一种高精度爆珠声响分析仪和爆珠声音测量的测试方法与流程

本发明属于实验设备技术领域，更具体涉及一种爆珠声音测量装置，同时还涉及一种爆珠声音测量的测试方法，适用于测定爆珠的爆破音效。

背景技术：

爆珠被广泛运用于卷烟及食品中，其多数为海藻酸钠等食品胶体制成的壁材包裹精油等芯材成分。在实际消费场景，吸烟者可以在吸烟过程中捏爆，使珠内液体流出，使香烟的口感更丰富，更香润，使吸烟者得到更为舒适的体验。爆珠在香烟过滤嘴中通常被咬破或者被捏破伴随着相应的爆破音。清脆悦耳的爆破音也受消费者喜爱。因此，准确地检测爆珠的爆破音效对爆珠品质检测具有重要意义。目前测定的爆破音值在60-80db，现有采用的是人工检测即专家评定，主观性太强，评价过程耗时长且结果不稳定，检测重复性低。

目前，对于烟用爆珠的研究主要是烟用爆珠质量稳定性的物理指标如爆珠直径、胶皮厚度、破碎压力及外观评价。目前，尚未有烟用爆珠爆破音量质量稳定性评价方法的报道。爆珠挤破音量是影响吸烟者对爆珠烟的喜爱程度的重要因素，爆珠挤破音量会受到爆珠包裹材料的成分、胶皮厚度、爆珠加工工艺的影响，因此，建立烟用爆珠挤破音效质量稳定性评价方法，对于爆珠烟生产企业和检测机构用于爆珠挤破音效检测，评判爆珠挤破音效，剔除不合格品，便于爆珠烟消费者体验等都具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有爆珠声响评价的问题，是在于提供一种高精度爆珠声响分析仪。解决了爆珠声响由于专家评定因素造成的主观性过强、结果不稳定及耗时等问题。通过在配置良好隔音效果的测试箱体内进行声音测试，人工指头模拟人手指捏破爆珠，利用高精度声音分析组件对爆珠爆破的声音强度和声音频率进行评估分析。

本发明的另一个目的是在提供了一种爆珠爆破声音强度测试方法，用于测量不同的爆珠爆破声音强度，通过使用压碎爆珠的精密进给装置，针对不同规格的爆珠，在每次挤压爆珠时压缩量统一，防止挤压装置互相碰撞产生噪声，通过隔音装置屏蔽外界噪声，通过使用声音录音系统及时录制捕捉爆珠被挤压时发出的音量。

为了实现以上的目的，本发明采用以下技术方案：

一种高精度爆珠声响分析仪，包括测试箱体、动力传导部件和声音数据采集系统；人工指头穿过隔音测试箱体，与位于隔音测试箱体外侧的动力传导部件相连，位于隔音测试箱体外侧，人工指头外周套设隔音防尘罩；在隔音测试箱体内还安装有载样盘、声音检测探头，载样盘位于人工指头正下方，声音检测探头通过箱体右侧孔洞与外界声音数据采集系统相连；

所述的动力传导部件包括机械手臂、控制面板、红外传感器、静音马达、减速机构和升降机构；静音马达通过减速机构降低转速，减速机构驱动升降机构旋转带动机械手臂升降；机械手臂侧面安装有滑杆，第一滑块和第二滑块分别被紧固螺钉固定在滑杆上下两端，松开紧固螺钉第一滑块和第二滑块与滑杆相对滑动连接，红外传感器用于在检测到第一滑块或第二滑块的位置时，控制升降机构停止旋转，调整机械手臂的高度；速度传感器用于检测升降机构的转速，控制机械手臂下压的速度；静音马达的工作噪音低于40分贝。

进一步地，所述的人工指头由压杆和球冠头构成，球冠头由柔性材料制备。

进一步地，所述的载样盘顶面设置为凹球面，载样盘底部通过托柱与箱体底部相连，载样盘由柔性材料制备。

进一步地，所述的隔音测试箱体包括由亚克力制备的箱体外壳及由隔音棉铺设的内壁。

优选地，所述的滑杆包括圆柱形的丝杠，第一滑块和第二滑块均为设有螺孔的螺帽，第一滑块和第二滑块分别与丝杠螺纹连接。

具体的，螺钉穿过螺孔后将第一滑块或第二滑块钉在丝杠上，使第一滑块或第二滑块相对丝杠固定。

优选地，所述的柔性材料包括硅胶。

一种爆珠爆破声音强度测试方法，包括以下步骤：

先校正人工手指与载样盘的初始距离和压缩距离，取爆珠样品i放置于载样盘的凹球面内，关闭测试箱体，再使用动力传导部件驱动人工手指以1.0mm/s或0.5mm/s的速度下降，将爆珠压缩至爆珠直径的50％或30％，同时使声音数据采集系统以2～10hz的分辨率和0.1db的精度记录测试箱体内人工手指挤压爆珠时产生的音量，上传采集的音量数据至上位机，调取音量数据的峰值与爆珠i的编号，形成爆珠声响散点图。

具体地为：

1、拧动紧固螺钉，调整第一滑块在滑杆上的位置，对人工指头与载样盘之间的初始距离进行校正，驱动动力导部件上升，在红外传感器检测到第一滑块时，使动力导部件停止移动，使人工指头与载样盘的初始距离调整为5cm，再调整第二滑块在滑杆上的位置，再使用动力传导部件驱动人工手指以1.0mm/s的速度下降，在红外传感器检测到第二滑块时，动力导部件停止移动，使人工指头压缩至所述爆珠直径的50％或70％，所述爆珠的直径为3.4-3.6mm，对人工指头与载样盘之间的压缩距离进行校正；

2、取爆珠样品一颗放置在载样盘上，爆珠会自然滑落到载样盘中央，然后关闭测试箱门；

3、驱动动力导部件上升，使人工指头与载样盘之间相距为初始距离，再使用动力传导部件驱动人工手指以1.0mm/s的速度下降，在红外传感器未检测到第一滑块时，打开声音数据采集系统开关，以2～10hz的分辨率和0.1db的精度实时采集音量数据，在红外传感器检测到第二滑块时，使动力导部件停止移动，并关闭声音数据采集系统，上传采集的音量数据至上位机，调取音量数据的峰值与爆珠i的编号，形成爆珠声响散点图。

通过上述技术措施，解决了爆珠难以固定摆放在同一位置、环境噪音干扰、金属探头不能模拟人手指的技术难点，达到了爆珠样品固定在载样盘中间、消除环境噪音干扰、爆珠声音与实际捏破声音接近的技术难题，提高了爆珠样品的爆破声音测试的稳定性及准确性。

本发明的工作原理：

将爆珠放置在载样盘上，在测试前关闭测试箱体实现良好隔音效果，然后开启仪器并控制人工指头下压直至压破爆珠样品。通过测试箱体内的声音探头检测爆珠声音。本装置通过结构设计和技术方案，实现对外界环境噪音消除和人指按压的模拟，可在测试箱体里准确的获取爆珠爆破的声音，并通过声音检测探头和声音数据采集系统对其进行分析，实现客观的评价爆珠的爆破声音。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

是通过品吸专家用手捏破判断爆珠爆破效果，因此每个人的感官评价标准不同，捏的力度，速度不同，个体差异较大，无法做到公正，准确性不足，且人工耗时较长。本装置就是提供一种模拟人工捏破爆珠，测定爆破音效的仪器装置，提高样品评价准确性。本发明的装置每次下压的速度，力度都是一致的这是人手捏时无法达到的，因此重现性高。

另外压杆挤压爆珠之前有较长的响应时间(压杆在下移接触爆珠之前)，而挤压仅是一瞬间，为了及时采集挤压爆珠的音量，音量采集时分辨率为2～10hz，精度为0.1db，实现快/慢速挤压爆珠状态下的a/c频率计权。

隔音测试箱体极大减少环境噪音干扰(降低环境噪音>20db)。

静音马达工作噪音小，减少对爆珠音效数据的干扰(工作噪音<40db)。

调整上滑块在滑杆上的位置，用于校正人工指头在初始位置时距载样盘的初始距离，调整下滑块在滑杆上的位置，用于校正人工指头在下降终点时距载样盘的距离，此距离为人工指头压缩爆珠的压缩比。

人工指头和载样盘采用硅胶材质，硅胶类材料有一定的弹性，模拟手指捏破爆珠时的缓冲过程，将金属材质的人工手指与载样盘点和点的接触，转变为硅胶材质的人工手指与载样盘面和面的接触，减少金属人工指头在触碰金属载样盘后产生的噪音，金属人工指头与金属载样进行爆珠破裂测试，针对同一种爆珠(黄色爆珠)采用同样的下压速度(1.0mm/s)分别进行30次重复试验，发现使用金属材质的探头获得的爆珠爆破声音强度是77.5±4.1db，而使用硅胶制备的人工手指获得爆珠爆破声音强度是81.4±4.9db。

附图说明

图1为一种高精度爆珠声响分析仪的结构示意图；

图2为图1中上下滑块及滑杆的局部放大图；

图3为一种高精度爆珠声响分析仪的机械手臂、静音马达、减速机构和升降机构的装配结构图；

图4为一种高精度爆珠声响分析仪中声音数据采集系统在试验过程中记录的音量曲线；

图5为一种实验测试得出的市售3.5mm爆珠声音强度分布图；

图6为一种实验测试得出的市售2.5mm爆珠声音强度分布图；

图7为一种对市售的四种爆珠进行声响分析仪的结果；

图8为本发明的红外传感器的结构示意图；

图9为红外传感器的电路示意图；

图10为静音马达的伺服驱动器的电路示意图

图11本发明的控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图给出本发明一种高精度爆珠声响分析仪的具体实施方式，但是应当指出，本发明的实施不限于以下的实施方式。

实施例1：

如图1～3，一种高精度爆珠声响分析仪，包括测试箱体1、动力传导部件2和声音数据采集系统3；人工指头穿过隔音测试箱体1，与位于隔音测试箱体1外侧的外部动力传导部件2相连，位于隔音测试箱体1外侧，人工指头外周套设隔音防尘罩202；在隔音测试箱体1内还安装有载样盘104、声音检测探头109，载样盘104位于人工指头正下方，声音检测探头109通过箱体1右侧孔洞与外界声音数据采集系统3相连。

动力传导部件2包括机械手臂201、控制面板203、红外传感器205、静音马达204、减速机构210和升降机构211；静音马达204通过减速机构210降低转速，减速机构210的传动比为1：6.25，静音马达204的出力轴基础转速为1500rpm，减速机构210转速为240圈/分钟。减速机构驱动升降机构旋转带动机械手臂201升降，升降机构211为精密丝杠，丝杠上螺纹间距为0.25mm；机械手臂201侧面安装有滑杆206，第一滑块207和第二滑块208分别被紧固螺钉209固定在滑杆206上下两端，松开紧固螺钉209，第一滑块207和第二滑块208与滑杆206相对滑动连接，红外传感器205用于在检测到第一滑块207或第二滑块208的位置时，控制升降机构停止旋转，调整机械手臂201的高度；速度传感器用于检测升降机构的转速，控制机械手臂下压的速度；静音马达204的工作噪音低于40分贝；声音数据采集系统3包括音频传感器和噪声传感器，可分析声音强度和声音频率信息。

所述的人工指头由压杆101和球冠头102构成，球冠头102由硅胶制备，压杆101由金属制成，垂直穿过箱体1顶部孔洞与外部动力传导部件2相连，位于人工指头正下方；载样盘104由硅胶制备，载样盘顶面设置为凹球面，可与人工指头的球冠头102吻合；载样盘104通过托柱105与箱体1底部相连，隔音箱体外壳106由隔音材料制作，内壁亦贴有隔音棉107。

所述的载样盘104，可根据爆珠大小和形状进行调整更换。

作为一种实施方式，所述的滑杆206包括圆柱形的丝杠，第一滑块207和第二滑块208均为设有螺孔的螺帽，第一滑块207和第二滑块208分别与丝杠206螺纹连接。具体的，紧固螺钉209穿过螺孔后将第一滑块207或第二滑块208钉在丝杠206上，使第一滑块207或第二滑块208相对丝杠固定。

如图8的控制原理图所示，由图8所示的红外传感器205具有红外线发射二极管205a、隔离物205b、红外线接收头205c，红外线发射二极管205a信号连接红外发射电路发射红外线，红外线接收头205c信号连接红外接收电路，当滑块207和208阻挡被发射出的红外线，并反射到红外线接收头205c时，如图9通过红外接收电路接收到红外线，经过放大器和比较器将检测信号传输至主控器s7-200，以判断人工指头所在位置，进而输出相应的方向和速度脉冲信号给如图10所示的静音马达控制电路，通过图10和11中的伺服驱动器驱动静音马达工作或者停止静音马达。声音采集系统则通过连接线连接声音检测探头109完成，并且声音检测探头109通过数据线将与上位机相连，用以启动声音检测以及声音记录工作。当人工指头开始向下运动时，在上位机端软件中，人工点按工作按钮，以启动声音数据的实时采集，待爆珠爆破声音峰形出现后，立即停止声音数据的实时采集，并将数据文件储存到相应位置。

实施例2：

一种爆珠爆破声音强度测试方法，其步骤是：

步骤1、拧动紧固螺钉209，调整第一滑块207在滑杆206上的位置，对人工指头与载样盘104之间的初始距离进行校正，驱动动力导部件2上升，在红外传感器205检测到第一滑块207时，使动力导部件2停止移动，使人工指头与载样盘104的初始距离调整为5cm，再调整第二滑块208在滑杆206上的位置，再使用动力传导部件1驱动人工手指以1.0mm/s的速度下降，在红外传感器205检测到第二滑块208时，动力导部件1停止移动，使人工指头压缩至所述爆珠103直径的50％，所述爆珠的直径为3.4-3.6mm，对人工指头与载样盘之间的压缩距离进行校正。

静音马达的转速为1500rpm时，精密丝杠每秒旋转4圈，机械手臂下降1.0mm/s。

步骤2、取爆珠样品一颗(d＝3.5mm)103放置在载样盘104上，爆珠会自然滑落到载样盘中央，然后关闭测试箱门108，

步骤3、驱动动力导部件1上升，使人工指头与载样盘104之间相距为初始距离5cm，再使用动力传导部件1驱动人工手指以1.0mm/s的速度下降，在红外传感器205未检测到第一滑块207时，打开声音数据采集系统3开关，使声音数据采集系统以2～10hz的分辨率和0.1db的精度实时采集音量数据，录音分辨率为大于10hz，音量精度为0.1db，在红外传感器205检测到第二滑块208时，使动力导部件1停止移动，并关闭声音数据采集系统3，采用soundlevelmeter软件将音量数据保存至电脑excel表格中，如图4。测试过程中的声音强度峰值即为爆珠爆破声音强度值。

对同一批次生产的爆珠抽取30个样本分别进行试验，样本爆珠直径为2.5mm，所测试的爆珠声响结果见图5，生产参数稳定。

实施例3：

一种爆珠爆破声音强度测试方法，其步骤是：

步骤1、拧动紧固螺钉，调整第一滑块在滑杆上的位置，对人工指头与载样盘之间的初始距离进行校正，驱动动力导部件上升，在红外传感器检测到第一滑块时，使动力导部件停止移动，使人工指头与载样盘的初始距离调整为5cm，再调整第二滑块在滑杆上的位置，再使用动力传导部件驱动人工手指以0.5mm/s的速度下降，在红外传感器检测到第二滑块时，动力导部件停止移动，使人工指头压缩至所述爆珠直径的70％，所述爆珠的直径为2.4-2.6mm，对人工指头与载样盘之间的压缩距离进行校正

静音马达的转速为750rpm时，精密丝杠每秒旋转2圈，机械手臂下降0.5mm/s。

步骤2、取爆珠样品一颗(d＝2.5mm)103放置在载样盘104上，爆珠会自然滑落到载样盘中央，然后关闭测试箱门108，

步骤3、驱动动力导部件上升，使人工指头与载样盘之间相距为初始距离，再使用动力传导部件驱动人工手指以0.5mm/s的速度下降，在红外传感器未检测到第一滑块时，打开声音数据采集系统开关，使声音数据采集系统以2～10hz的分辨率和0.1db的精度实时采集音量数据，在红外传感器检测到第二滑块时，使动力导部件停止移动，并关闭声音数据采集系统，音量数据保存至电脑excel表格中。如图4。测试过程中的声音强度峰值即为爆珠爆破声音强度值。

对同一批次生产的爆珠抽取30个样本分别进行试验，样本爆珠直径为2.5mm，所测试的爆珠声响结果见图6，生产参数稳定。

爆珠是否具备好的捏破声响影响这消费者的体验。其声响效果受生产工艺、胶皮配方、环境温湿度、捏破方式等因素影响。目前爆珠爆破音效的评价方法主要采用感官评定方法，该方法凭借专家自身经验，对爆破音效进行评价。虽然该法较为准确，但是评价过程主观性强、结果不稳定。为解决爆珠爆破音效的评价问题，本发明采用高精度爆珠声响检测仪对市面上的四种卷烟用爆珠(红色大爆珠、蓝色大爆珠、黄色大爆珠、黄色小爆珠)进行了评估，结果如下图7所示，结果表明，四种爆珠的爆破音效均不存在显著性差异，但是变化区间均超过10分贝以上，反映出爆珠个体爆破音效存在较大变化范围，可能影响到消费者的体验，存在进一步优化改进的空间。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。