专利名称：一种检测和剔除卷烟中异物的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及微波非电量测试技术领域，尤其涉及一种用微波来检测和剔除烟 草生产线上烟支内异物的装置。
背景技术：
烟草制品生产中混杂在烟支内的异物，可对吸烟者造成危害，卷烟燃烧时这些杂 物会放出毒物或令人讨厌的物质。因此，烟支生产中必须要识别并剔除这些杂物。烟草中所含的铁磁性的异物可以在烟支成形前用磁体材料吸出。其他类型的金属 材料也可用红外线或其他类型的电磁辐射来检测。此外，利用β或Y射线在非金属异物 的检测中也已取得了满意的结果。但是，红外线法受烟草物理特性(如纤维的长度、颜色) 的影响；而用β或Y射线检测，其放射性会使生产人员的健康受到影响。因而，要寻求一 种能避免上述缺点，安全、可靠的方法来替代。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种检测和剔除卷烟中异物 的装置，具有可实时检测烟支中所含的各种金属或非金属杂物、检测速度快，测量结果准 确，可靠性高，对操作者人体安全的特点。实现上述目的的技术方案是一种检测和剔除卷烟中异物的装置，在烟机生产过 程中对烟支进行实时检测，该烟机中包含有同步剔除装置，其中，包括依次相连的微波信号 产生器、第一微波信号隔离器、信号输入探针、微波凹形谐振腔、信号输出探针、第二微波信 号隔离器、检波放大器、模/数转换器、信号处理电路、数据采集和处理计算机，所述数据采 集和处理计算机分别输出信号给一显示器和同步剔除装置，并且还接收一烟机实时速度 检测装置的输入信号，还包括一控制微波信号产生器和信号处理电路的系统控制单元，其 中所述的微波信号产生器产生微波信号，通过所述的第一微波信号隔离器和信号输 入探针将信号输入给所述的微波凹型谐振腔；所述的信号输出探针接收所述微波凹形谐振腔输出的微波谐振信号，通过第二微 波信号隔离器传输到检波放大器；所述的检波放大器将接收到的微波信号进行检波并且放大输出直流检测电压送 给所述的模/数转换器；所述的模/数转换器将直流检测电压作模/数变换，变成数字电压，通过信号处理 电路进行处理后输出给所述的数据采集和处理计算机；所述的数据采集和处理计算机对信号进行分析计算、归纳，鉴别出异物的存在，输 出信号给所述的显示器和同步剔除装置；所述的烟机实时速度检测装置检测烟机的实时运行速度，将该数据输入给所述的 数据采集和处理计算机以控制同步剔除装置进行同步剔除。[0012]上述的检测和剔除卷烟中异物的装置，其中，所述的依次相连的第一微波信号隔 离器、信号输入探针、微波凹形谐振腔、信号输出探针、第二微波信号隔离器、检波放大器之 间通过微波同轴电缆相连。本实用新型的有益效果是本实用新型是一种能够快速检测和剔除烟支中存在的 各种金属异物或非金属异物诸如铁磁性或非铁磁性金属丝、木材、塑料、橡胶、玻璃及石块 等的装置，通过微波谐振法能够替代传统的红外法和放射法，快速、安全、可靠地对烟支中 存在的进行识别和剔除，具有如下优点1.本系统采用微波谐振原理，对通过的烟支中所含有的各种金属和非金属杂物进 行快速、实时、精确的检测并准确剔除。本系统的环境适应性强，不因杂物的类型、形状、颜 色、大小的不同，而影响检测准确性。2.本系统采用的微波信号源输出功率小，仅为10毫瓦，是一般手机发射功率的百 分之一，安全性高。其在操作位置的辐射强度仅为0. lmW/cm2，远远低于国家规定的5mW/ cm2的安全标准。3.本系统可采用工控机进行控制，具有良好的人机界面，可适时显示烟丝中所含 的杂物并进行实时剔除，还可同时进行统计，给出统计分析报告。4.本系统开机后即可正常工作，不需预热、不需调零，操作使用方便。
图1是本实用新型的监测检测和剔除卷烟中异物的装置的结构示意图；图2是微波谐振腔的谐振特性曲线图。
具体实施方式
在申请专利“微波离线物质湿度及密度检测方法”中，说明了测试系统所测得的微 波谐振腔的谐振频率和谐振幅度与所填充的物质的湿度及密度的关系。在正常烟丝填充的 情况下，由于烟支中紧头与非紧头密度变化以及烟丝的密度和湿度本身有些波动的影响， 所测得的谐振频率AF和谐振幅度AU总在其平均值上下一定的范围内变化，如图2所示。 但当烟丝中有异物存在时，所测得的谐振频率和谐振幅度的变化将大大超过正常烟丝填充 的情况。下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。请参阅图1，图中示出了本实用新型的一种检测和剔除卷烟中异物的装置，在烟机 (图中未示出)生产过程中对烟支进行实时检测。该烟机中包含有同步剔除装置12，本实 用新型包括依次相连的微波信号产生器1、第一微波信号隔离器2、信号输入探针3、微波凹 形谐振腔4、信号输出探针5、第二微波信号隔离器6、检波放大器7、模/数转换器8、信号处 理电路9、数据采集和处理计算机10，数据采集和处理计算机10分别输出信号给一显示器 11和同步剔除装置12，并且还接收一烟机实时速度检测装置13的输入信号，还包括一控制 微波信号产生器1和信号处理电路9的系统控制单元14，依次相连的第一微波信号隔离器 2、信号输入探针3、微波凹形谐振腔4、信号输出探针5、第二微波信号隔离器6、检波放大器 7之间通过微波同轴电缆(图中未示出)相连。微波信号产生器1产生微波信号，通过第一微波信号隔离器2和微波同轴电缆由信号输入探针3送给微波谐振腔4，信号输出探针5将受到填充物质扰动的微波谐振信号接 收，并通过第二微波信号隔离器6和微波同轴电缆传输到检波放大器7。检波放大器7将 接收到的微弱的微波信号进行检波并且放大，输出直流检测电压送给模/数转换器8。模/ 数转换器8将直流检测电压作模/数变换，变成数字电压并在信号处理电路9中进行初步 处理后送到数据采集和处理计算机10中。由数据采集和处理计算机10对信号进行分析计 算、归纳，判断出谐振频率与谐振幅度的对应关系的异常，从而鉴别出异物的存在。最后，提 供给显示器11和同步剔除装置12。为了使剔除装置能准确剔除含有杂物的不合格烟支，用烟机实时速度检测装置13 检测烟机的实时运行速度，从而算得剔除装置打开的时刻，将该数据输入给数据采集和处 理计算机10以控制同步剔除装置12进行同步剔除，以避免造成误剔除。微波信号的产生及与信号处理过程的同步等工作由系统控制单元14控制。微波在一个金属制成的容器(微波谐振腔)内具有谐振特性。对于一个空的微波 谐振腔，当谐振腔的几何形状确定后，其谐振频率和谐振幅度也是确定的。但当在该谐振腔 内部分或全部填充有其它非金属物质(我们称其为介质材料)时，其谐振频率和谐振幅度 会因填充的介质材料的介质常数不同、介质材料的多少和形状的不同而产生不同的变化。 这种变化对于所填充的介质材料的不同所产生的响应的十分敏感的。我们已经用微波谐振 技术研制开发了烟支在线重量和湿度检测系统。由于正常烟丝的介质常数与其它异物的介 质常数有很大差别，因此，我们可以利用对微波谐振腔的谐振频率和谐振幅度的变化来快 速、精确地测出微波谐振腔内所填充的各种金属异物或非金属异物介质材料。针对卷烟机烟支杂物的多类型、多尺寸及各种形状的特殊要求，采用了微波凹形 谐振腔作为杂物探测传感器，实现了高速、非接触、高精度检测。由于其微波谐振频率及谐 振幅度对各种不同物质的介质常数极其敏感，所以可检测极小尺寸、各种类型、各种形状的 物质材料，而且其测量精度也可做得很高。微波信号产生器1是一个由数字控制的快速跳频锁相微波源。由其产生的微波信 号通过微波同轴电缆及第一微波信号隔离器2由信号输入探针3注入微波凹形谐振腔4。 然后，再由信号输出探针5将受被测物质的影响而变化的微波谐振信号引出。引出的微波 谐振信号通过微波同轴电缆及第二微波信号隔离器6进入检波放大器7。检波放大器7可采用一般的微波检波二极管，检波后再进行直流放大，放大后输 出为直流电压信号。为了提高系统的稳定性必须对检波和放大电路进行温度补偿。信号处理电路9将检波放大后的直流电压信号经过模数转换，变为数字信号。将 各个时刻的检出信号送入数据采集和处理计算机10中。由于微波信号产生器1是一个由 数字控制的快速跳频锁相微波源，每一时刻对应于一个微波信号频率。比较各个时刻的输 出信号大小，即可求得谐振腔的实时谐振特性，从而得到当时的微波谐振频率及谐振幅度。 当谐振腔内被测烟支内含有杂物时，微波谐振腔的谐振频率及谐振幅度也将发生改变。再 根据微波谐振腔的谐振频率及谐振幅度与填充物质的关系，通过计算机处理，判断出谐振 频率与谐振幅度的对应关系的异常，从而鉴别出异物的存在。本实用新型对各种金属异物或非金属异物(如金属丝、木材、塑料、橡胶、玻璃及 石块等)都有较高的检测灵敏度，因而，是一种检测烟草中杂物的理想的装置。这种装置还 可用于其它非金属棒状材料生产过程中内部异物的无损检测。[0032]本实用新型可用作烟草行业烟支生产过程中的金属和非金属异物的检测和剔除。 可用于例如PR0T0S、PASSIM、SUPER9、MK95、GD121等各种卷烟机组。以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域 的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因 此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴，应由各权利要求所限定。
权利要求一种检测和剔除卷烟中异物的装置，在烟机生产过程中对烟支进行实时检测，该烟机中包含有同步剔除装置，其特征在于，包括依次相连的微波信号产生器、第一微波信号隔离器、信号输入探针、微波凹形谐振腔、信号输出探针、第二微波信号隔离器、检波放大器、模/数转换器、信号处理电路、数据采集和处理计算机，所述数据采集和处理计算机分别输出信号给一显示器和同步剔除装置，并且还接收一烟机实时速度检测装置的输入信号，还包括一控制微波信号产生器和信号处理电路的系统控制单元，其中所述的微波信号产生器产生微波信号，通过所述的第一微波信号隔离器和信号输入探针将信号输入给所述的微波凹型谐振腔；所述的信号输出探针接收所述微波凹形谐振腔输出的微波谐振信号，通过第二微波信号隔离器传输到检波放大器；所述的检波放大器将接收到的微波信号进行检波并且放大输出直流检测电压送给所述的模/数转换器；所述的模/数转换器将直流检测电压作模/数变换，变成数字电压，通过信号处理电路进行处理后输出给所述的数据采集和处理计算机；所述的数据采集和处理计算机对信号进行分析计算、归纳，鉴别出异物的存在，输出信号给所述的显示器和同步剔除装置；所述的烟机实时速度检测装置检测烟机的实时运行速度，将该数据输入给所述的数据采集和处理计算机以控制同步剔除装置进行同步剔除。
2.根据权利要求1所述的检测和剔除卷烟中异物的装置，其特征在于，所述的依次相 连的第一微波信号隔离器、信号输入探针、微波凹形谐振腔、信号输出探针、第二微波信号 隔离器、检波放大器之间通过微波同轴电缆相连。
专利摘要本实用新型公开了一种检测和剔除卷烟中异物的装置，在烟机生产过程中对烟支进行在线检测。该烟机中包含有同步剔除装置，本实用新型包括依次相连的微波信号产生器、第一微波信号隔离器、信号输入探针、微波凹形谐振腔、信号输出探针、第二微波信号隔离器、检波放大器、模/数转换器、信号处理电路、数据采集和处理计算机，所述数据采集和处理计算机分别输出信号给一显示器和同步剔除装置，并且还接收一烟机实时速度检测装置的输入信号，还包括一控制微波信号产生器和信号处理电路的系统控制单元。本实用新型具有可实时检测烟支中所含的各种金属或非金属杂物、检测速度快，测量结果准确，可靠性高，对操作者人体安全的特点。
文档编号A24C5/34GK201663912SQ2010201496
公开日2010年12月8日 申请日期2010年4月6日 优先权日2010年4月6日
发明者张跃武, 王会石, 闵晨, 陈林 申请人:上海恒博自动化设备有限公司