CN113092409A - 基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，包括可调节高度的支架及设置在该支架上的近红外光谱检测主机，所述的近红外光谱检测主机由壳体、PLC、光源模块、分光模块、探测模块、数据处理模块、通讯模块、压缩空气吹扫模块和测温探头组成；本发明直接安装在烟草生产线上，采用线性渐变滤光片进行分光，扫描速度更快，单位时间信息获取量更大，性能更加稳定可靠，满足卷烟生产的在线烟叶化学成分检测要求；设置有压缩空气吹扫模块对光路模块进行除尘和降温，防止灰尘、杂物对光谱采集的干扰，也降低了温度对检测精度的影响；主机安装在伸缩支架上，使用距离可根据环境、采光及烟叶的相关指标进行调整，实现最优检测。
Description
技术领域
本发明属于烟草成分检测技术领域，尤其涉及一种基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置及方法。
背景技术
在卷烟加工中，烟叶化学成分的波动直接影响到卷烟产品质量和风格特征的稳定，快速、准确地检测烟叶化学成分能够为加工过程中原料的投料、设备参数的调整提供依据，从而提高卷烟加工企业的过程控制水平和卷烟产品质量的均质化水平。严格把控水分、总糖，还原糖，植物碱，总氮，硝酸盐，钾和氯等的变异系数，实现同一模块加工批次间和批次内化学成分均匀一致，是烟草行业均质化加工的主要内容。
在烟草加工的各个环节中,为了确保生产过程的稳定性和产品质量的均匀性，需要实时对烟草的化学成分进行在线监控和检测。在线检测是实现生产加工过程自动化、智能化的有效手段。当前，烟草行业在线化学成分检测是通过近红外光谱技术，将近红外探头架设于物料传送带上，随着物料的流动扫取物料的近红外信息。近红外光谱分析法是一种间接分析技术，通过样本近红外光谱和参考值建立校正模型比对，实现样本的定性或定量分析。
但是现有的烟厂行业的在线近红外光谱仪的分光器主要采用光栅式或傅里叶变换式，抗震性能差，结构不稳定，检测周期慢；数据管理为定时数据，需要人工管理和模型维护；作为核心传感检测设备，现有设备难以满足智能化工厂检测需求。
实用新型内容
针对现有烟草在线红外检测装置的不足，本发明提供一种基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置及方法。
本发明采用的技术方案为：一种基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，包括可调节高度的支架及设置在该支架上的近红外光谱检测主机，近红外光谱检测主机位于烟草生产输送装置的上方，所述的近红外光谱检测主机由壳体、PLC、光源模块、分光模块、探测模块、数据处理模块、通讯模块、压缩空气吹扫模块和测温探头组成，PLC位于壳体内部的最顶层，PLC的下方并排设置电源模块和通讯模块，电源模块和通讯模块的下方设置数据处理模块，数据处理模块的下方设置探测模块，探测模块的下方设置分光模块，分光模块的下方设置漫反射透镜，漫反射透镜的下方两侧设置光源模块，壳体的侧壁上还设置有压缩空气吹扫模块和测温探头。
所述的近红外光谱检测主机的壳体上设置有至少一个散热口，位于壳体的顶面和/或侧面。
所述的近红外光谱检测主机的壳体顶部设置有吊装螺钉接口，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机吊装在支架上。
所述的光源模块由至少一个大功率卤钨灯组成。
所述的分光模块采用线性滤光片。测量稳定性和适用性更强，没有任何移动部件，适合在线生产等振动强烈区域使用，更好地排除环境影响因素，维护成本较低。线性滤光片实现了空间上的分光，扫描时间更短，体积更小，能更准确的捕捉和分析近红外光谱，提高对样品特征谱图的识别度。
所述的压缩空气吹扫模块有至少一个，设置在壳体的内壁上，位于光源模块的上方，压缩空气吹扫模块设置有压缩空气进气口和排气口，对近红外检测主机内部进行压缩空气吹扫，压缩空气吹扫流量根据测温探头测量的温度进行调整。压缩空气吹扫可降低装置内部温度，延长系统的工作寿命，保证系统在稳定工作环境运行。使用压缩空气还可以对光源模块和漫反射透镜的表面进行吹扫，保证光源的能量和漫反射透镜表面的清洁，防止灰尘、杂物干扰光谱的正常采集和扫描。
所述的测温探头为红外测温探头，对检测仪器内部温度进行检测，设置在壳体的内壁上，位于压缩空气吹扫模块的上方，所得数据上传至PLC，PLC根据获取的温度数据的高低，自动调整压缩空气吹扫模块的压缩空气吹扫量。
所述的数据处理模块对前端扫描得到的近红外光谱信息进行处理、分析、预测，得到样品指标的具体成分和结果，实时检测烟草样品的化学成分及水分相关指标。数据处理模块能够随时生成数据报表，并可形成质量分析报告。数据处理模块也具有扩展功能，可以为日后的多点检测统一管理进行软件升级。
所述的电源模块将220 V电源转化成12V低压电源，给装置内各个模块供电，通讯模块将指标分析结果输出至外部接收器，外部接收器为云端或本地接收系统。
一种如上所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置的操作方法，先根据实际情况安装支架，支架安装稳定后，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机吊装在支架上，调整支架的伸缩杆高度，确定进红外光谱检测主机最下端至烟草样品的探测距离，打开电源模块，给近红外光谱检测主机内各个模块供电，进入自动运行模式，采集光谱信息并进行数据处理、分析、预测，将实时数据通过通讯模块传递给外部接收器。
本发明的有益效果为：本发明直接安装在烟草生产线上，采用线性渐变滤光片进行分光，与现有技术相比，扫描速度更快，单位时间信息获取量更大，性能更加稳定可靠，重复满足卷烟生产的在线烟叶化学成分检测要求；集成了红外水分检测功能，信息更丰富，检测能力更强大；设置有压缩空气吹扫模块对光路模块进行除尘和降温，防止灰尘、杂物堆光谱采集的干扰，也降低了温度对检测精度的影响；主机安装在伸缩支架上，使用距离可根据环境、采光及烟叶的相关指标进行调整，实现最优检测。
附图说明
图1为本发明的近红外光谱检测主机的结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的主机上散热口的示意图。
图4为本发明的工作原理图。
图中，1、烟草生产输送装置2、烟草样品，3、光源模块，4、漫反射透镜，5、分光模块，6、探测模块，7、压缩空气吹扫模块，8、测温探头，9、数据处理模块，10、电源模块，11、通讯模块，12、支架，13、近红外光谱检测主机，14、PLC。
具体实施方式
如图1～图4所示，一种基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，包括可调节高度的支架12及设置在该支架12上的近红外光谱检测主机13，近红外光谱检测主机13位于烟草生产输送装置1的烟草样品2的上方，所述的近红外光谱检测主机13由壳体、PLC、光源模块3、分光模块5、探测模块6、数据处理模块9、通讯模块11、压缩空气吹扫模块7和测温探头8组成，PLC位于壳体内部的最顶层，PLC的下方并排设置电源模块10和通讯模块11，电源模块10和通讯模块11的下方设置数据处理模块9，数据处理模块9的下方设置探测模块6，探测模块6的下方设置分光模块5，分光模块5的下方设置漫反射透镜4，漫反射透镜4的下方两侧设置光源模块3，壳体的侧壁上还设置有压缩空气吹扫模块7和测温探头8。
所述的近红外光谱检测主机13的壳体上设置有至少一个散热口，位于壳体的顶面和/或侧面。
所述的近红外光谱检测主机13的壳体顶部设置有吊装螺钉接口，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机13吊装在支架12上。
所述的光源模块3由至少一个大功率卤钨灯组成，位于壳体内部最下端。
所述的分光模块5采用线性滤光片。测量稳定性和适用性更强，没有任何移动部件，适合在线生产等振动强烈区域使用，更好地排除环境影响因素，维护成本较低。线性滤光片实现了空间上的分光，扫描时间更短，体积更小，能更准确的捕捉和分析近红外光谱，提高对样品特征谱图的识别度。
所述的压缩空气吹扫模块7有至少一个，设置在壳体的内壁上，位于光源模块3的上方，压缩空气吹扫模块7设置有压缩空气进气口和排气口，对近红外光谱检测主机13内部进行压缩空气吹扫，压缩空气吹扫流量根据测温探头8测量的温度进行调整。压缩空气吹扫可降低装置内部温度，延长系统的工作寿命，保证系统在稳定工作环境运行。使用压缩空气还可以对光源模块3和漫反射透镜4的表面进行吹扫，保证光源的能量和漫反射透镜4表面的清洁，防止灰尘、杂物干扰光谱的正常采集和扫描。
所述的测温探头8为红外测温探头，对近红外光谱检测主机13内部温度进行检测，设置在壳体的内壁上，位于压缩空气吹扫模块7的上方，所得数据上传至PLC，PLC根据获取的温度数据的高低，自动调整压缩空气吹扫模块7的压缩空气吹扫量。
所述的数据处理模块9对前端扫描得到的近红外光谱信息进行处理、分析、预测，得到样品指标的具体成分和结果，实时检测烟草样品的化学成分及水分相关指标。数据处理模块9能够随时生成数据报表，并可形成质量分析报告。数据处理模块9也具有扩展功能，可以为日后的多点检测统一管理进行软件升级。
所述的电源模块10将220 V电源转化成12V低压电源，给装置内各个模块供电，通讯模块11将指标分析结果输出至外部接收器，外部接收器为云端或本地接收系统。
一种如上所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置的操作方法，先根据实际情况安装支架12，支架12安装稳定后，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机13吊装在支架12上，调整支架12的伸缩杆高度，确定进红外光谱检测主机13最下端至烟草样品2的探测距离，打开电源模块10，给近红外光谱检测主机13内各个模块供电，进入自动运行模式，采集光谱信息并进行数据处理、分析、预测，将实时数据通过通讯模块传递给外部接收器。
本发明使用时，1.根据实际情况安装支架12，在支架12完成稳固安装后，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机13吊装在支架12上，调整支架12的伸缩杆高度，确定近红外光谱检测主机13最下端至烟草样品2的探测距离为10cm，探测距离可根据现场光源和样品物料特性进行调整；
2.打开电源模块10，将220V电源转化成12V低压电源，给近红外光谱检测主机13内各个模块供电；
3．光源模块3射出的近红外光照射到烟草样品2上后发生漫反射，漫反射光被漫反射透镜4收集、聚焦，照射到分光模块5，分光模块5对红外信号进行分光，探测模块6采集到烟草样品2的近红外光谱数据，并将数据传输给数据处理模块9；
4. 压缩空气模块7设置有压缩空气进气口和排气口，对近红外光谱检测主机13内部进行压缩空气吹扫，使用压缩空气还可以对光源模块3和漫反射透镜4的表面进行吹扫，保证光源模块3和漫反射透镜4表面的清洁，防止灰尘、杂物干扰光谱的正常采集和扫描；
5. 红外测温探头8对近红外光谱检测主机13内部温度进行检测，所得数据上传至PLC，根据温度数据的高低，PLC控制压缩空气吹扫模块7调整压缩空气的吹扫量；
6. 数据处理模块9对前端扫描得到的近红外光谱信息进行处理、分析、预测，得到样品指标的具体成分和结果，实时检测烟草样品的化学成分及水分等相关指标，数据处理模块9能够随时生成数据报表，发送给PLC14并可形成质量分析报告，PLC14并将结果通过通讯模块传给外部接收器。
外部接收器可采用云端或本地接收系统，接收设备发出的信号，对数据进行存储、处理和校准。本发明的近红外光谱检测主机13可安装在车间生产线多处位置，云端或本地接收系统得到生产线多处完整的数据，并对数据进行分析、记录、存储，形成报告。
数据处理模块9也具有扩展功能，可以为日后的多点检测统一管理进行软件升级。
本发明中涉及的PLC14、数据处理模块9即数据处理器、通讯模块11、探测模块6即红外探测器、压缩空气吹扫模块7即压缩空气吹扫装置均为现有技术。
本发明基于近红外光谱原理，可用于测定烟草样品中的温度、水分、总糖、还原糖、植物碱、总氮、硝酸盐、钾和氯等信息。
装置满足Ex d IIB T4 Gb/Ex t DA21 IP65 T 80℃级别防爆要求。
本发明采用测量稳定性和适用性更强的线性滤光片分光装置，没有任何移动部件，适合在线生产等振动强烈区域使用，更好地排除环境影响因素，维护成本较低。线性滤光片实现了空间上的分光，扫描时间更短，体积更小，能更准确的捕捉和分析近红外光谱，提高对样品特征谱图的识别度。
通过在云端建校正模型数据库，对上传云端的即时在线监测数据进行校正，再将校正值传回在线水分仪显示为测量值。随着数据库的增大，数据模型校准的越精确，测速结果越准确。
整个装置主要部件采用不锈钢设备，满足车间防爆要求。操作简单，无需人工干预，无需专人操作，通电后系统即进入自动运行模式，自动采集光谱并进行数据分析、预测，将实时数据通过4-20mA信号输出。
Claims (10)
1.一种基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：包括可调节高度的支架（12）及设置在该支架（12）上的近红外光谱检测主机（13），所述的近红外光谱检测主机（13）由壳体、PLC（14）、光源模块（3）、分光模块（5）、探测模块（6）、数据处理模块（9）、通讯模块（11）、压缩空气吹扫模块（7）和测温探头（8）组成，PLC（14）位于壳体内部的最顶层，PLC（14）的下方并排设置电源模块（10）和通讯模块（11），电源模块（10）和通讯模块（11）的下方设置数据处理模块（9），数据处理模块（9）的下方设置探测模块（6），探测模块（6）的下方设置分光模块（5），分光模块（5）的下方设置漫反射透镜（4），漫反射透镜（4）的下方两侧设置光源模块（3），壳体的侧壁上还设置有压缩空气吹扫模块（7）和测温探头（8）。
2.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的近红外光谱检测主机（13）的壳体上设置有至少一个散热口，位于壳体的顶面和/或侧面。
3.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的近红外光谱检测主机（13）的壳体顶部设置有吊装螺钉接口，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机（13）吊装在支架（12）上。
4.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的光源模块（3）由至少一个大功率卤钨灯组成。
5.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的分光模块（5）采用线性滤光片。
6.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的压缩空气吹扫模块（7）有至少一个，设置在壳体的内壁上，位于光源模块（3）的上方，压缩空气吹扫模块（7）设置有压缩空气进气口和排气口，对近红外光谱检测主机（13）内部进行压缩空气吹扫，压缩空气吹扫流量根据测温探头（8）测量的温度进行调整。
7.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的测温探头（8）为红外测温探头，对近红外光谱检测主机（13）内部温度进行检测，设置在壳体的内壁上，位于压缩空气吹扫模块（7）的上方。
8.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的数据处理模块（9）对前端扫描得到的近红外光谱信息进行处理、分析、预测，得到样品指标的具体成分和结果，实时检测烟草样品的化学成分及水分相关指标。
9.根据权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置，其特征在于：所述的电源模块（10）将220 V电源转化成12V低压电源，给装置内各个模块供电，通讯模块（11）将指标分析结果输出至外部接收器，外部接收器为云端或本地接收系统。
10.一种如权利要求1所述的基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置的操作方法，其特征在于：先根据实际情况安装支架（12），支架（12）安装稳定后，通过吊装螺丝将近红外光谱检测主机（13）吊装在支架（12）上，调整支架（12）的伸缩杆高度，确定进红外光谱检测主机（13）最下端至烟草样品（2）的探测距离，打开电源模块（10），给近红外光谱检测主机（13）内各个模块供电，进入自动运行模式，采集光谱信息并进行数据处理、分析、预测，将实时数据通过通讯模块传递给外部接收器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110526757.4A CN113092409A (zh) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 基于线性滤光片的烟草在线近红外光谱检测装置及方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113804648A (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-17 | 上海益实智能科技有限公司 | 烟草在线实时监测装置及其在烟草品质无损快速质控中的应用 |
-
2021
- 2021-05-14 CN CN202110526757.4A patent/CN113092409A/zh active Pending
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