一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法技术

本发明专利技术属于卷烟制丝加工技术领域，尤其是一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法。分别采集烟丝各个加工工序前后的烟丝样品，并采集样品的近红外光谱；然后以卷接机中的烟丝样品的近红外光谱进行主成分分析，建立烟丝的定性分析模型；再用烟丝的定性分析模型计算采集样品的近红外光谱的马氏距离；而后根据烟丝各个加工工序前后的烟丝样品的马氏距离的差别来判断各加工工序中的品质变化。本发明专利技术提供了一种快速、直观的方法可以快速检测卷烟制丝工序中烟丝的质量变化状况，为优化烟丝加工工艺参数提供了科学的依据，对提升卷烟生产工艺技术水平和稳定产品质量具有重要实际意义。

A Characterization Method of Quality Change in Tobacco Processing Based on Near Infrared Spectroscopy

【技术实现步骤摘要】
一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法
本专利技术属于卷烟制丝加工
，尤其是一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法。
技术介绍
制丝过程是卷烟工业生产的一个重要环节，主要是根据烟叶原料的理化特性，按照一定的程序逐步经过多种加工工序，把烟叶制成卷烟烟丝的过程。在卷烟生产过程中，制丝工艺流程最长、工序最繁杂、设备种类也最多。在制丝加工工序中，质量控制手段主要以物理质量为主体，例如原料的流量、掺配比例等。如何及时、准确地监控生产过程中烟草质量的变化情况对于提高卷烟产品质量和维护卷烟品牌具有十分重要的意义。烟草中含有大量对近红外比较敏感的基团，因此烟草的近红外光谱，能够比较全面地反映烟草的生物、化学和物理性质。采用近红外分析技术能监控各个加工工序中烟丝质量的波动情况，是一种对烟草整体性质的表征方法。目前，采用近红外技术来监控烟丝加工过程中的质量已有报道；但是这些表征方法只能反映卷烟制丝中的某一个工序中的品质变化，不能表征整个制丝过程的质量变化。如专利申请号为CN201310131867.6的文件公开的一种准确表征卷烟叶丝干燥工序物料加工强度的方法；分别采集干燥前后的烟丝，平衡后进行光谱扫描，光谱数据再经多元散射校正、二阶偏导+Norris导数滤波后进行主成分分析，分别建立未干燥烟丝与不同干燥加工梯度烟丝的类模型，最后通过计算得到各干燥加工梯度烟丝到未干燥烟丝类模型马氏距离的类间平均值，即可对加工强度进行判别。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术研究人员采用将近红外光谱技术与化学计量学方法相结合的方法来以直接获取分析对象烟丝的整体信息，检测和评价制丝工序中烟丝的质量变化状况，进而反映生产过程的变动情况和产品的质量信息，具体是通过以下技术方案实现的：一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法，包括以下步骤：(1)样品采集：根据烟丝加工工序确定采样点，采集样品；(2)样品预处理：采集的片烟样品需进行切丝处理；(4)近红外光谱采集：收集采集样品的近红外光谱；(4)光谱数据分析与处理：将采集样品的近红外光谱通过基线漂移、导数、autoscale等预处理后，选取卷接机中的烟丝样品建立烟丝的定性分析模型，然后将采集样品的近红外光谱投影到烟丝的定性分析模型，计算采集样品近红外光谱的马氏距离；(5)质量变化分析：通过马氏距离的变化直观反映烟丝加工中烟丝质量的变化情况。优选地，所述烟丝加工工序包括加料、贮叶、切丝、烘丝、掺配、加香、贮丝、卷制。优选地，所述加料的前进口设置有取样点1，加料的出口设置有取样点2；烘丝的前进口设置有取样点3，烘丝机出口设置有取样点4；加香的进口设置有取样点5，加香的出口设置有取样点6；贮丝柜出口设置取样点7；卷制的卷接机中设置取样点8，取样点8用来采集卷接机中的烟丝样品。优选地，所述步骤(1)，样品取采集后应立即装入密封袋，排出袋中空气后密封。优选地，所述近红外光谱的采集条件为：近红外光谱仪开机预热后，经校检合格使用。将采集的烟丝样品依次放置在旋转杯中旋转采集近红外漫反射光谱。扫描的波数设定为10000～4000cm–1，分辨率为8cm–1，扫描次数64。每次采集样品光谱前均须采集背景光谱。实验室温度、相对湿度分别控制在20℃，50％左右。优选地，所述步骤(4)，烟丝的定性分析模型的建立方法，具体为：选取卷接机中的烟丝样品的近红外光谱并组成光谱数据矩阵，对其进行主成分分析，选择累计贡献率大于预设阈值的最佳主成分个数，得到产品烟丝的定性分析99.0％。优选地，所述步骤(5)，具体是根据烟丝各个加工工序中前后取样点样品的马氏距离平均值的差别来反应每个加工工序的质量变化。本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用卷接机中的烟丝样品来建立主成分—定性分析模型，再通过主成分—定性分析模型来计算卷烟加工各工序前后的样品的马氏距离，根据各个工序前后样品马氏距离的变化可直观地反应各工序段的烟丝质量变化状况，进而反映烟丝生产过程的变动情况和产品的质量信息。本专利技术对于烟丝加工过程中加料、烘丝、加香的检测，能指导优化制丝线控制参数及控制方法，能有效指导制丝线加料、加香等工序工艺参数的优化，有利于提高烟丝产品质量稳定性。本专利技术提供了一种快速、直观的方法可以快速检测制丝工序中烟丝的质量变化状况，为优化烟丝加工工艺参数提供了科学的依据，对提升卷烟生产工艺技术水平和稳定产品质量具有重要实际意义。附图说明图1为烟丝加工工序及取样点设置示意图。图2为本专利技术实施例取样点样品的近红外光谱图。图3为本专利技术实施例取样点样品的马氏距离图。具体实施方式下面结合具体的实施方式来对本专利技术的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。实施例1某牌号卷烟A1)样品采集选取贵烟某牌号卷烟，待烟丝生产设备运行稳定后，根据图1所示的8个取样点取样：加料的前进口设置有取样点1、加料的出口设置有取样点2、烘丝的前进口设置有取样点3、烘丝机出口设置有取样点4、加香的进口设置有取样点5，加香的出口设置有取样点6、贮丝柜出口设置取样点7、卷制的卷接机中设置取样点8。每个取样点取30个样品，样品取样时间间隔90s；每个样品约100g，放置于塑料密封袋内，根据取样点1-8的顺序编为样品1-240号。2)样品预处理取样点1和2采集的样品是片烟，需用小型切丝机对样品切丝。3)采集近红外光谱数据ThermoAntarisII傅里叶变换近红外光谱仪(美国ThermoNicolet仪器公司)开机预热不低于1小时，然后用ValPro程序校检合格后使用。将采集的烟丝样品依次放置在旋转杯中旋转采集近红外漫反射光谱。扫描的波数设定为10000～4000cm–1，分辨率为8cm–1，扫描次数64。每次采集样品光谱前均须采集背景光谱。实验室温度、相对湿度分别控制在20C，50％左右。4)光谱数据分析与处理数据分析软件：为ThermoAntarisII近红外仪器自带的TQAnalyst9.4、MATLABR2014。分析处理方法：(1)采集的各样品的近红外光谱图如图2所示，对光谱进行基线漂移、导数、autoscale等预处理后，消除基线等影响；(2)选取取样点8样品(接机中的烟丝样品)的近红外光谱并组成光谱数据矩阵进行主成分分析，然后选择累计贡献率大于预设阈值99.0％的最佳主成分个数，得到最终卷烟产品烟丝的定性分析模型；(3)将采集样品的近红外光谱投影到烟丝的定性分析模型；计算样品光谱的马氏距离，如图2所示；然后通过图2计算每个取样点样品马氏距离的平均值，如表1所示：表1不同取样点的马氏距离的结果5)质量变化分析通过马氏距离的大小表征制丝过程中各个工序段的烟丝质量变化状况：由表1可知，加料前后(取样点1和2)，样品的平均马氏距离从8.49变化到12.73，明显增大，说明料液引起了片烟样品近红外光谱的变化。在加料的生产过程中，料液和蒸汽一起呈雾状喷射到烟片上，烟片的水分由原来的11.0-13.0％增加到20％左右，水分会引起近红外光谱的变化因此可以采用近红外光谱来检测加料过程中施加料液的变化。同理，在烘丝前后(取样点3和4)，样品的平均马氏距离从10.72变化到3.74，明显减少，说明了烘丝出口烟丝水分的差异性。在加香前后(取样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法，包括以下步骤：(1)样品采集：根据烟丝加工工序确定采样点，采集样品；(2)样品预处理：采集的片烟样品需进行切丝处理；(3)近红外光谱采集：收集采集样品的近红外光谱；(4)光谱数据分析与处理：将采集样品的近红外光谱预处理后，选取卷接机中的烟丝样品的近红外光谱建立烟丝的定性分析模型，然后利用烟丝的定性分析模型计算采集样品的近红外光谱的马氏距离；(5)质量变化分析：通过马氏距离的变化直观反映烟丝加工中烟丝质量的变化情况。

【技术特征摘要】
1.一种基于近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法，包括以下步骤：(1)样品采集：根据烟丝加工工序确定采样点，采集样品；(2)样品预处理：采集的片烟样品需进行切丝处理；(3)近红外光谱采集：收集采集样品的近红外光谱；(4)光谱数据分析与处理：将采集样品的近红外光谱预处理后，选取卷接机中的烟丝样品的近红外光谱建立烟丝的定性分析模型，然后利用烟丝的定性分析模型计算采集样品的近红外光谱的马氏距离；(5)质量变化分析：通过马氏距离的变化直观反映烟丝加工中烟丝质量的变化情况。2.如权利要求1所述的近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法，其特征在于，所述烟丝加工工序包括加料、贮叶、切丝、烘丝、掺配、加香、贮丝、卷制。3.如权利要求1-2所述的近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法，其特征在于，所述加料的前进口设置有取样点1，加料的出口设置有取样点2；烘丝的前进口设置有取样点3，烘丝机出口设置有取样点4；加香的进口设置有取样点5，加香的出口设置有取样点6；贮丝柜出口设置取样点7；卷制的卷接机中设置取样点8，取样点8用来采集卷接机中的烟丝样品。4.如权利要求1所述的近红外技术的烟丝加工中质量变化的表征方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡芸，庞红蕊，杨佳玫，彭黔荣，张志航，张佳芸，
申请(专利权)人：贵州中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52