一种采用欧氏距离判定造纸法再造烟叶浆料纤维分布均匀度的方法与流程

本发明属于再造烟叶工艺技术领域，具体涉及一种采用欧氏距离判定造纸法再造烟叶浆料纤维分布均匀度的方法。

背景技术：

生产实际及文献调研结果表明，造纸法再造烟叶片基物理特性是影响造纸法再造烟叶产品品质主要因素，在烟草浆料成浆特性、烟草浆料的纤维形态对再造烟叶片基、产品性能影响方面已有大量文献报道。温洋兵等研究了改善造纸法烟草基片松厚度的研究；宋成剑等研究烟草浆高浓与低浓打浆效果的比较；肖选虎等研究了烟草浆高浓制浆工艺稳定性及纤维分级分布影响研究；冯洪涛等研究了造纸法再造烟叶纤维形态与物理指标的相关性分析；刘晶等研究了国内外造纸法再造烟叶纤维形态分析；刘建平等研究了再造烟叶片基关键物理指标与浆料的质量指标相关性。同时研究结果表明纤维分布均匀度对再造烟叶片基物理特性影响显著，尤其对再造烟叶片基物理特性波动影响较大。到目前为止，尚无表征烟草浆料纤维分布均匀度的方法，因此有必要建立表征烟草浆料纤维分布均匀度的方法，为优化再造烟叶制浆工艺、指导再造烟叶制浆工艺技术及装备改造、提高再造烟叶质量提供科学依据。

关于烟草混合均匀度表征方法，相关文献报道如下：

中国专利(CN103675218A)公开了一种造纸法再造烟叶浆料均匀度表征方法，其特征在于，在再造烟叶浆料抄造过程中，把一个制浆批次等间隔分成T≥3时间段，按时间顺序构成T+2取样时间点，每一时点i同时检测再造烟叶浆料上网浓度和浓白水浓度5次，计算5次的上网浓度与浓白水浓度的比值；计算每一时点i上网浓度N_ij与浓白水浓度W_ij(i＝1,2,…,T+2，j＝1,2,…,5)比值的均值、标准方差、变异系数、均匀度；计算一个制浆批次上网浓度N与浓白水浓度W比值的均值、标准方差、变异系数、均匀度，判定一个制浆批次的再造烟叶浆料均匀性。该方法的不足之处在于：1、多次计算产生的不准确性可能导致较大的误差；缺少一个模型来进行系统的数学分析的过程。

中国专利(CN20156412937.4)公开了一种混丝掺配均匀度的测定方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)选取膨胀叶丝作为示踪物；(2)制备分离液，膨胀叶丝在分离液中完全漂浮，混合烟丝在分离液中完全沉淀；(3)取样，样品分离：在所取的每次中获取等量烟丝，并利用步骤(2)中的分离液分离出每份烟丝中的膨胀叶丝；(4)将步骤(3)中分离出的每份膨胀叶丝烘干，分别称重，进行混合均匀度计算。该方法中使用酒精溶液作为分离液，不使用其他毒性有机溶剂，不会对试验人员造成伤害，而且不会污染环境，绿色环保；分离液为卷烟企业常规溶液，检测的成本低，且对后续的化学测定不产生干扰；操作简单，易于操作，且容易掌握；能准确分离混丝和膨胀叶丝，定量精准。该方法的不足之处在于：1、没有使用具体的数学模型作为数据的参考，该方法的不足之处没有使用具体的数学模型作为数据的参考，容易产生较大的误差，缺少具体分析的过程；2、乙醇挥发速度不容易控制。

中国专利(CN200610114378.X)涉及到一种检测混合过程中不同物质混合均匀度的方法，该方法有以下步骤：将多种药物制剂的组成成分在混合器中混合6～30分钟，在混合器中样品平面上取出样品；将所取样品装入近红外光谱仪的样品杯中，采用漫反射的测定方式，扫描波数范围选择从1600～4000cm^-1的波段，在选定波段内进行多次扫描，扫描次数分别为8、16、32、64次，得到近红外光谱数据；采用近红外光谱仪随机附带的数学处理软件，对得到的近红外光谱数据进行一阶导数处理，然后采用相似度匹配法进行计算，得到样品之间的相似度数值；根据相似度数值来评价混合的均匀度，不同位置所取样品的相似度越高，说明这些样品中各个组分的比例越接近，即混合的均匀度越好。该方法的不足之处在于：1、主要是以检测粉末类物质，不能检测颗粒较大的物质；2、以化学成分份来定义并表征混合均匀度。但是烟草物料的化学成分复杂(5000多种)且不稳定，自身化学成分的波动性将会掩盖物料组成的差异性。

中国专利(CN201110319952.6)一种卷烟烟丝混合均匀度的测定方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)选取膨胀烟丝作为示踪物；(2)取样；(3)分离；(4)烘干；(5)计算混合均匀度。本发明采用膨胀烟丝作为标记物，其优点是：①膨胀烟丝的粒径及其分布均匀性与其它烟丝的差异不大，能够很好的代表整体的运动，可以用作标记物。②膨胀烟丝为常用的卷烟配方原料之一，多数卷烟配方中含有3％以上的膨胀烟丝。③膨胀烟丝的密度要比叶丝、梗丝、造纸法薄片烟丝都要小得多，因此利用密度的差异采用漂浮法能够将膨胀烟丝完全分离出来。且本发明所用分离溶液为非极性溶液，因此避免了分离溶液与烟丝中的水互溶使烟丝各组分密度发生变化。本方法的测试精度高，精密度范围在0.08％～0.66％。该发明的不足之处在于1、有溶剂挥发对操作人员伤害较大而且对操作场所有很大限制，容易造成污染；2、使用有机溶剂进行分离，这些溶剂会残留在分离后的膨胀叶丝上，如进一步对分离后的膨胀叶丝进行化学测定，则会对测试产生影响。

中国专利(CN201410319133.5)该发明的目的在于提供一种异收缩涤纶长丝染色均匀度检验方法，包含以下工序：(1)按国家标准涤纶长丝染色均匀度检验方法中要求对异收缩涤纶长丝进行织袜，将不同种类异收缩涤纶长丝形成的多个袜筒织在一起，形成一个袜样；(2)将专用定型框插入形成的袜样，所述专用定型框为长条状，其长度不短于袜样，宽度与袜样相适配；(3)对专用定型框上的袜样通过夹持物进行固定；(4)将固定好的袜样放在恒温水浴锅中定型；(5)热定型好的袜样按照国标涤纶长丝染色均匀度检验方法进行染色、判色。本发明的优点在于通过本发明的使用，可以使异收缩涤纶长丝在染色均匀度检验过程中，可以正常使用国标进行染色均匀度检验方法。该方法的不足之处在于：1、在检测的时候有需要恒温加热涤纶定型，产生毒素；2、染色过程不好控制，容易出现误差。

中国专利(CN20116075345.X)涉及一种用于纤维须条均匀度检测的数据采集系统，其特征在于：包括旋转编码器、测速光栅、键盘、AVR单片机控制系统、片外数据存储系统、液晶显示装置、打印机和USB通讯接口，所述旋转编码器和测速光栅通过数据总线与AVR单片机控制系统相连，所述AVR单片机控制系统还与键盘、片外数据存储系统、液晶显示装置、打印机和USB通讯接口相连。本发明的优点是：数据采集系统通过旋转编码器检测出纤维须条的厚度变化，能够在液晶屏上显示出波形，并统计出该试样的完全平均厚度、CV值以及极差不匀率等，相对于机械式萨氏条干仪，简化了操作步骤，检测结果直接以数字化的统计报表来显示，减少了由人工统计带来的不便。该方法的不足之处在于：1、所选设备机器较多，应用程度比较复杂；2、使用大量仪器，测定成本较高。

中国专利(CN20126422544.8)公开了一种测量饲料均匀度的方法，包括以下步骤：用体积百分浓度为95％以上乙醇溶解甲基紫，制得甲基紫溶液；将所述制得的甲基紫溶液与示踪物载体混合，搅拌均匀，干燥，得甲基紫示踪物；然后将甲基紫示踪物加入饲料中制备饲料样品；对饲料样品进行均匀度测定。本发明方法无需粉碎甲基紫固体，对环境友好，极大程度上降低了对操作工人的健康威胁；同时，无需对甲基紫固体进行粉碎，不仅使制备甲基紫示踪物的方法变得更简便易操作，而且还省去了粉碎机设备的投入，降低了生产成本。进一步的，本发明在检测样品均匀度时采用取样器取样，可以取得混合机内不同位置的样品，能更真实的反应饲料均匀度的情况。该方法的不足之处在于：1、以甲基紫为示踪物，其毒素可能对人造成危害；2、搅拌过程控制的精确程度不好控制，同时影响检测的准确性。

针对目前尚无一种表征烟草浆料纤维分布均匀度的方法之现状，如何借鉴上述有关烟草混合均匀度表征方法，建立一种表征烟草浆料纤维分布均匀度的方法，是目前再造烟叶工艺技术领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明针对目前再造烟叶生产过程中存在问题及生产实际需求，提供一种采用欧氏距离判定造纸法再造烟叶浆料纤维分布均匀度的方法。为优化再造烟叶制浆工艺、指导再造烟叶制浆工艺技术及装备改造、提高再造烟叶质量，提供科学依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种采用欧式距离判定造纸法再造烟叶浆料纤维分布均匀度的方法，是在再造烟叶浆料抄造过程中，把一个制浆批次等间隔分成T≥3时间段，按时间顺序构成T+2取样时间点，每一时点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态6次，以纤维平均长度X₁、平均宽度X₂、扭结度X₃、细小纤维含量X₄、卷曲率X₅和粗度X₆这6个指标作为标准点，将检测数据进行无量纲处理后，计算某一时点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk；接着计算一个制浆批次检测样品欧氏距离d_iljk，以欧氏距离为判据判定一个制浆批次某一i时点及一个制浆批次的再造烟叶浆料纤维微观形态均匀性。

进一步，优选的是所述的采用欧式距离判定造纸法再造烟叶浆料纤维分布均匀度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，一个制浆批次取样时间点确定：

①把一个制浆批次时间，等间隔分成T≥3时间段；

②按时间顺序构成T+2个取样时间点；

步骤(2)，某一取样时间点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk计算：

①某一取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态6次；

②以纤维平均长度X_1ij、平均宽度X_2ij、扭结度X_3ij、细小纤维含量X_4ij、卷曲率X_5ij和粗度X_6ij这6个指标作为标准点，按式(Ⅰ)和式(Ⅱ)进行无量纲处理，得到第一纤维平均长度Y_1ij、第一平均宽度Y_2ij、第一扭结度Y_3ij、第一细小纤维含量Y_4ij、第一卷曲率Y_5ij和第一粗度Y_6ij；

其中，n＝1,2,3,…,6；为6个指标的编号；

i为T+2个取样时间点中某一个取样时间点；i＝1,2,…,T+1或T+2；

j为该取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；j＝1,2,…,6；

③计算取样时间点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk，计算公式如式(Ⅲ)所示；

其中，n＝1,2,3,…,6；为6个指标的编号；

i为T+2个取样时间点中某一个取样时间点；i＝1,2,…,T+1或T+2；

j为该取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；j＝1,2,…,6；

k也为该取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数，k＝1,2,…,6；但j≥k；

步骤(3)，一个制浆批次检测样品的的欧氏距离d_iljk计算：

①按步骤(1)的时间分段，从i＝1至i＝T+2共T+2个取样时间点，每一取样时间点同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态6次，共计6×(T+2)次；

②以纤维平均长度X_1ij、平均宽度X_2ij、扭结度X_3ij、细小纤维含量X_4ij、卷曲率X_5ij和粗度X_6ij这6个指标作为标准点，按式(Ⅳ)和式(Ⅴ)进行无量纲处理，得到第二纤维平均长度Y_1ij、第二平均宽度Y_2ij、第二扭结度Y_3ij、第二细小纤维含量X_4ij、第二卷曲率X_5ij和第二粗度X_6ij；

其中，n＝1,2,…,6；为6个指标的编号；

i＝1,2,…,T+2；为一个制浆批次的1,2,…,T+2取样时间点；

j＝1,2,…,6；为取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；

③计算一个制浆批次检测样品的欧氏距离d_iljk，计算公式如式(Ⅵ)所示；

其中，n＝1,2,3,…,6；为6个指标的编号；

i＝1,2,…,T+2；为一个制浆批次的1,2,…,T+2取样时间点；

l＝1,2,…,T+2；也为一个制浆批次的1,2,…,T+2取样时间点，l≥i；

j＝1,2,…,6；为取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；

k＝1,2,…,6；也为取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；j≥k；

步骤(4)，再造烟叶制浆过程浆料纤维分布均匀性评价和判定，具体判定如下：

①距离d_ijk的所有值均≤0.2449，则表示该取样时间点i再造烟叶浆料纤维分布均匀，如有数值>0.2449，则表示该取样时间点i再造烟叶浆料纤维分布不均匀；

②距离d_iljk的所有值均≤0.2449，则表示该制浆批次浆料纤维分布均匀，能满足再造烟叶产生要求；

③距离d_iljk所有值中，虽然有部分数值>0.2449，但均≤0.3674，则表示该制浆批次浆料纤维分布虽然能满足再造烟叶产生要求，但是需对制浆工艺进行调整，改进至d_iljk均≤0.2449；

④距离d_iljk所有值中，如有数值>0.3674，则表示该制浆批次浆料纤维分布不均匀，不能满足再造烟叶产生要求，应及时整改制浆过程存在问题。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)本发明建立了再造烟叶片基物理特性与烟草浆料纤维微观形态关系，通过测定烟草浆料纤维微观形态变化，可以判定再造烟叶片基物理特性变化，进而指导优化再造烟叶制浆工艺、再造烟叶制浆工艺技术及装备改造、提高产品质量；

(2)本发明采用纤维微观形态技术指标(纤维平均长度、平均宽度、扭结度、细小纤维含量、卷曲率和粗度)等6个指标作为标准点，计算了欧式距离，并以这6个指标相对波动的10％、15％的欧式距离0.2449、0.3674作为临界点，判定烟草浆料质量，为实现造纸法再造烟叶浆料质量自动化控制提供方法和依据；

(3)本发明提高了造纸法再造烟叶生产工艺技术水平；实际应用结果表明，采用本发明技术方案后，产品合格率提高了10％以上，相应地，制造成本降低了10％以上。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

实施例1-4采用的方法均是：

步骤(1)，一个制浆批次取样时间点确定：

①把一个制浆批次时间，等间隔分成T≥3时间段；

②按时间顺序构成T+2个取样时间点；

步骤(2)，某一取样时间点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk计算：

①某一取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态6次；

②以纤维平均长度X_1ij、平均宽度X_2ij、扭结度X_3ij、细小纤维含量X_4ij、卷曲率X_5ij和粗度X_6ij这6个指标作为标准点，按式(Ⅰ)和式(Ⅱ)进行无量纲处理，得到第一纤维平均长度Y_1ij、第一平均宽度Y_2ij、第一扭结度Y_3ij、第一细小纤维含量Y_4ij、第一卷曲率Y_5ij和第一粗度Y_6ij；

其中，n＝1,2,3,…,6；为6个指标的编号；

i为T+2个取样时间点中某一个取样时间点；i＝1,2,…,T+1或T+2；

j为该取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；j＝1,2,…,6；

③计算取样时间点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk，计算公式如式(Ⅲ)所示；

其中，n＝1,2,3,…,6；为6个指标的编号；

i为T+2个取样时间点中某一个取样时间点；i＝1,2,…,T+1或T+2；

j为该取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；j＝1,2,…,6；

k也为该取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数，k＝1,2,…,6；但j≥k；

步骤(3)，一个制浆批次检测样品的的欧氏距离d_iljk计算：

①按步骤(1)的时间分段，从i＝1至i＝T+2共T+2个取样时间点，每一取样时间点同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态6次，共计6×(T+2)次；

②以纤维平均长度X_1ij、平均宽度X_2ij、扭结度X_3ij、细小纤维含量X_4ij、卷曲率X_5ij和粗度X_6ij这6个指标作为标准点，按式(Ⅳ)和式(Ⅴ)进行无量纲处理，得到第二纤维平均长度Y_1ij、第二平均宽度Y_2ij、第二扭结度Y_3ij、第二细小纤维含量Y_4ij、第二卷曲率Y_5ij和第二粗度Y_6ij；

其中，n＝1,2,…,6；为6个指标的编号；

i＝1,2,…,T+2；为一个制浆批次的1,2,…,T+2取样时间点；

j＝1,2,…,6；为取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；

③计算一个制浆批次检测样品的欧氏距离d_iljk，计算公式如式(Ⅵ)所示；

其中，n＝1,2,3,…,6；为6个指标的编号；

i＝1,2,…,T+2；为一个制浆批次的1,2,…,T+2取样时间点；

l＝1,2,…,T+2；也为一个制浆批次的1,2,…,T+2取样时间点，l≥i；

j＝1,2,…,6；为取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；

k＝1,2,…,6；也为取样时间点i同时检测从测定上网浓度位置处取到的再造烟叶浆料样品微观形态次数；j≥k；

步骤(4)，再造烟叶制浆过程浆料纤维分布均匀性评价和判定，具体判定如下：

①距离d_ijk的所有值均≤0.2449，则表示该取样时间点i再造烟叶浆料纤维分布均匀，如有数值>0.2449，则表示该取样时间点i再造烟叶浆料纤维分布不均匀；

②距离d_iljk的所有值均≤0.2449，则表示该制浆批次浆料纤维分布均匀，能满足再造烟叶产生要求；

③距离d_iljk所有值中，虽然有部分数值>0.2449，但均≤0.3674，则表示该制浆批次浆料纤维分布虽然能满足再造烟叶产生要求，但是需对制浆工艺进行调整，改进至diljk均≤0.2449；

④距离d_iljk所有值中，如有数值>0.3674，则表示该制浆批次浆料纤维分布不均匀，不能满足再造烟叶产生要求，应及时整改制浆过程存在问题。

具体计算数值如下所示。

实施例1

把某再造烟叶厂某牌号再造烟叶产品的一个制浆批次等间隔分成3个时间段，按时间顺序构成5取样时点。

表1-1 5个取样时点样品的纤维形态

表1-2计算某一时点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk

表1-3计算一个制浆批次检测样品的的欧氏距离d_iljk

续表1-3(2)

续表1-3(3)

续表1-3(4)

续表1-3(5)

从表1-2可知，该制浆批次各个时点内的距离d_ijk(i＝1,2,…,T+2，j＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，j≥k)有数值>0.2449，检测该制浆批次各个时点内片基横幅定量控制精度>±1g/m²，说明该制浆批次各个时点的浆料纤维分布都不均匀。

从表1-3可知，该制浆批次检测样品欧氏距离d_iljk(i＝1,2,…,T+2，l＝1,2,…,T+2，l≥i；j＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，j≥k)有数值>0.3674，检测该制浆批次内片基横幅定量控制精度>±1g/m²，说明该制浆批次浆料纤维分布不均匀，不能满足再造烟叶产生要求，应及时整改制浆过程存在问题。

实施例2

把某再造烟叶厂某牌号再造烟叶产品的一个制浆批次等间隔分成3个时间段，按时间顺序构成5取样时点。

表2-1 5个取样时点样品的纤维形态

表2-2计算某一时点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk

表2-3计算一个制浆批次检测样品的的欧氏距离d_iljk

续表2-3(2)

续表2-3(3)

续表2-3(4)

续表2-3(5)

从表2-2可知，该制浆批次各个时点内的距离d_ijk(i＝1,2,…,T+2，j＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，j≥k)均≤0.2449，检测该制浆批次各时点内片基横幅定量控制精度可达到±1g/m²以内，说明该制浆批次各个时点的浆料纤维分布均匀。

从表2-3可知，该制浆批次检测样品欧氏距离d_iljk(i＝1,2,…,T+2，l＝1,2,…,T+2，l≥i；j＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，j≥k)有数值>0.3674，检测该制浆批次内片基横幅定量控制精度>±1g/m²，说明该制浆批次浆料纤维分布不均匀，不能满足再造烟叶产生要求，应及时整改制浆过程存在问题。

实施例3

把某再造烟叶厂某牌号再造烟叶产品的一个制浆批次等间隔分成3个时间段，按时间顺序构成5取样时点。

表3-1 5个取样时点样品的纤维形态

表3-2计算某一时点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk

表3-3计算一个制浆批次检测样品的的欧氏距离d_iljk

续表3-3(2)

续表3-3(3)

续表3-3(4)

续表3-3(5)

从表3-2可知，该制浆批次各个时点内的距离d_ijk(i＝1,2,…,T+2，j＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，j≥k)均≤0.2449，检测该制浆批次各时点内片基横幅定量控制精度可达到±1g/m²以内，说明该制浆批次各个时点的浆料纤维分布均匀。

从表3-3可知，该制浆批次检测样品欧氏距离d_iljk(i＝1,2,…,T+2，l＝1,2,…,T+2，l≥i；j＝1,2,…,6，k＝1,2,…,6，j≥k)均≤0.2449，检测该制浆批次片基横幅定量控制精度可达到±1g/m²以内，说明该制浆批次浆料纤维分布均匀，能满足再造烟叶产生要求。

实施例4

把某再造烟叶厂某牌号再造烟叶产品的一个制浆批次等间隔分成3个时间段，按时间顺序构成5取样时点。

表4-1 5个取样时点样品的纤维形态

表4-2计算某一时点i的6次检测样品的欧氏距离d_ijk

表4-3计算一个制浆批次检测样品的的欧氏距离d_iljk

续表4-3(2)

续表4-3(3)

续表4-3(4)

续表4-3(5)

从表4-2及表4-3可知，距离d_iljk所有值虽然有部分数值>0.2449，但均≤0.3674，则表示该制浆批次浆料纤维分布虽然能满足再造烟叶产生要求，但是需对制浆工艺进行调整，改进至d_iljk均≤0.2449。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。