CN1108909A - 用于确定卷烟制造机上的纤维状物料流密度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

为了确定卷烟制造机上的纤维状物料流的密度， 进行了两种不同的测量，第一种是电容性的，供给是 干组分的密度和纤维状物料流中的液体的密度的函 数的第一信号；第二种是光学的，供给指出干组分的 密度的第二信号；第二信号与第一信号综合，以得到 指出纤维状物料流中的液体的密度的第三信号；从第 三和第二信号得到第四信号，指出是干组分的密度和 纤维状物料流中的液体的密度之和的纤维状物料流 的密度。

Description

本发明涉及一种用于确定卷烟制造机上的纤维状物料流密度的方法和设备。

在下面的描述中，只是以举例的方式涉及卷烟制造机和连续的卷烟棒的烟草密度的确定。

众所周知，在卷烟制造机上，一吸力输送机将烟草从库中吸出并放在一连续的纸带上；然后，纸带的纵向边缘就围绕烟草折叠，一个边在另一个边的上面；这样做成的连续的卷烟棒就送往一切割站，在那儿切成单个的或双联的卷烟。

烟草通常要如此地供给，使其在卷烟内部不均匀的分布，更具体一些，要分布成这样，使其在两端的密度大于中间的密度，以防止烟草掉出来，并防止过滤嘴从卷烟上脱落，同时保证卷烟中部有良好的通气性。这一目的通过在卷烟两端供给比中间多的烟草量就可达到，为此，在输送机上，沿着烟草的路径，装有一旋转式修整装置，用于将烟草修整成与所要求的密度相对应的轮廓形状。修整装置既能调节高度，以控制每根卷烟中的平均烟草量（平均密度或重量），又能调节时间，以在连续的卷烟棒的切割点（两根卷烟的相邻端）得到最大的烟草量；这种调节是根据所要求的烟草分布与在切割站上游侧的卷烟棒中确定的实际分布之间的差异作出的。

为了确定烟草的实际分布，目前有各种解决方法，它们中的多数都以一β射线传感器为主角，该传感器包括一放射源和一沿着成形站和切割站之间的卷烟棒路径位于卷烟棒的任一侧的β射线检测器。放射源一般包括一锶（Sr90）片，它装在一屏蔽的容器中，该容器有一朝向卷烟棒的孔；检测器包括一电离室和一用于测量进入的放射能的电量计。一与检测器相连的电子***根据进入的放射能的波动，确定烟草的密度变化并相应地调节修整刀具。

上述解决方案虽然精确而又可靠，但也产生了许多问题，它们主要是由于采用了有害的辐射引起的，这种辐射一方面在操作人员方面需要特别小心和特殊的措施，另一方面，也产生了废弃的锶片的处理问题。所有这些问题还掺杂有与卷烟棒的行走速度有关的释出辐射能，及与当前的生产愈加快速运行的机器因而需要较多能量的趋势有关的问题。其结果是，提出了其它的解决方案，它们以不同类型的传感器为主角，不过，它们的效率都由于传感器对烟草的温度、颜色和多少成纤维状的结构等不同参数的敏感而降低。

本发明的目的在于提供一种不采用包含有害辐射的传感器，以确定物流中的烟草质量的精确而又可靠的方法和设备。

根据本发明，提供了一种用于在卷烟制造机上确定纤维状物料流密度的方法，上述纤维状物料流包括一干组分和一按未知的比例变化的液体；其特征为，它包括下列步骤：

——进行第一项的电容性测量，以获得是干组分的密度和上述纤维状物料流中的液体密度的函数的第一信号；

——进行第二项的光学测量，以获得与上述纤维状物料流中的干组分的密度有关的第二信号；以及

——根据上述第一信号和第二信号，产生一指出上述纤维状物料流的密度的第三信号。

根据本发明，还提供了一种设备，用于确定卷烟制造机上的纤维状物料流的密度，上述纤维状物料流包括一干组分和一按未知的比例变化的液体；其特征为，它包括：

——一第一电容性传感器，用于产生一是干组分的密度和上述纤维状物料流中的液体密度的函数的第一信号；

——一第二光学传感器，用于产生一与上述纤维状物料流中的干组分的密度有关的第二信号；以及

——第一发生装置，它被供以上述第一和第二信号，并产生一指出上述纤维状物料流的密度的第三信号。

下面将参考附图以举例的方式来描述本发明的许多不受限制的实施例，这些附图是：

图1是表示以按照本发明的设备的第一实施例为主角的卷烟制造机的示意图；

图2是表示按照本发明的设备的方框图；

图3是表示由电容性传感器确定的烟草轮廓形状的实验室试验曲线；

图4是机器的剖视图，它示出了按照本发明的设备的细部；

图5是机器的剖视图，它示出了按照本发明的设备的细部的一个变异；

图6和图7是表示以按照本发明的设备为主角的传感器的线路图。

图1中的标号1代表一卷烟制造机，它包括一烟草上料装置2（只示出了一部分）和一送纸装置3。烟草上料装置2只示出了它的上流通路4和在通路4与烟草卸料站6之间延伸的输送机5；送纸装置3包括一带有一输送带8的输送机7、一成形导板9和一切割站10。输送机5（它有由管路11在内部产生的真空，并且沿其底边有许多孔12）从通路4抽吸烟草，以形成一连续的料层13；沿烟草的路径，在输送机5的下方，一带凹槽15的旋转式修整装置14用已知的不均匀的方式除去多余的烟草，以得到连续层13的预定的轮廓形状。

在卸料站6上，经过修整的烟草层放置在一连续的纸带16上，在成形导板9上，纸带的两条纵边的一条折叠在另一条的上面并用胶粘住，形成一连续的卷烟棒17。在成形导板9的下游沿着棒17的路径，装有三个传感器18、19和20，形成了按照本发明的设备的一部分，用以确定棒17内的烟草分布，此后，该棒17经由切割站10输送，并在此处被切成卷烟部分21。虽然未在图1中示出，但除去通路4以外，机器1的组件都做成一式两份，形成并排置放、平行运行的生产线。

传感器18至20与一处理机22相联，处理机用于处理由传感器18至20产生的信号，并确定棒17中的烟草的实际分布，而且能根据实际分布与预定的分布的相差程度，调节修整装置14的高度和时间。处理机22还具有其它功能，例如计算统计数字和偏差百分比，确定烟草的结构特性（例如相对湿度）等。

如图2所示，将由传感器18至20供给的信号综合起来，以准确地确定棒17中的烟草分布。更详细一些，传感器18是一个电容性传感器，其电容取决于卷烟棒的干烟草含量和水含量这两者，因此经过适当处理的传感器输出讯号DC按照下式变化：

DC=K1mT（K2+mW/mT）  （1）

式中的K1和K2是两个常数，以已知的方式取决于传感器的特性，烟草和水的特性；mT是干烟草的质量，mW是卷烟棒中的水的质量。

因此，电容性传感器18提供的是准确地模拟沿卷烟棒的烟草的质量（因此也就是密度，它定义为质量与一给定体积之比）的电压输出信号（图3），但是这个信号对棒中的水含量是高度敏感的。由于有关的各种电介质性能的差别，电容性传感器对水的敏感性实际上要比对干烟草的大得多。还有，由于电容性传感器的输出信号并不与棒的总密度直接相关，即不与两个组分的总密度直接相关，单靠电容性传感器并不能测量棒的密度，或是甚至不能区别干烟草和水所起的作用。

为了计算棒中的材料（干烟草和水）的实际质量，干烟草的质量（密度）要分别地测量，以区别干烟草在电容性传感器18的输出信号中的作用和水在其中的作用，然后计算总密度（质量）。由于其波长在红外线区域内的光学传感器对所研究的物料中的湿度不敏感，第二项测量用第二红外线光学传感器19来完成。

按照下列方程式，光学传感器的输出信号DI取决于干性物料（烟草）的质量：

DI=K3exp（-K4mT）  （2）

式中的K3和K4是常数，按已知的方式取决于传感器和干性物料（烟草）。因此，通过对数地放大输出信号，就有可能按照下列方程式，得到一个与干烟草质量直接成正比的信号SI：

SI=K5mT  （3）

式中的K5也是一个与传感器和物料有关的常数；mT仍然表示干烟草的质量。

由于光学传感器19也不能靠自己给出棒17的总密度，因此，通过将在式（3）中算出的mT的值代入式（1），就有可能确定水的质量，同时，通过将水的质量加到干烟草的质量上，就有可能确定总质量。干烟草和水的质量可以参考棒的非常小的部分（实际是由传感器所“看到”的体积）进行计算，以得到基本上是逐点的密度模型，或参考棒的预定长度的部分进行计算，以得到上述部分中的干烟草和水的质量的平均值。在后一种情况下，当棒中的总密度由电容性传感器给出时，有可能得到平均的总密度值。

但是，在多数情况下，红外线光学传感器的精度受到式（3）中的同样与物料颜色有关的常数K5的削弱，以致传感器的输出信号也取决于所研究的物料（在此种情况下为烟草）颜色的变化。

为了解决这一问题，特别是在物料具有大不相同的颜色的情况下，安装了一第三传感器20，以消除来自光学传感器19的输出信号的颜色影响。按照本发明的一个优选实施例，采用另外一个在与第二光学传感器19不同的频率下工作的光学传感器，就可以做到这一点，更具体一些，第二光学传感器19可以在800至850mm的波长下工作，而第三光学传感器20则在较长的波长下工作，因而传感器19和20的综合信号（通常是两个信号之比）给出了一个指出颜色本身的信号，并可用于标定和校正第二传感器19，或是在任何情况下都对烟草的颜色不敏感。

由第三传感器20产生的校正信号可以只偶尔地在卷烟棒10的预定样本中被加以计算，或是用最近的数据与下一个数据之间的校正数据进行计算；或是与由第一和第二传感器供给的信号一起，连续地进行计算，以便作连续而非离散的校正。

将传感器19和20的输出信号送至干重计量装置23，该装置如上文所解释的那样用于从传感器19的输出信号中计算干烟草的质量（密度），而传感器19则根据传感器20的信号进行校正，以消除颜色的影响。此后将装置23的输出信号与第一传感器18的输出信号一起送给一用于确定棒17中水的密度和物料的总密度的装置24。如上所述，装置24在理论上可分割成两部分：一部分24a用于计算棒料中的水的质量（密度）；一部分24b用于通过将棒中的干烟草和水的质量（密度）相加，来计算棒料的总质量（密度）。然后将装置24的输出信号送给一装置25，它根据所需的棒17中的材料分布，以已知的方式发出控制信号，来调节修整装置14（图1）的高度和时间。

装置25也用于统计数据的处理，并用于根据传感器的信号确定其它的信息，例如根据水和干烟草的质量之比（mW/mT）得出的湿度。比较方便的是，将装置23至25都做成处理机22的一部分。

图4表示了传感器18至19的另一种布置，它们与图1中的沿棒17的路径一个接一个的布置相反，位于棒的同一截面上。图4示出了机器的两条生产线26a和26b，在此处用17a和17b标出两根棒的剖面，以及各自的传感器副18a、19a和18b、19b。

每个电容性传感器18a、18b都包括各自的电极副27a、27b和各自的电子信号处理和控制回路28a、28b；每个光学传感器19a、19b都包括各自的红外线源29a、29b，各自的反射镜30a、30b，各自的红外线接收器31a、31b，以及各自的电子信号处理和控制回路32a、32b。电子回路28a、28b、32a、32b的各自的输出信号通过各自的线路33a、33b、34a、34b传送给处理机22（图1）；比较方便的是，为传感器18a、19a和18b、19b规定一单独的电源装置35。图4还示意地示出了外壳37和穿过棒17a、17b的红外射线36a、36b。

如果第三传感器20是光学的，所有三个传感器18、19和20都可以设置在棒17的同一截面上，在此时，为了避免损害传感器的灵敏度，光学传感器19、20最好如此地环绕棒17设置，也即使红外射线不会贯穿纸的纵向接头边。另一种方案是将光学传感器19和20设置在同一截面上，而电容性传感器18则设置在光学传感器的上游或下游，在不同的截面上，并由处理机22使相应的信号相关联（图1）。

按照另一实施例，它与靠传输的工作相反，至少两个光学传感器中的一个，通常是光学传感器20，是靠反射工作的，并且输出信号得自最好是被烟草的连续层反射回来的射线。此解决方案示于图5中，该图示意地示出了机器1（图1）在紧接着卸料站6的下游和成形导板9的上游处的剖面。

图5还示出了两条生产线26a、26b，每条生产线有一相应的光源38a、38b；相应的接收器39a、39b（沿着光线40a、40b的反射路径）；各自的通过各自的线路42a、42b与处理机22（图1）相连的电子控制回路41a、41b；以及一共用的电源装置43。

根据另一实施例，提供了一第四光学传感器（未示出），它同第三传感器一起工作，但是频率不同，因而第三和第四传感器的综合输出信号给出了一精确的烟草颜色信号，并可用此信号校正第二传感器19的信号。在这种情况下，第四传感器应当以与传感器20相同的方式工作，而且最好放置得与它非常地靠近。

另一种方案是，与第三传感器20相反，安装了一台比色计或其它工业用装置，用以直接地确定烟草的颜色，并供给一个用它来校正由传感器19提供的第二信号的信号。

图6示出了电容性传感器18的电气线路图，它包括电子信号处理及控制回路28。在图6中，在连续卷烟棒17的每一侧的两个电极27与一线路45一起组成一高频振荡回路46，振荡回路的振荡输出信号的频率除了与电极27/棒17组的电容的变化一起变化外，还如前所说的与烟草的质量和在两个电极之间运行的物料中的水的质量有关。在放大器47中，振荡回路46的输出信号被由一振荡器48产生的基准信号放大，以给出一个其频率等于振荡回路46的输出信号的频率与基准信号的频率之差的振荡信号。放大器47的输出信号经过一低通滤波器49过滤，并用一频率/电压转换器50转换成一电压信号，然后该输出的电压信号用一低通滤波器51过滤，并供给通过线路33与处理机22（图1）相连的输出装置52。一输入装置53与基准振荡器48相连，用以调节和标定基准振荡信号。

图7示出了第二光学传感器19（以及第三传感器20，如果它是光学的话）的电气线路图，它包括电子信号处理及控制回路32。回路32包括一用于向红外线源29加偏压的发生器54和一调制发生器55，调制发生器55的输出与一红外线源激励元件56相联，而元件56又与电源29相联。红外线接收器31的输出与一互阻抗放大器57相联，而放大器57又与一带通滤波器58、一整流器59和一低通滤波器60串联，低通滤波器60的输出限定了电子回路32的输出61，并通过线路34与处理机22相联。

在实际应用中，传感器18、19和20产生三个分开的与连续的卷烟棒的特性有关的信号，该信号是参照棒的各连续截面取样并按所描述的那样进行处理的，以准确而又可靠地确定各个瞬间的烟草的总质量（密度）；这种密度测量用于校正修整装置与输送带5之间的距离，从而改变烟草的平均质量（密度），并用于短暂地减慢或加速修整装置的旋转（时间调节），以调节最厚的烟草点（成品卷烟的两端）。

因此，为了控制修整装置，两个传感器（一个电容性传感器和另一个光学传感器）的合作是必不可少的；而至少是第三（光学的）校准传感器的采用用于通过使它与外界的影响因素（烟草的湿度、颜色和结构）无关，而进行更精确的检测及因此而来的控制。经过处理的信号也用于得到与烟草特性有关的其他信息，例如颜色和湿度。

由于不采用有害的放射性源，因此，按照本发明的设备提供了大大地得到简化的操作，维护和零件更换的工序。

Claims (21)

1、一种用于在卷烟制造机(1)上确定纤维状物料流(17)的密度的方法，上述纤维状物料流(17)包括一干组分和一按未知的比例变化的液体；其特征为，它包括下列步骤：

-进行第一项的电容性测量，以获得是干组分的密度和上述纤维状物料流中的液体密度的函数的第一信号；

-进行第二项的光学测量，以获得与上述纤维状物料流中的干组分的密度有关的第二信号；以及

-根据上述第一和第二信号，产生一指出上述纤维状物料流的密度的第三信号。

2、一种如权利要求1所述的方法，其特征为，上述产生一第三信号的步骤包括下列步骤，即根据上述第一信号和第二信号产生一第四信号，指明上述纤维状物料流中的液体的密度；以及将上述第二信号加在上述第四信号上。

3、一种如权利要求1或2所述的方法，其特征为，它包括下列步骤，即计算上述纤维状物料流的一部分中的上述第二信号的平均值；并且上述产生一第三信号的步骤包括下列步骤，即根据上述第一信号和上述第二信号的上述平均值确定上述纤维状物料流的平均密度。

4、一种如上述任何一项权利要求所述的方法，其特征为，上述第二信号与上述纤维状物料流的密度和干组分的至少一项其它特性有关；它包括下列步骤，即进行一独立于上述第一项和第二项测量的第三项测量，以得到一是上述纤维状物料流的干组分的上述其它特性的函数的第五信号；以及根据上述第五信号校正上述第二信号，以获得独立于上述其它特性的第六信号；并且上述的产生第三信号的步骤包括下述步骤，即根据上述第六信号和第一信号确定上述纤维状物料流中的密度。

5、一种如权利要求4所述的方法，其特征为，上述进行第三项测量的步骤包括下列步骤，即以与上述第二项测量不同的频率用光学测量上述纤维状物料流的上述密度，以得到上述第五信号；以及计算上述第二信号和第五信号之间的比值。

6、一种如权利要求4所述的方法，其特征为，上述进行第三项测量的步骤包括对与上述纤维状物料流的干组分的颜色有关的量进行的反射性光学测量。

7、一种用于确定卷烟制造机（1）上的纤维状物料流（17）的密度的设备，上述纤维状物料流（17）包括一干组分和一按未知的比例变化的液体；其特征为，它包括：

——一第一电容性传感器（18），用于产生一是干组分的密度和上述纤维状物料流中的液体的密度的函数的第一信号；

——一第二光学传感器（19），用于产生一与上述纤维状物料流中的干组分的密度有关的第二信号；以及

——第一发生装置（24），它被供以上述第一和第二信号，并产生一指出上述纤维状物料流的密度的第三信号。

8、一种如权利要求7所述的设备，其特征为，上述第一发生装置（24）包括第二信号发生装置（24a），此装置被供以上述第一和第二信号，并产生一指出上述纤维状物料流中的液体的密度的第四信号；以及加法器（24b），用于将上述第二信号加在上述第四信号上。

9、一种如权利要求7或8所述的设备，其中，上述第二信号与上述纤维状物料流的干组分的密度及至少一项其它特性有关；其特征为，它包括一第三传感器（20），用于产生一是上述纤维状物料流的干组分的其它特性的函数的第五信号；以及一校正装置（23），用于根据上述第五信号校正上述第二信号，以获得独立于上述其它特性的第六信号。

10、一种如权利要求9所述的设备，其特征为，上述第三传感器（20）是一以与上述第二传感器（19）的频率不同的频率工作的光学传感器。

11、一种如权利要求10所述的设备，其特征为，上述第二（19）和第三（20）传感器都是红外线传感器。

12、一种如上述权利要求9至11中的任何一项所述的设备，其特征为，上述校正装置（23）与上述第一发生器（24）形成一中心处理机（22）的一部分。

13、一种如权利要求7至12中的任何一项所述的用于一具有一物流形成装置（9）和一卷烟切割部分（10）的制造机（1）的设备，其特征为，上述第一和第二传感器（18、19）位于上述机器（1）的同一剖面上，在角度方向相互彼此错开，并位于上述机器（1）的上述物流形成装置（9）和上述卷烟切割部分（10）之间。

14、一种如上述权利要求9至12中的任何一项所述的用于一有一物流形成装置（9）和一卷烟切割部分（10）的制造机（1）的设备，其特征为，上述第三传感器（20）位于上述机器的上述物流形成装置（9）和上述卷烟切割部分（10）之间。

15、一种如上述权利要求9至12中的任何一项所述的用于一有一纤维状物料供应装置（2）和一物流形成装置（9）的制造机（1）的设备，其特征为，上述第三传感器（20）位于上述供应装置（2）与上述物流形成装置（9）之间。

16、一种如上述权利要求9至12中的任何一项及权利要求14所述的设备，其特征为，上述第三传感器（20）靠传输工作。

17、一种如上述权利要求9至12中的任何一项及权利要求15所述的设备，其特征为，上述第三传感器（20）靠反射工作。

18、一种如上述权利要求7至17中的任何一项所述的设备，其特征为，上述第一传感器（18）包括一振荡回路（46），回路（46）又包括一对沿上述纤维状物料流（17）的路径的电极（27）；一基准频率电压发生器（48）；一与上述振荡回路（46）和上述基准频率电压发生器（48）联接的放大器（47）；以及一与上述放大器（47）相联并产生与上述纤维状物料流的密度有关的电压信号的频率/电压转换器（50）。

19、一种如上述权利要求7至18中的任何一项所述的设备，其特征为，至少上述第二传感器（19）包括一红外线光发生器（29）；一红外线检测器（31）；以及与上述红外线检测器（31）相联的放大装置（57），滤波装置（58、69）和整流装置（59）。

20、一种用于在卷烟制造机上确定纤维状物料流的密度的方法，它基本上同上面所描述的和按参考附图所示出的一样。

21、一种用于在卷烟制造机上确定纤维状物料流的密度的设备，它基本上同上面所描述的和按参考附图所示出的一样。

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