专利名称：一种检测烟叶厚度的方法
技术领域：
本发明涉及ー种烟叶检测方法，尤其涉及一种检测烟叶厚度的方法。
背景技术：
叶片厚度是烟叶的重要物理性状，历来是烤烟分级的品质因素之一，在一定程度上反映了烟叶的发育状况、成熟度及打叶质量，是判断烟叶原料质量好坏的重要预警信号。烟叶的物理性状与烟叶的叶片厚度密切相关，不同厚度烟叶的化学性质方面也有相应的不同之处，系统研究烟叶的物理性状，较好的了解烟叶厚度的分布规律，可为卷烟エ业合理选用烟叶原料并进行适宜的エ业处理提供依据。在烟叶复烤厂通过原料配方模块设计和分组加料时，可分析并控制来料品质，稳定产品质量。现有的烟叶厚度检测方法是:将样品取10片烟叶，每片烟叶任取ー个半叶，用裁刀将烟叶叶尖和叶基部部分切掉，在靠近主脉处，切下1.5cm宽的细长条，放在温度为22°C、相対湿度为60%的环境条件下平衡2-3d，然后用测厚仪分别在细长条的两头及中间各取3个点，測量每个点的厚度，測量时尽量避开叶脉，用30个点的平均值作为该样品的厚度。在已检测厚度的3个点位置扫描光谱图(尽量避开叶脉)，扫描时在叶片上方压ー不透光的圆形铜块，30个点的平均光谱作为该样品的烟叶光谱图。现有的方法存在的问题主要是:检测方法时间长，叶片每个点的光谱采集就需1-2分钟，30个点则需I个小时的时间；采集工作量大，分析速度慢，工作效率低。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种前处理简单、分析速度快、可以配合烟叶化学成分快速检测烟叶厚度的方法。为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是:
一种检测烟叶厚度的方法，步骤如下:
一、取样处理:选择我国主产烟区代表产地、代表部位的烟叶样品；将样品叶片任取半叶，去掉烟筋，在60°C下烘干，研磨成粒度为60目的粉末；
ニ、采集光谱:用近红外仪采集样品近红外光谱图，使用积分球漫反射检测器，镀金的漫反射体作背景，扫描叶片时室温22°C，相対湿度60% ;扫描烟末时温度22-24°C，相対湿度不超过50%，分辨率:8 cnT1，扫描次数:64次，谱区范围:4000 10000 cnT1，取烟叶样品粉末15 g置石英測量杯中，加上圆形压样器，放在旋转台内进行光谱扫描，得到该样品的烟末光谱 三、建摸:采用偏最小二乗法，多元信号修正对光谱进行处理，谱区范围:7959.11-3959.92CHT1，主因子数为10，采用ー阶导数对光谱预处理，得到定标模型的相关系数R = 0.92510，均方差RMSEC = 0.0160，通过内部交互验证，得到交互效验均方残差RMSECV = 0.0226 ；
四、检测:利用步骤ニ扫描未知样品烟末的近红外光谱图，调用步骤三建立的烟末定标模型，即得到该样品的厚度值。本发明的有益效果在于:步骤一前处理简单，步骤二采集光谱仅需1-2分钟即可完成一个样品光谱的采集，而且无需计算平均光谱，采集时间短，分析速度快，调用模型可直接给出待测样品的数据，因此大大节省了光谱采集时间，减少劳动量，提高了建模速度，定标模型得到较低的均方残差，建模效果更好，且检测速度更快。
下面结合附图对本发明的技术方案进行说明。图1是本发明实施例采集光谱示意图。
具体实施例方式一种检测烟叶厚度的方法，步骤如下:
一、取样处理:选择我国主产烟区代表产地、代表部位的烟叶样品；将样品叶片任取半叶，去掉烟筋，在60°C下烘干，研磨成粒度为60目的粉末；
二、采集光谱:用近红外仪采集样品近红外光谱图，使用积分球漫反射检测器，镀金的漫反射体作背景，扫描叶片时室温22°C，相对湿度60% ;扫描烟末时温度22-24°C，相对湿度不超过50%，分辨率:8 cnT1，扫描次数:64次，谱区范围:4000 10000 cnT1，取烟叶样品粉末15g置石英测量杯中，加上圆形压样器，放在旋转台内进行光谱扫描，得到该样品的烟末光谱 三、建模:采用偏最小二乘法，多元信号修正对光谱进行处理，谱区范围:7959.11-3959.92CHT1，主因子数为10，采用一阶导数对光谱预处理，得到定标模型的相关系数R = 0.92510，均方差RMSEC = 0.0160，通过内部交互验证，得到交互效验均方残差RMSECV = 0.0226 ；
四、检测:利用步骤二扫描未知样品烟末的近红外光谱图，调用步骤三建立的烟末定标模型，即得到该样品的厚度值。将现有方法与本发明方法对比实施如下:
一、制备建模样品，常规法检测叶片厚度:
选择我国主产烟区云南、四川、福建、贵州、湖南、河南、山东、陕西、黑龙江代表产地、代表部位(B2F、C3F、X2F)的代表烟叶样品；剩余10片半叶去掉烟筋，在60°C下烘干，研磨成粒度为60目的粉末；
常规法检测:每个样品取10片烟叶，每片烟叶任取一个半叶，用裁刀将烟叶叶尖和叶基部1/5部分切掉，在靠近主脉2cm处，切下1.5cm宽的细长条，放在温度为22°C、相对湿度为60%的环境条件下平衡2-3d,然后用ProgagelOO测厚仪(美国Thwing-Albert公司)分别在细长条的两头及中间各取3个点，测量每个点的厚度，测量时尽量避开叶脉，用30个点的平均值作为该样品的厚度，检测时环境条件尽量与样品的温湿度保持一致；
二、采集近红外光谱图
用Aataris II (Thermo Fisher公司)近红外仪采集样品近红外光谱图，使用积分球漫反射检测器，镀金的漫反射体作背景。现有技术:在已检测厚度的3个点位置扫描光谱图(尽量避开叶脉)，扫描时在叶片上方压ー不透光的圆形铜块，30个点的平均光谱作为该样品的烟叶光谱图。本发明:取烟叶样品粉末15 g置石英測量杯中，加上圆形压样器，放在旋转台内进行光谱扫描，得到该样品的烟末光谱图；扫描条件:分辨率:8 cm—1，扫描次数:64次，谱区范围:4000 10000 cnT1，环境条件:扫描叶片时室温22°C，相対湿度60% ;扫描烟末时温度22-240C，相対湿度不超过50% ；
比较采集光谱时:本发明仅需1-2分钟即可完成一个样品光谱的采集；而现有技术中叶片每个点的光谱采集就需1-2分钟，30个点则需I个小时的时间，而且建模时需要用软件计算平均光谱；因此本发明大大节省了光谱采集时间，減少劳动力，提高了建模速度；
三、建立烟叶厚度的定标模型:
将得到的所有光谱图分别与常规检测的叶片厚度结果相结合，应用化学计量学和TQAnalyst 8.0分析软件计算、优化,分别建立了烟叶厚度的定标模型,保存到电脑中；
定标模型參数如下:
现有方法:算法采用偏最小二乗法，光程采用多元信号修正，最佳谱区范围:7949.7-3981.eScnT1，最佳主因子数为8，光谱预处理采用ニ阶导数处理，由此得到的定标模型相关系数R = 0.94021，均方差RMSEC = 0.0234，通过内部交互验证，得到交互效验均方残差 RMSECV = 0.0377 ；
本发明方法:算法采用偏最小二乗法，采用多元信号修正(MSC)对光谱进行处理，最佳谱区范围:7959.11-3959.92CHT1，最佳主因子数为10，采用ー阶导数对光谱预处理，得到定标模型的相关系数R = 0.92510，均方差RMSEC = 0.0160，通过内部交互验证，得到交互效验均方残差RMSECV = 0.0226 ；
从上述參数可知，两种方法均能建立厚度的定标模型，交互验证可知粉末建立的定标模型得到了较低的均方残差，建模效果更好，且检测速度更快，因此我们选用烟末建立的模型作为近红外检测烟叶厚度的定标模型；
四、预测未知烟叶的厚度
用上述步骤ニ扫描未知样品烟末的近红外光谱图，调用步骤三建立的烟末定标模型，即得到该样品的厚度值。五、模型验证
为了检验数学模型的预测能力，试验另外选取未參与建模的36个样品进行外部验证，见表一、表ニ，叶片模型预测值与实测值的平均相对偏差为8.2%，烟末模型预测值与实测值的平均相对偏差为7.7%，模型预测效果更好。表一:烟末模型预测值和真实值比较
权利要求
1.种检测烟叶厚度的方法，其特征在于，步骤如下: 一种检测烟叶厚度的方法，步骤如下: 一、取样处理:选择我国主产烟区代表产地、代表部位的烟叶样品；将样品叶片任取半叶，去掉烟筋，在60°C下烘干，研磨成粒度为60目的粉末； 二、采集光谱:用近红外仪采集样品近红外光谱图，使用积分球漫反射检测器，镀金的漫反射体作背景，扫描叶片时室温22°C，相对湿度60% ;扫描烟末时温度22-24°C，相对湿度不超过50%，分辨率:8 cnT1，扫描次数:64次，谱区范围:4000 10000 cnT1，取烟叶样品粉末15 g置石英测量杯中，加上圆形压样器，放在旋转台内进行光谱扫描，得到该样品的烟末光谱图； 三、建模:采用偏最小二乘法，多元信号修正对光谱进行处理，谱区范围:7959.11-3959.92CHT1，主因子数为10，采用一阶导数对光谱预处理，得到定标模型的相关系数R = 0.92510，均方差RMSEC = 0.0160，通过内部交互验证，得到交互效验均方残差RMSECV = 0.0226 ； 四、检测:利用步骤二扫描未知样品烟末的近红外光谱图，调用步骤三建立的烟末定标模型，即得到该样品的厚度值。
全文摘要
本发明公开了一种检测烟叶厚度的方法，通过步骤一、取样处理；二、采集光谱；三、建模；四、检测；巧妙的利用步骤三建立的烟末定标模型，通过步骤二扫描未知样品烟末的近红外光谱图，即得到该样品的厚度值。本发明方法前处理简单，仅需1-2分钟即可完成一个样品光谱的采集，而且无需计算平均光谱，采集时间短，分析速度快，调用模型可直接给出待测样品的数据，因此大大节省了光谱采集时间，减少劳动量，提高了建模速度，定标模型得到较低的均方残差，建模效果更好，且检测速度更快。
文档编号G01B11/06GK103090802SQ201310040440
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月2日 优先权日2013年2月2日
发明者付秋娟, 张忠锋, 窦玉青, 孙平, 张伟峰, 程森, 唐宇, 顾毓敏, 高远 申请人:中国农业科学院烟草研究所