其中，σt表示第t个单个待测卷烟纸样本的质量达标度，α1为常数，
表示所述单个待测卷烟纸样本在所有波数上的第一总差异距离，βi表示所述单个待测卷烟纸样本在第i个波数上的差异距离。
9.根据权利要求8所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，所述常数取预定时间段内检测的多个样本所得的总差异距离中的最大值。
10.根据权利要求1所述的用于检验卷烟纸质量稳定性的方法，其特征在于，获得待测卷烟纸样本的光谱包括：
采用光谱扫描仪获得所述待测卷烟纸样本的初始光谱；
对所述初始光谱进行预处理。
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2021
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