本发明涉及一种散状物料异物剔除或分选技术，具体为一种利用中红外光谱的烟片异物高速在线剔除设备及方法。
背景技术：
在烟草加工过程中，烟片中掺杂有非烟异物，现有的异物在线剔除方法为利用工业相机拍摄异物外观颜色和形状来识别区分烟片及异物，这种异物剔除设备只能根据颜色、大小、形状的外观差异进行识别区分，但是对于颜色、大小、形状与烟叶相近的非烟异物无法识别出来。另外，在其他物料分选处理中有利用近红外光谱分析的方法，同一种物质分级分选需要更详细的分析同种物质之间的各个官能团的含量差异。由于近红外光谱是由分子的倍频、合频产生的，倍频峰、合频峰叠加在一起，形成一个宽峰，谱峰重叠严重，单从谱图上无法直接分辨是哪一种物质的吸收峰，要用化学计量学方法进行分析。另外用近红外分析物质构成时需要连续的近红外光源，方法比较复杂。
技术实现要素：
针对现有技术中烟草异物的剔除方法及装置无法从物质内部构成判断非烟异物的缺点，本发明要解决的问题是提供一种物质定性算法简洁、根据物质结构识别非烟异物的利用中红外光谱的烟片异物高速在线剔除设备及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，设置烟片高速输送机构，烟片高速输送机构送出的水平悬空飞行状态烟片流的上、下两侧分别安装中红外光电检测装置，对应每一中红外光电检测装置的烟片流另一侧分别设有含有烟片主要官能团材料的背景板；在烟片流上方延输送方向在中红外光电检测装置的下游设有压缩气体喷吹装置，对应压缩气体喷吹装置的烟片流下方设有非烟异物收集箱。
各中红外光电检测装置结构相同，均包括中红外光源及光斑扫描机构、n个窄带滤光片和n个中红外光电探测器以及漫反射光分束装置，中红外光源及光斑扫描机构发射的中红外光斑照射到烟片流后漫反射光经漫反射光分束装置及窄带滤光片送至中红外光电探测器，中红外光电探测器输出的电信号送至数据处理及控制装置。
所述中红外光源及光斑扫描机构包括n个中红外光源、光线合束装置以及旋转多面镜，其中n个中红外光源发出的光线经光线合束装置合为一束照射到旋转多面镜，旋转多面镜发出的光斑扫描线照射到烟片流后的漫反射光由漫反射光分束装置接收。
n的取值范围为2≤n≤6。
所述压缩气体喷吹装置为一具有多个喷气口的一字型气枪，水平横向安装于烟片流上方，连通各喷气口的气路分别设有电磁阀，各电磁阀受控于数据处理及控制装置。
在位于烟片流上、下两侧中红外光源及光斑扫描机构的光斑横向扫描线的两端位置分别安装有面向烟片流的全反镜，全反镜通过安装架以可调反射角度的方式安装于上、下烟片流的扫描光斑扫描范围的两端边部。
一种利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备的剔除方法，包括以下步骤：
中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备启动后，由数据处理及控制装置控制中红外光源及光斑扫描机构的一个或多个中红外光源发出的光线经合束装置和扫描装置后发出的一点状光斑周期性扫描烟片高速输送机构送出的水平悬空飞行烟片流的上、下两侧；
烟片流上、下两侧被扫描点的中红外漫反射光经漫反射光分束装置分别进入窄带滤光片后分别被同侧的中红外光电探测器接收；
中红外光电探测器的电信号传送至数据处理及控制装置并对接收到的多路电信号进行组合分析比较，利用官能团在中红外区存在多个相对独立的吸收峰这一特性确定官能团的存在；
当被光斑扫描到的物质为非烟官能团吸收峰信号组合时，启动压缩气体喷吹装置，将非烟物质吹到异物收集箱中。
中红外光电探测器的电信号传送至数据处理及控制装置对收到的多路电信号进行组合分析比较，检测到n个烟草或异物特征吸收峰存在时，判定为烟片或非烟异物。
在烟片流上、下两侧中红外光源及光斑扫描机构的光斑横向扫描线的两端位置分别安装面向烟片流的全反镜，以加强烟片流两端漫反射光的强度。
烟片流每一侧安置的中红外光电探测器和配套窄带滤光片组合数量n根据烟草及被检测的异物所含典型吸收峰数量来决定。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明利用中红外上述特点来实现在线检测剔除烟草中的非烟异物，只选择2至6个单波长中红外光源即可，从物质定性检测上，没有复杂的算法，只需检测2至6个特征吸收峰组合是否存在即可判别出非烟异物。
2.本发明装置组成简单，检测分析方法直接简单，现场操作人员没有复杂的操作理解即可熟练操作生产。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明中光斑扫描烟片流喷吹剔除示意图；
图3为光斑扫描线2端全反镜安装示意图。
图4为中红外光源及光斑扫描机构。
其中，1为烟片高速输送机构，2为烟片，3为异物，4为中红外光源及光斑扫描机构，501～504为第一～四中红外光电探测器，505～508为第五～八中红外光电探测器，601～604为第一～四窄带滤光片，605～608为第五～八窄带滤光片，7为压缩气体喷吹装置，8为喷吹气流，9为合格烟片接收机构，10为数据处理及控制装置，11为异物收集箱，12为背景板，13a～13b为第一～二扫描光斑，14a～14d为第一～四全反镜，15a为烟片流上侧漫反射光分束装置，15b为烟片流下侧漫反射光分束装置；401～404为第一～四中红外光源，405为光线合束装置，406为旋转多面镜，407为光斑扫描线。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明为一种利用中红外光谱的烟片异物高速在线剔除设备，包括烟片高速输送机构1，在烟片高速输送机构1送出的水平悬空飞行状态烟片流的上、下两侧分别安装中红外光源及光斑扫描机构4，对应每一个中红外光源及光斑扫描机构4的烟片流另一侧分别设有含有烟草主要官能团材料的背景板12；在烟片流上方延输送方向在红外光电检测装置的下游设有压缩气体喷吹装置7，对应压缩气体喷吹装置7烟片流的下方设有非烟异物收集箱11。
各中红外光电检测装置结构相同，均包括中红外光源及光斑扫描机构4、n个窄带滤光片和n个中红外光电探测器以及漫反射光分束装置，红外光源及光斑扫描机构4发射的中红外光斑照射到烟片流后漫反射光经漫反射光分束装置及窄带滤光片送至中红外光电探测器，中红外光电探测器输出的电信号送至数据处理及控制装置。
本实施例中，烟片流上侧中红外光源数量n＝4，其波长分别为3369nm、3598nm、6993nm、13927nm。第一～四窄带滤光片601～604和第一～四中红外光电探测器501～504均对应上述四个波长设置；在第一～四窄带滤光片601～604的光线入射方向安装烟片流上侧漫反射光分束装置15a。安装于烟片流下侧的红外光源及光斑扫描机构与上侧相同，设有3369nm、3598nm、6993nm、13927nm四个不同波长中红外光源、第五～八窄带滤光片605～608和第五～八中红外光电探测器505～508对应上述四个波长设置；在第五～四八窄带滤光片605～608的光线入射方向安装烟片流下侧漫反射光分束装置15b
如图4所示，本实施例中，中红外光源及光斑扫描机构4包括4个中红外光源即第一～四中红外光源401～404、光线合束装置405以及旋转多面镜406，其中第一～四中红外光源401～404发出的光线经光线合束装置405合为一束照射到旋转多面镜406，旋转多面镜406发出的光斑扫描线407照射到烟片流后的漫反射光由漫反射光分束装置接收。
如图2所示，压缩气体喷吹装置7为一具有多个喷气口的一字型气枪，水平横向安装于烟片流上方，连通各喷气口的气路上均设有电磁阀，各电磁阀受控于数据处理及控制装置10的控制信号。
如图3所示，在位于烟片流上、下两侧中红外光源及光斑扫描机构4发出的光斑即第一～二扫描光斑13a～13b在烟片流表面形成的扫描线的两端位置分别安装有面向烟片流的全反镜即第一～四全反镜14a～14d。其作用是加强烟片流两端漫反射光的强度。
本发明利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备的检测方法，包括以下步骤：
设备启动后，上、下中红外光源及光斑扫描机构4分别发出上、下两个点状光斑即第一～二扫描光斑13a～13b按规定速度周而复始的在烟片高速输送机构1送出的悬空飞行的烟片流2的双侧从横向的一端扫描至另一端；
烟片流上、下两侧的红外漫反射光经光线分束装置送入同侧窄带滤光片，然后送至中红外光电探测器；
上、下两侧的中红外光电探测器的电信号传送至数据处理及控制装置10并分别对收到的上、下两侧的各下4路电信号进行组合分析比较，判断是否为烟草的典型吸收峰组合；
当被红外线光斑扫描到的物质不是烟草含有的官能团典型吸收峰组合时启动压缩气体喷吹装置7，将异物3吹到异物收集箱11中；
所述中红外光源及光斑扫描机构4包含有3369nm、3598nm、6993nm、13927nm的一个或多个红外光源。
上、下两侧的中红外光电探测器的电信号传送至数据处理及控制装置10并分别对收到的上、下两侧的4路电信号进行组合分析比较，具体为：根据烟草中的烟碱在中红外区4个明显且独立的吸收峰，分别位于3369nm、3598nm、6993nm、13927nm处，只有在上述4个波长处检测到吸收峰存在时，判定为烟片，否则为非烟异物。
烟片流每一侧安装的中红外光电探测器和配套窄带滤光片组合数量可根据烟草及被检测的异物所含典型吸收峰数量来决定，本实施例烟片流每侧包含有3369nm、3598nm、6993nm、13927nm共四个不同波长红外光源以及对应的四个中红外光电探测器和四个窄带滤光片。
本实施例在烟片流上、下两侧中红外光源及光斑扫描机构的光斑横向扫描线的两端位置分别安装面向烟片流的全反镜，以加强烟片流两端漫反射光的强度。
本发明的工作原理表述如下：
不同化合物中有不同的多个官能团，当物质受到特定波长的中红外光照射时，不同的官能团会吸收对应波长的中红外光，从而形成该波长处的吸收峰。官能团在中红外区存在多个相对独立的吸收峰，利用该吸收峰谱可确定该官能团的存在。中红外光谱属于分子的基频振动光谱在中红外区域有比较尖锐并且比较稀疏独立的吸收峰，根据峰谱可清晰的定性识别该官能团的存在。本方法就是利用中红外上述特点来实现在线检测并剔除烟片中的非烟异物。烟草区别于非烟异物最大的特征是含有较高浓度的烟碱，烟碱在中红外区有4个明显且独立的吸收峰，分别位于3369nm、3598nm、6993nm、13927nm处，因此只要在上述4个波长处检测到吸收峰的存在，即可判定为烟片，否则为非烟异物，进而启动剔除喷吹装置将非烟异物剔除。
本发明方法使用3369nm、3598nm、6993nm、13927nm四个单波长中红外光源，四束光线合束后发出的点状光斑经旋转多面镜折射后按规定速度周而复始的在烟片高速输送机构1送出的悬空飞行的烟片流2的双侧从横向的一端扫描至另一端，扫描双侧的目的是最大限度的减少漏检。烟片流双侧的中红外漫反射光经分束后分别送至同侧窄带滤光片然后送至中红外光电探测器，每一侧的中红外光电探测器和配套窄带滤光片组合数量可根据烟片及被检测的异物所含典型吸收峰数量来决定，这样可精确判断区分所检测的物质。数据处理及控制装置10接收并分析中红外探测器信号是否有上述四个波长的典型吸收峰组合，如没有，则不是烟叶，发出剔除指令，开启压缩气体喷吹装置中相应的电磁阀，由对应的喷气口喷出高压气流，将非烟异物从烟片料流中剔除。压缩气体喷吹装置7由电磁阀和喷嘴排构成，根据控制机构发出的位置信息启动相应横向对应位置喷吹口的电磁阀。喷吹气流8将非烟物质(异物3)吹到异物收集箱11中。烟片继续前行至后续的接收皮带9。背景板12为含有烟片相同官能团的材料，作用是当扫描光斑穿过烟片料流缝隙时不会产生非烟信号引起误喷吹。
本发明从物质内部分子组成来准确区分非烟物质避免了因外形及颜色相近产生的误剔除，物质定性算法简洁，经实验证明达到了很好的效果。
1.一种利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，其特征在于：设置烟片高速输送机构，烟片高速输送机构送出的水平悬空飞行状态烟片流的上、下两侧分别安装中红外光电检测装置，对应每一中红外光电检测装置的烟片流另一侧分别设有含有烟片主要官能团材料的背景板；在烟片流上方延输送方向在中红外光电检测装置的下游设有压缩气体喷吹装置，对应压缩气体喷吹装置的烟片流下方设有非烟异物收集箱。
2.根据权利要求1所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，其特征在于：各中红外光电检测装置结构相同，均包括中红外光源及光斑扫描机构、n个窄带滤光片和n个中红外光电探测器以及漫反射光分束装置，中红外光源及光斑扫描机构发射的中红外光斑照射到烟片流后漫反射光经漫反射光分束装置及窄带滤光片送至中红外光电探测器，中红外光电探测器输出的电信号送至数据处理及控制装置。
3.根据权利要求2所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，其特征在于：所述中红外光源及光斑扫描机构包括n个中红外光源、光线合束装置以及旋转多面镜，其中n个中红外光源发出的光线经光线合束装置合为一束照射到旋转多面镜，旋转多面镜发出的光斑扫描线照射到烟片流后的漫反射光由漫反射光分束装置接收。
4.根据权利要求2所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，其特征在于：n的取值范围为2≤n≤6。
5.根据权利要求1所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，其特征在于：所述压缩气体喷吹装置为一具有多个喷气口的一字型气枪，水平横向安装于烟片流上方，连通各喷气口的气路分别设有电磁阀，各电磁阀受控于数据处理及控制装置。
6.根据权利要求1所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备，其特征在于：在位于烟片流上、下两侧中红外光源及光斑扫描机构的光斑横向扫描线的两端位置分别安装有面向烟片流的全反镜，全反镜通过安装架以可调反射角度的方式安装于上、下烟片流的扫描光斑扫描范围的两端边部。
7.根据权利要求1所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备的剔除方法，其特征在于包括以下步骤：
中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备启动后，由数据处理及控制装置控制中红外光源及光斑扫描机构的一个或多个中红外光源发出的光线经合束装置和扫描装置后发出的一点状光斑周期性扫描烟片高速输送机构送出的水平悬空飞行烟片流的上、下两侧；
烟片流上、下两侧被扫描点的中红外漫反射光经漫反射光分束装置分别进入窄带滤光片后分别被同侧的中红外光电探测器接收；
中红外光电探测器的电信号传送至数据处理及控制装置并对接收到的多路电信号进行组合分析比较，利用官能团在中红外区存在多个相对独立的吸收峰这一特性确定官能团的存在；
当被光斑扫描到的物质为非烟官能团吸收峰信号组合时，启动压缩气体喷吹装置，将非烟物质吹到异物收集箱中。
8.根据权利要求7所述的利用中红外光谱的烟片异物高速在线剔除设备的检测方法，其特征在于：中红外光电探测器的电信号传送至数据处理及控制装置对收到的多路电信号进行组合分析比较，检测到n个烟草或异物特征吸收峰存在时，判定为烟片或非烟异物。
9.根据权利要求7所述的利用中红外光谱的烟片异物高速在线剔除设备的检测方法，其特征在于：在烟片流上、下两侧中红外光源及光斑扫描机构的光斑横向扫描线的两端位置分别安装面向烟片流的全反镜，以加强烟片流两端漫反射光的强度。
10.根据权利要求7所述的利用中红外光谱的烟草异物高速在线剔除设备的检测方法，其特征在于：烟片流每一侧安置的中红外光电探测器和配套窄带滤光片组合数量n根据烟草及被检测的异物所含典型吸收峰数量来决定。
技术总结