[实用新型]一种烟包在线微波水分检测系统

说明书

技术领域

本实用新型主要涉及到烟草物理化学分析领域，特指一种烟包在线微波水分检测系统。

背景技术

“烟包”是制丝车间的主要生产原料之一。烟包中的叶片经过拆包机与切片机之后进入松散回潮机加湿，并与一定量的配液混合。确定来料烟包的水分对松散回潮出口的稳定性起着决定性作用。为获得烟包内在水分，可利用烘箱法对样本进行离线水分化验。但是这种方法精度较高，但由于耗时长，无法满足制丝的需要。

目前，在烟草行业所使用的在线水分仪主要包括红外水分仪、基于微波谐振腔微扰理论的微波水分仪，以上两类水分仪难以满足测量烟包水分的需要。

红外水分仪的工作原理是：水分子对某些特定波长的近红外光吸收特别强烈。如果用近红外光照射被测物质，就可以通过测量反射光的衰减程度来测量物质的水分。近红外水分仪难以测量烟包的内在水分，这是因为：1、红外法只能测量物料表面的水分，而烟包表面水分难以代表烟包内部烟叶的实际水分。烟包需要在烟厂库房存储相当长的一段时间（一年到六年）才能投入生产环节，长时间的存储将会导致烟包表面水分与内部水分存在较大差异。2、物料颜色的变化会显著地影响红外法的测量结果。由于产地不同，生产同一牌号的卷烟所使用的烟包存在着明显的色差。

基于微波谐振腔微扰理论的微波水分仪，利用反射式谐振腔把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属板，从而构成谐振腔。根据微扰理论，当金属板上的物料量较小且与金属表面稳定接触时，将微波（波长为1m-0.1mm）馈入谐振腔后，物料中所含水分会导致微波的反射过程变慢，同时反射回波的幅度降低。基于该方法所设计的水分分析仪也难以实现对烟包水分的检测，主要是由于：1、反射式谐振腔要求物料与金属探头稳定接触，且接触范围较小。这就意味着烟包的表面水分对检测量起着决定性的影响。同时，由于是采用接触式测量，长期的接触会导致金属探头的磨损，不利于设备的维护。2、根据微扰理论，传感器读数不仅受到物料水分影响，同时它也是受扰前后电场强度变化、磁感应强度变化、谐振腔品质因数的函数。在复杂的工业生产过程中，维持以上因素的稳定是比较困难的。

常规微波水分测量装置难以在烟草行业，特别是烟包水分检测中取得良好的效果。这主要是由于：1）该类微波水分测量装置仅仅直接利用相位差（相移）或衰减信号作为检测变量，测量手段单一。同时相位差（相移）和衰减信号不可避免的存在着难以避免的随机干扰，这种干扰极大的影响了测量精度。2）难以建立有效的烟包内部水分与检测变量之间的数学模型。现有的水分预测模型大多依靠最小二乘方法建立回归模型。最小二乘方法需假定烟包内部水分与检测变量符合正态分布，且容易受到异常观测值的显著影响。目前已有文献报道利用基于遗传算法的模糊神经元网络建立数学模型的方法，但该方法计算量极大，难以实现在线水分预测，同时建立决策变量的模糊准则依靠专家知识，难以在实际中推广。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种能够检测烟包内的整体水分、检测精度高、维护简单、运行稳定、适用范围广的烟包在线微波水分检测系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种烟包在线微波水分检测系统，包括分析仪机壳以及安装于分析仪机壳内的供电单元、控制单元、水分预测模块、微波信号发射器、发射天线、接收天线和微波信号处理单元，所述微波信号发射器用来产生微波发射源信号并经发射天线发射至烟包，所述微波信号处理单元通过接收天线接收穿透烟包后的微波信号，所述微波信号处理单元将微波信号转换为基带信号，并得到基带信号的衰减A与相位差P后传送至控制单元中供水分预测模块处理。

作为本实用新型检测系统的进一步改进，本实用新型还包括一个光电开关，所述光电开关用来检测传输带上是否有烟包通过，并将检测信号传送给控制单元。

作为本实用新型检测系统的进一步改进，所述微波信号发射器包括带有温度补偿的石英晶体振荡器、低噪声锁相环式频率综合器、IQ调制器、混频器以及可调功率衰减器；所述石英晶体振荡器产生本振信号，通过低噪声锁相环式频率综合器将上述本振信号变频生成微波载波信号；所述微波载波信号与IQ调制器产生的两路100K～10M Hz基带信号经混频器与可调功率衰减器后，形成微波发射源信号；所述微波发射源信号经发射天线输出。