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的制作方法

技术特征：
1.一种烟草在线实时监测装置，其特征在于：包括控制系统（2）、传动系统和光路系统（4），所述的控制系统（2）与传动系统、光路系统（4）电连接，传动系统用于对烟草样品进行稳定传送，包含传送带（1）和步进电机，光路系统（4）用于对烟草样品光谱数据的采集，包含环形罩（5）、卤钨灯、凸透镜（7）、近红外光谱仪（2）和吹扫部件，传送带（1）上方设置光路系统（4），光路系统（4）的上方设置控制系统（2），控制系统（2）中设置有计算机系统和触摸屏（3）。2.根据权利要求1所述的烟草在线实时监测装置，其特征在于：所述的传送带（1）的上方设置环形罩（5），环形罩（5）的侧面设置有卤钨灯和吹扫孔，环形罩（5）的顶面设置凸透镜（7），凸透镜（7）的上方设置近红外光谱仪（8）。3.根据权利要求2所述的烟草在线实时监测装置，其特征在于：所述的近红外光谱仪（8）位于凸透镜（7）上方的焦点处，吹扫孔有四个，分别位于卤钨灯的上下两侧。4.根据权利要求1所述的烟草在线实时监测装置实现烟草异物精准识别的应用，其特征在于：所述的烟草在线实时监测装置采集烟草和烟草生产中常见的异物光谱数据，常见异物包括枯枝、海绵、干草、植物叶片、纸张、头发、碎石，以烟草及各异物光谱数据为自变量，分别将烟草、枯枝、海绵、干草、植物叶片、纸张、头发、碎石赋参考值0、1、2、3、4、5、6、7，采用偏最小二乘回归结合全交互验证算法建立烟草异物精准识别偏最小二乘
‑
判别分析模型；所建烟草异物精准识别偏最小二乘
‑
判别分析模型因子数n
f = 6，校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.9987x 0.0051，校正相关系数r
c
= 0.9993，校正测定系数r
2c = 0.9987，校正均方根误差rmsec = 0.08，交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.9983x 0.0072，交互验证相关系数r
cv = 0.9992，交互验证测定系数r
2cv = 0.9985，交互验证均方根误差rmsecv = 0.09，分别以0.7、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5为阈值，对烟草、枯枝、海绵、干草、植物叶片、纸张、头发、碎石的正确率分别为100 %、100 %、100 %、100 %、100 %、100 %、100 %、100 %。5.根据权利要求1所述的烟草在线实时监测装置实现烟草物料高度起伏判断的应用，其特征在于：所述的烟草在线实时监测装置采集高于烟草物料基准高度0 mm、5.6 mm、11.2 mm、21.5 mm、32.6 mm、43.7 mm、53.9 mm的烟草物料光谱数据，以所述不同高度烟草物料光谱数据为自变量、以高于烟草物料基准高度数据为因变量，采用偏最小二乘回归结合全交互验证算法建立烟草物料高度起伏判断偏最小二乘
‑
判别分析模型；所建烟草物料高度起伏判断偏最小二乘
‑
判别分析模型因子数n
f
= 2，校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.9982x 0.0428，校正相关系数r
c = 0.9991，校正测定系数r
2c = 0.9982，校正均方根误差rmsec = 0.79，交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.9983x 0.0392，交互验证相关系数r
cv = 0.9991，交互验证测定系数r
2cv = 0.9982，交互验证均方根误差rmsecv = 0.80，分别以5、8、15、25、36、45为阈值，对高于烟草物料基准高度0 mm、5.6 mm、11.2 mm、21.5 mm、32.6 mm、43.7 mm、53.9 mm的烟草物料高度起伏正确率分别为100 %、100 %、100 %、100 %、100 %、100 %、100 %。6.根据权利要求1所述的烟草在线实时监测装置实现烟草品质无损快速定量分析的应用，其特征在于：所述的烟草在线实时监测装置采集烟草物料在线光谱数据并同步在线取样，采用同样的方法分别获得烟草样品中总植物碱、总糖、还原糖、总氮、硝酸盐、总钾、氯的
参考值，以烟草物料在线光谱数据为自变量，分别以在线同步取样烟草样品中总植物碱、总糖、还原糖、总氮、硝酸盐、总钾、氯参考值为因变量，采用偏最小二乘回归结合全交互验证算法建立烟草品质无损快速定量分析模型；所建总植物碱定量分析模型因子数n
f
= 10；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8885x 0.1146，校正相关系数r
c = 0.9426，校正测定系数r
2c
= 0.8885，校正均方根误差rmsec = 0.028；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8768x 0.1266，交互验证相关系数r
cv = 0.9306，交互验证测定系数r
2cv = 0.8668，交互验证均方根误差rmsecv = 0.031；模型rpd = 2.71；所建总糖定量分析模型因子数n
f = 10；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.7483x 2.4445，校正相关系数r
c = 0.8650，校正测定系数r
2c = 0.7483，校正均方根误差rmsec = 0.20；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.7229x 2.6916，交互验证相关系数r
cv
= 0.8399，交互验证测定系数r
2cv = 0.7070，交互验证均方根误差rmsecv = 0.22；模型rpd = 2.37；所建还原糖定量分析模型因子数n
f = 10；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.7874x 1.7250，校正相关系数r
c
= 0.8874，校正测定系数r
2c = 0.7874，校正均方根误差rmsec = 0.15；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.7633x 1.9204，交互验证相关系数r
cv
= 0.8650，交互验证测定系数r
2cv
= 0.7497，交互验证均方根误差rmsecv = 0.16；模型rpd = 2.72；所建总氮定量分析模型因子数n
f
= 10；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8374x 0.3002，校正相关系数r
c = 0.9151，校正测定系数r
2c
= 0.8374，校正均方根误差rmsec = 0.042；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8141x 0.3436，交互验证相关系数r
cv
= 0.8962，交互验证测定系数r
2cv = 0.8046，交互验证均方根误差rmsecv = 0.046；模型rpd = 2.37；所建硝酸盐定量分析模型因子数n
f
= 7；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.7118x 0.0961，校正相关系数r
c
= 0.8437，校正测定系数r
2c = 0.7118，校正均方根误差rmsec = 0.012；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.6964x 0.1012，交互验证相关系数r
cv = 0.8280，交互验证测定系数r
2cv = 0.6876，交互验证均方根误差rmsecv = 0.012；模型rpd = 2.28；所建总钾定量分析模型因子数n
f
= 13；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8106x 0.4173，校正相关系数r
c = 0.9003，校正测定系数r
2c
= 0.8106，校正均方根误差rmsec = 0.038；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.7774x 0.4903，交互验证相关系数r
cv = 0.8699，交互验证测定系数r
2cv
= 0.7599，交互验证均方根误差rmsecv = 0.044；模型rpd = 2.93；所建氯定量分析模型因子数n
f = 15；校正数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8683x 0.0832，校正相关系数r
c = 0.9318，校正测定系数r
2c = 0.8683，校正均方根误差rmsec = 0.015；交互验证数据预测值
‑
参考值回归方程y = 0.8367x 0.1032，交互验证相关系数r
cv = 0.8996，交互验证测定系数r
2cv = 0.8096，交互验证均方根误差rmsecv = 0.018；模型rpd = 3.05。7.根据权利要求1所述的烟草在线实时监测装置实现同类烟草精准分级功能的应用，
其特征在于：采取计算光谱匹配值法实现同类烟草精准分级，对同类烟草样品的11个不同级别样品分别用所述的烟草在线实时监测装置做10次平行采集光谱数据，对所述同类同级别烟草样品的10次平行光谱数据计算平均数据，对所述平均数据先后做标准正态变量变换（standard normal variate, snv）和一阶5点导数数据预处理，再以经过所述数据预处理后的平均光谱为基准计算光谱匹配值；判别阈值（threshold）范围设定为0.99977
ꢀ‑ꢀ
0.99985，优选0.99979
ꢀ‑ꢀ
0.99982，进一步优选0.99980，以列为基准，除对角线smv值为1.0000——即同类同级别烟草样品自身和自身匹配值为1.0000——其他烟草样品的光谱匹配值皆小于所述阈值，说明其他样品皆存在差异，亦即其他同类烟草样品被识别为同类但不同级别烟草样品，从而实现同类烟草精准分级。8.权利要求4
‑
7任一项在烟草品质无损快速质控中的应用。

技术总结
一种烟草在线实时监测装置，包括控制系统、传动系统和光路系统，所述的控制系统与传动系统、光路系统电连接，传动系统用于对烟草样品进行稳定传送，包含传送带和步进电机，光路系统用于对烟草样品光谱数据的采集，包含环形罩、光源、凸透镜、光谱仪和吹扫部件，传送带上方设置光路系统，光路系统的上方设置控制系统；本发明的一种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，通过架设在烟草物料斜面传送生产线的近红外光谱仪器，结合数学模型分析，实现烟草物料异物精准识别、烟草物料高度起伏判断、烟草物料品质无损快速定量分析、同类烟草物料精准分级的功能，从而解决烟草物料在线质量控制的技术难题。决烟草物料在线质量控制的技术难题。决烟草物料在线质量控制的技术难题。


技术研发人员：陶智麟 范子彦 王琳 唐纲岭 刘珊珊 方军 谢晖 王宁玉 魏斌 张占涛 陶铁托 张其东
受保护的技术使用者：郑州益盛烟草工程设计咨询有限公司 深圳市智程机电技术有限公司
技术研发日：2021.09.18
技术公布日：2021/12/16