基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法与装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，包括：S1：将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气；S2：经过预设时间的操作关闭闸阀，并开启设置在纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品；S3：通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息，并通过锁相放大器传输到计算机；S4：计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量，并据此判定其是否满足打印要求。本发明为抽样检测提供了新的手段，能够快速、高效的检测出纸张水分含量，进而判断该纸张能否用于打印。本发明还公开了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置。
【专利说明】基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法与装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机【技术领域】，尤其涉及一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法与装置。
【背景技术】
[0002]纸张是重要的常用办公易耗品之一，在印刷厂等地方一般存放有较大批量用于印刷、打印的纸张。一般来讲，暴露在空气中的纸张很容易吸收空气中的水分而变潮，当纸张的水分含量达到一定值时就会降低纸张的绝缘性能，从而影响印刷、打印效果，如出现打印底灰大，字迹不清，严重时会造成打印卡纸现象，与现代快速高效印刷、打印的要求不相符，因此采用先进技术对仓储批量纸张进行含水量快速筛查检测具有重要现实意义。
[0003]现有的纸张干燥度的检测方法仍是把要检测的纸张称重，然后充分烘干，再称重，计算含水量，而一般烘干过程都要20分钟以上，温度要在100摄氏度以上，存在操作复杂、效率低、耗时、耗能的不足，不满足现代印刷的要求，急需一种快速、高效、准确的纸张含水量检测技术。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是如何更好地适应与解决现代印刷业快速、高效、准确的对批量纸张进行含水量筛查检测以保障良好的印刷效果的关键问题。
[0005]为此目的，本发明提出了一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，包括具体以下步骤:
[0006]S1:将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气，经过预设时间的操作关闭闸阀；
[0007]S2:开启设置在所述纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品；
[0008]S3:通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息，并通过锁相放大器传输到计算机，其中，太赫兹接收器与照射到待测纸张样品的太赫兹波的光斑正对；
[0009]S4:计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量。
[0010]进一步地，所述步骤S4还包括:对待测纸张3个不同位置的含水量进行选取测量，计算3次平均值作为待测纸张样品的含水量。
[0011]进一步地，所述步骤S4之后还包括:
[0012]S5:对待测纸张含水量的检测结果进行判别分析。
[0013]进一步地，所述步骤S5还包括:当待测纸张含水量大于预设阈值时，则判定待测纸张不能用于打印；当待测纸张含水量小于预设阈值时，则判定待测纸张能用于打印。
[0014]为此目的，本发明还提出了一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置，包括:
[0015]置换模块，用于将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气，经过预设时间的操作关闭闸阀；
[0016]启动发射模块，，开启设置在所述纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品；
[0017]接收模块，用于通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息；
[0018]传输模块，用于通过锁相放大器传输到计算机，其中，太赫兹接收器与照射到待测纸张样品的太赫兹波的光斑正对；
[0019]检测模块，用于计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量。
[0020]进一步地,所述检测模块还包括:
[0021]选取单元，用于对待测纸张3个不同位置的含水量进行选取测量；
[0022]计算单元，用于计算3次平均值作为待测纸张样品的含水量。
[0023]进一步地，还包括判别分析模块，用于对待测纸张含水量的检测结果进行判别分析。
[0024]本发明公开的基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，通过将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气；经过预设时间的操作关闭闸阀，并开启设置在纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品；通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息，并通过锁相放大器传输到计算机；计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量，并根据其含水量判定是否满足打印要求。本发明为抽样检测提供了新的手段；能够快速、高效的检测出纸张水分含量，进而判断该纸张能否用于打印；实现了无损检测，节约了纸张，达到了节能环保的有益效果；可多通道进行，为大规模打印提供了技术支持，更好的服务现代印刷业。本发明还公开了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中:
[0026]图1示出了本发明实施例中的一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法的步骤流程图；
[0027]图2示出了本发明实施例中的一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置的结构图；
[0028]图3为本发明实施例中的一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置的具体示例图。
【具体实施方式】
[0029]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
[0030]首先，太赫兹波(Terahertz, ITHz = 112Hz)泛指频率为0.1-1OTHz的电磁波。它在电磁波谱中占有特殊的位置，位于红外和微波之间，是宏观电子学向微观光子学过渡的频段。太赫兹波的一个重要特性就是对水等极性分子有着强烈的吸收，而纸张对太赫兹波并不敏感。正是利用太赫兹光谱技术的这一性质，可将待检测的一定量纸张放到样品槽中，通过太赫兹光谱仪得到该特定数量纸张对应的太赫兹光谱能量的吸收，建立相关纸张湿度计算模型，从而预测纸张的含水量情况，对存储的批量纸张进行及时的含水量情况调查与摸底，以便采取相应措施，避免浪费，达到节能环保的目的。
[0031]为了更好的理解与应用本发明提出的基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法与装置，以如下附图示例进行详细说明。
[0032]如图1所示，本发明提供了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，包括具体以下步骤:
[0033]步骤S1:将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气，经过预设时间的操作关闭闸阀。
[0034]步骤S2:开启设置在所述纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品。其中，因纸张本身对太赫兹波的吸收很小，可忽略不计，进而更好的用于检测纸张的含水量。
[0035]步骤S3:通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息，并通过锁相放大器传输到计算机，其中，太赫兹接收器与照射到待测纸张样品的太赫兹波的光斑正对。
[0036]步骤S4:计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量。具体地，为了使检测结果更为精准，对待测纸张3个不同位置的含水量进行选取测量，计算3次平均值作为待测纸张样品的含水量。
[0037]步骤S5:对待测纸张含水量的检测结果进行判别分析。具体地，当待测纸张含水量大于预设阈值(N% )时，则判定待测纸张不能用于打印；当待测纸张含水量小于预设阈值(N% )时，则判定待测纸张能用于打印。
[0038]更进一步地，3次检测结果以及数据的存储均通过计算机显示器的人机交互界面完成。重复步骤S1-步骤S5的整个流程过程，可实现对纸张水分的连续、快速检测。
[0039]本发明依据太赫兹光谱对水分子的灵敏性和对纸张的不灵敏性，提出了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，且建立了一定量标准纸张的太赫兹水分预测模型，与现有技术相比，突出的优点在于:为抽样检测提供了新的手段；能够快速、高效的检测出纸张水分含量，进而判断该纸张能否用于打印；实现了无损检测，节约了纸张，达到了节能环保的有益效果；可多通道进行，为大规模打印提供了技术支持，更好的服务现代印刷业。
[0040]为了更好的理解与应用本发明提出的基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，本发明从上述方法中抽象出一种基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置。
[0041]如图2所示，本发明提供了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置10，包括:置换模块101、启动发射模块102、接收模块103、传输模块104以及检测模块105。
[0042]具体地，置换模块101用于将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气，经过预设时间的操作关闭闸阀；启动发射模块102用于，开启设置在纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品；接收模块103用于通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息；传输模块104用于通过锁相放大器传输到计算机，其中，太赫兹接收器与照射到待测纸张样品的太赫兹波的光斑正对；检测模块105用于计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量。
[0043]进一步地，检测模块105还包括:选取单元1051 (图中未示出)用于对待测纸张3个不同位置的含水量进行选取测量；计算单元1052(图中未示出)用于计算3次平均值作为待测纸张样品的含水量。
[0044]更进一步地，本发明提供了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置10，还包括:判别分析模块106(图中未示出)用于对待测纸张含水量的检测结果进行判别分析。
[0045]为了更好的理解与应用本发明提出的基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置，本发明进行以下装置示例，且本发明不局限以下示例。
[0046]基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置结构如图3所示。具体地，该装置包括氮气存储装置(I)、闸阀(2)、管道(3)、密封罩(4)、时域太赫兹发射装置(5)、太赫兹接收装置出)、纸张放置槽(7)、计算机(8)等。其中，纸张放置槽由石英材料制作，对太赫兹波基本无吸收。放置槽可根据待测纸张大小调节其高度和宽带，纸张放置槽用于放置一定厚度的标准纸张，放入纸张厚度不宜过多，也不宜过少，过厚会造成太赫兹波无法穿过纸张，进而无法检测，过少则会因水分含量过低而造成太赫兹波无法对其进行检测。
[0047]进一步地，太赫兹发射装置采用中心波长800nm，频率80fs，10MHz的锁模钛蓝宝石飞秒激光器产生的20mW能量的光脉冲流来驱动光电导开关产生和探测太赫兹辐射，为整个系统提供太赫兹波。太赫兹接收装置和计算机相连，其主要包括GaAs光电导开关、锁相放大器等，主要用于接收穿过一定厚度纸张后的太赫兹透射信号，并通过锁相放大器后传输到计算机。锁相放大器实现锁相功能，实现对透射信号的稳定的采集。太赫兹光谱发射及接收装置和纸张放置槽置于密封罩内，氮气用于置换密封箱内的空气，为整个检测系统提供干燥的环境，确保整个系统不受外界水分影响。
[0048]更进一步地，氮气存储装置和管道之间以及管道和外界空气之前安有闸阀，用于控制氮气向整个系统的注入和排放。计算机将收集到的信号做进一步处理，同时可根据需要对采集到的时域信号进行傅里叶变换得到太赫兹频谱。检测装置搭建完成后，选择300份纸张样品，每份样品含有20张相同类型的打印纸，用于建立基于该检测装置的纸张含水量太赫兹检测模型。具体地，首先依次完成各个样品的太赫兹信息采集，紧接着用传统的称重-烘干-称重方法得到其含水量真实值，根据采集到的太赫兹的时域或频域信息，尝试利用不同预处理方法对信号进行预处理，并结合不同建模算法，例如:多元线性回归MLR、偏最小二乘法PLS、人工神经网络等建立纸张含水量的太赫兹预测模型。对于待检测的纸张样品，依然选取20张置于放置槽上，采集太赫兹透射光谱，然后对采集的数据进行预处理，根据已建立的数学模型，计算纸张含水量，并依此判断其是否满足打印要求。
[0049]本发明公开的基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，通过将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气；经过预设时间的操作关闭闸阀，并开启设置在纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品；通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息，并通过锁相放大器传输到计算机；计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量，并据此判定是否满足打印要求。本发明为抽样检测提供了新的手段；能够快速、高效的检测出纸张水分含量，进而判断该纸张能否用于打印；实现了无损检测，节约了纸张，达到了节能环保的有益效果；可多通道进行，为大规模打印提供了技术支持，更好的服务现代印刷业。本发明还公开了基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置。
[0050]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
【权利要求】
1.基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测方法，其特征在于，包括具体以下步骤: S1:将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气，经过预设时间的操作关闭闸阀； 52:开启设置在所述纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品； 53:通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息，并通过锁相放大器传输到计算机，其中，太赫兹接收器与照射到待测纸张样品的太赫兹波的光斑正对； S4:计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4还包括:对待测纸张3个不同位置的含水量进行选取测量，计算3次平均值作为待测纸张样品的含水量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括: S5:对待测纸张含水量的检测结果进行判别分析。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括:当待测纸张含水量大于预设阈值时，则判定待测纸张不能用于打印；当待测纸张含水量小于预设阈值时，则判定待测纸张能用于打印。
5.基于太赫兹光谱技术的纸张含水量无损检测装置，其特征在于，包括: 置换模块，用于将预设数量的纸张放置于纸张放置槽内，打开闸阀使得氮气顺着管道向密封罩内充入置换其内的空气，经过预设时间的操作关闭闸阀； 启动发射模块，开启设置在所述纸张放置槽正上方的时域太赫兹发生器使得发射的太赫兹波垂直照射到待测纸张样品； 接收模块，用于通过透镜接收透过待测纸张样品的太赫兹波信息； 传输模块，用于通过锁相放大器传输到计算机，其中，太赫兹接收器与照射到待测纸张样品的太赫兹波的光斑正对； 检测模块，用于计算机根据预先建立的纸张含水量预测模型检测待测纸张含水量。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述检测模块还包括: 选取单元，用于对待测纸张3个不同位置的含水量进行选取测量； 计算单元，用于计算3次平均值作为待测纸张样品的含水量。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括判别分析模块，用于对待测纸张含水量的检测结果进行判别分析。
【文档编号】G01N21/3586GK104374733SQ201410658033
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】李斌, 樊书祥, 陈文焘, 何杰山, 郭文忠, 闫华, 马飞宇, 贾娜, 洪昊星 申请人:北京农业智能装备技术研究中心