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摘要：文章针对现有烟支异物检测系统的缺陷，利用各种金属或非金属物质的介电常数各不相同的特性，开发设计了基于微波检测的烟支异物在线剔除系统。当烟支通过微波扫描头进行谐振检测时，若烟支中有异物存在将会引起微波谐振腔的谐振频率和幅度的变化，分析这些变化就可以在线判断烟支中是否含有异物；检测出存在异物的烟支将通过接装机上的废烟剔除机构剔除，从而可以消除含有异物的烟支对生产厂家和消费者带来的潜在危害，提高出厂的烟支品质。
关键词：微波检测；烟支异物；在线剔除系统设计；无损检测技术；微波检测探头
中图分类号：TS433 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0039-02
在卷烟生产过程中，烟丝由制丝线输送到卷接机组，经过了若干环节，这些环节都有可能将诸如橡胶、塑料等杂质带入烟丝中，如果不能及时检测剔除混入异物的烟支，将会影响成品卷烟的品质。一般来说，烟丝中所含的铁磁性异物由磁选装置剔除，烟丝中的非铁磁性异物可利用红外线、β或γ射线以及视觉检测的方法检测剔除。但红外线检测方法受烟草物理特性（如纤维的长度、颜色）的影响；产生β或γ射线的放射源会影响操作人员的健康；而视觉检测只能检测在烟丝表面的杂物，对混入在烟丝内部或烟支内的杂物则无法检测。微波检测方法不仅克服了以上缺点，而且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，是一种检测烟丝中杂物的理想的
方法。
一、系统组成
基于微波检测的烟支异物在线剔除系统由微波探测头、信号处理及控制电路、实时速度检测装置、同步剔除装置、数据采集和处理计算机等几个部分组成。微波探测头对所有烟支进行检测，并将检测结果传送到控制系统；信号处理及控制电路对数据进行分析，并将对含有异物的烟支信号传送到计算机；实时速度检测装置监测卷烟机的实际速度，并将其传送到计算机；计算机处理各方面传递过来的信息，并将剔除指令发送给接装机上的废烟同步剔除装置，从而实现对含异物烟支的检测与剔除相同步的功能。烟支异物在线剔除系统流程图如图1所示：
二、微波检测原理
微波作为一种特定频率的电磁波，通过电磁场与介质内部的微观粒子相互作用，通过调节激励源的振荡频率使谐振腔与激励源信号达到谐振，从而获取表征介质材料的物理、生物特性的检测量（如密度、湿度、温度等参数）。当谐振腔内部分或全部填充其它非烟丝物质（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电常数不同、介质材料的多少与形状的不同而产生不同的变化。微波对于这种在谐振腔内填充不同的介质材料的所产生的响应是十分敏感的。由于正常烟丝的介电常数与其它异物的介电常数有很大差别，利用不同物质在微波谐振腔的谐振频率和谐振幅度变化不同，产生的微波信号也不同，并使用全新的微波谐振幅频特性解析方法，可快速、精确地检测出烟条中所携带的各种金属或非金属
异物。
不含异物和含有异物的正常烟条通过微波检测传感器时，微波网络分析仪检测到烟丝的微波信号如下图2所示：
图2左侧是不含异物的烟条通过微波检测传感器时的微波信号图像，右侧是含有异物的烟条通过微波检测传感器时的微波信号图像。
三、系统的主要技术特点
1．采用微波谐振检测技术可对烟支中的异物进行快速、准确、在线、非接触无损检测。
2．采用了一套全新的微波谐振幅频特性的解析方法来精确地检别烟丝内所携带的各种金属异物或非金属异物。
3．系统中采用了单片机高速数据处理技术，使得系统处理速度大大提高。
4．在接装机上增加废烟同步剔除机构，实现对各种含异物烟支的检测与剔除功能。
四、应用效果
1．现场使用效果。以下是某卷烟厂PROTOS70卷接机组使用在线微波检测装置剔除的含有不同异物烟支的一组照片：
图3为微波检测探头能够检测剔除最小金属丝尺寸为φ0.1×6mm，图4微波检测探头能够检测剔除最小焦油块或橡胶尺寸为4×3×1mm。
在该现场异物微波检测剔除中，微波检测探头能够检测剔除最小锡箔纸尺寸为5×1×纸厚度mm。
2．与同类进口产品对比。同类进口产品对烟支中异物检出率汇总见表1：
通过对比可得出结论，该烟支异物在线剔除系统能够检测剔除最小橡胶尺寸和金属丝尺寸明显小于进口同类产品的尺寸。
五、结语
微波检测技术是继超声波、激光、红外和射线等方法之后的一种新型无损检测技术，近年来取得了较大发展。基于微波检测的烟支异物在线剔除系统可在现有卷烟机微波检测探头基础上，进行软、硬件的升级，在保证微波检测探头原有烟支密度和水分含量检测功能不变的情况下，可以增加烟支内异物在线检测功能。该系统已成功用于我公司生产制造的ZJ19A卷接机组中，经过在卷烟厂的实际使用，各项指标能达到设计要求。
参考文献
[1] BelKebir K， Kleinman R E， Pichot C. IEEE Trans Microwave Theory Techn，1997.
[2] 赵克玉，许福永．微波原理与技术[M]．高等教育出版社，2006.
作者简介：叶松涛（1965-），许昌烟草机械有限责任公司工程师，研究方向：卷接机组研制开发。
（责任编辑：陈 倩）
关键词：微波检测；烟支异物；在线剔除系统设计；无损检测技术；微波检测探头
中图分类号：TS433 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0039-02
在卷烟生产过程中，烟丝由制丝线输送到卷接机组，经过了若干环节，这些环节都有可能将诸如橡胶、塑料等杂质带入烟丝中，如果不能及时检测剔除混入异物的烟支，将会影响成品卷烟的品质。一般来说，烟丝中所含的铁磁性异物由磁选装置剔除，烟丝中的非铁磁性异物可利用红外线、β或γ射线以及视觉检测的方法检测剔除。但红外线检测方法受烟草物理特性（如纤维的长度、颜色）的影响；产生β或γ射线的放射源会影响操作人员的健康；而视觉检测只能检测在烟丝表面的杂物，对混入在烟丝内部或烟支内的杂物则无法检测。微波检测方法不仅克服了以上缺点，而且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，是一种检测烟丝中杂物的理想的
方法。
一、系统组成
基于微波检测的烟支异物在线剔除系统由微波探测头、信号处理及控制电路、实时速度检测装置、同步剔除装置、数据采集和处理计算机等几个部分组成。微波探测头对所有烟支进行检测，并将检测结果传送到控制系统；信号处理及控制电路对数据进行分析，并将对含有异物的烟支信号传送到计算机；实时速度检测装置监测卷烟机的实际速度，并将其传送到计算机；计算机处理各方面传递过来的信息，并将剔除指令发送给接装机上的废烟同步剔除装置，从而实现对含异物烟支的检测与剔除相同步的功能。烟支异物在线剔除系统流程图如图1所示：
二、微波检测原理
微波作为一种特定频率的电磁波，通过电磁场与介质内部的微观粒子相互作用，通过调节激励源的振荡频率使谐振腔与激励源信号达到谐振，从而获取表征介质材料的物理、生物特性的检测量（如密度、湿度、温度等参数）。当谐振腔内部分或全部填充其它非烟丝物质（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电常数不同、介质材料的多少与形状的不同而产生不同的变化。微波对于这种在谐振腔内填充不同的介质材料的所产生的响应是十分敏感的。由于正常烟丝的介电常数与其它异物的介电常数有很大差别，利用不同物质在微波谐振腔的谐振频率和谐振幅度变化不同，产生的微波信号也不同，并使用全新的微波谐振幅频特性解析方法，可快速、精确地检测出烟条中所携带的各种金属或非金属
异物。
不含异物和含有异物的正常烟条通过微波检测传感器时，微波网络分析仪检测到烟丝的微波信号如下图2所示：
图2左侧是不含异物的烟条通过微波检测传感器时的微波信号图像，右侧是含有异物的烟条通过微波检测传感器时的微波信号图像。
三、系统的主要技术特点
1．采用微波谐振检测技术可对烟支中的异物进行快速、准确、在线、非接触无损检测。
2．采用了一套全新的微波谐振幅频特性的解析方法来精确地检别烟丝内所携带的各种金属异物或非金属异物。
3．系统中采用了单片机高速数据处理技术，使得系统处理速度大大提高。
4．在接装机上增加废烟同步剔除机构，实现对各种含异物烟支的检测与剔除功能。
四、应用效果
1．现场使用效果。以下是某卷烟厂PROTOS70卷接机组使用在线微波检测装置剔除的含有不同异物烟支的一组照片：
图3为微波检测探头能够检测剔除最小金属丝尺寸为φ0.1×6mm，图4微波检测探头能够检测剔除最小焦油块或橡胶尺寸为4×3×1mm。
在该现场异物微波检测剔除中，微波检测探头能够检测剔除最小锡箔纸尺寸为5×1×纸厚度mm。
2．与同类进口产品对比。同类进口产品对烟支中异物检出率汇总见表1：
通过对比可得出结论，该烟支异物在线剔除系统能够检测剔除最小橡胶尺寸和金属丝尺寸明显小于进口同类产品的尺寸。
五、结语
微波检测技术是继超声波、激光、红外和射线等方法之后的一种新型无损检测技术，近年来取得了较大发展。基于微波检测的烟支异物在线剔除系统可在现有卷烟机微波检测探头基础上，进行软、硬件的升级，在保证微波检测探头原有烟支密度和水分含量检测功能不变的情况下，可以增加烟支内异物在线检测功能。该系统已成功用于我公司生产制造的ZJ19A卷接机组中，经过在卷烟厂的实际使用，各项指标能达到设计要求。
参考文献
[1] BelKebir K， Kleinman R E， Pichot C. IEEE Trans Microwave Theory Techn，1997.
[2] 赵克玉，许福永．微波原理与技术[M]．高等教育出版社，2006.
作者简介：叶松涛（1965-），许昌烟草机械有限责任公司工程师，研究方向：卷接机组研制开发。
（责任编辑：陈 倩）