Устройство для определения товарной сортности табачного сырья Советский патент 1986 года по МПК G01N33/00 

Изобретение относится к нзмерительно-информациоииой технике, а имен но к способам и устройствам определения сортности табачного сырья по остаткам темной зелени на табачных листьях. Цель изобретения - повышение точности определения товарной сортности табачного сырья. На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определения товарной сортности табачного сырья; на фиг. 2 - конструкция узла первичных измерительных преобразова.телей в совокупности с узлом ориентации установки первичных измерительных преобразователей. Устройство содержит генератор управляемого напряжения, состоящий из мультплексора 1 исходных 71анных, постоянного запоминающего устройства 2, перепрограммируемого запомина.ющего устройства 3, контроллера 4 формирования зондируюи1их сигналов, и,ифроаналогового преобразователя 5, усилительного устройства 6 с обратной связью по току, при этом генератор управляемого напряжения соединен с узлом 7 ориентации первичных измерительных, преобразователей, содержащим восемь измерительных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора 8 с аналого-цифровым преобразователем, при этом выходы последнего соединены с соответствующими входами узла предварительной оценки контролируемых параметров, состоящего из мультиплексора 9 многомерной измерительной информации, контроллера 10 вычисления пpeдвap тeльныx оценок блока 11 формирования приоритета, а узел предварительной оценки контроли руемых параметров соединен с програм.мным устройством 12,причем последнее связано с узлом ориентации установки первичных измерительных преобразователей, состоящим из блока 13 управления микродвигателями, блока 14 мик родвигателей, исполнительного механизма 15 сервопривода, причем: послед ний функционально соединен с узлом 7 ориентации первичных измерительных преобразователей, который функционал но связан с интерфейсом 16 ввода вывода информации, последний соедине с микроэвм 17, а последняя связана, функционально с узлом 18 первичного 12 72 измерительного преобразователя, а последний - соответственно с объектом 19 контроля (табачное сырье), размещенным на транспортере 20. Устройство работает следующим образом. Первоначально осуществляют многозвенный цикл обучения для определения закономерностей изменения параметров зондирующего тока г формы и амплитуды, на дискретных .частотах анализа в диапазоне частот 0,5-200 кГц. обучения осуществляют на пред- ставительной обучающей выборке образцов контролируемого сырья одного сортотипа с различным содержанием следов темной зелени. При этом используют при определении оптимальных параметров зондирующего тока критерий максимальной чувствительности к следам темной зелени. Диапазон амплитуд выбирают с ограничением как по верхнему пределу, так и по нижнему пределу измерения. Верхний предел ограничен тем, что при протекании тока в табачном листе видоизменяется влагосодержание поверхностных слоев, которое квадратично зависит от уровня зондирующего тока. При уровне сигнала, равном 24 В, изменение влагосодержания табачного листа составляет единицы процентов за несколько циклов измерения. Кроме того, согласно технике безопасности, верхний уровень (24 В) ограничен условиями работы во влажных помещениях. Нижний предел (2 Б) определен технической целесообразностью, а именно при уровне сигнала 2 В отпадает необходимость применения дополнительной аппаратуры - предварительных усилителей, использование которых неизбежно приводит к нелинейности тракта измерения. В первом цикле обучения осуществляют варьирование формой сигнала ., зондирования при постоянстве амплитуды на дискретных частотах анализа с использованием критерия максимальной чувствительности к следам темной зелени. Данную процедуру повторяют на каждой выбранной частоте анализа. При этом первоначально производят зондирование синусоидальной формы, а в дальнейшем осуществляют дискретное изменение формы зондирования путем введения в зондирующий ток высших гармонических составляющих. Сначала

вводят третью гармонику и, изменяя поочередно амштитуду и фазу данной составляющей путем анализа откликов первичных измерительных преобразователей (по совокупности коэффициентов парной корреляции информативных параметров сигналов-откликов со следами темной зелени), устанавливают первичный вид зондирующего воздействия,. В дальнейшем к установленной закономерности зондирующего тока путем использования аддитивной процедуры поиска оптимальной формы зондирования дополняют пятую, а затем седмую и девятую гармоники и устана.вливают вид зондирующего тока, имеющего максимальную чувствительность к след ам темной зелени. Во втором цикле ,аддитивной процедуры осуществляют определение закономерностей изменени амплитуды зондирования от уровня темной зелени (процентного содержа-/ ния) и условия минимальной погрешности измерения процентного.содержания ее по критерию минимальной днеПерсии погрешности измерения ее, т.е определяют параметры коррекции амплитуды зондирования от вклада следов темной зелени.

Устройство реализует первые два и;икла обучения следующим образом.

Первоначально в нем осуществляют отстройку от влияния центральной жилы на процесс измерения. Объект 19 контроля (табачный лист) после разглаживающего устройства по транспортеру 20 поступает в зону действия уз ла ориентации установки первичных измерительных преобразователей, при этом блок 13 управления микродвигаталями посредством своих фоторегистраторов по совокупности сигналов последних формирует сигналы управления, воздействующие на блок 14 микродвигателей, который обеспечивают перемещение указанного узла по вертикали до момента, обеспечивающего контакт соответствующих первичных измерительных преобразователей с объектом контроля, В дальнейшем вторая группа исполнительных микродвигателей (блока 14 микродвигателей) в совокупности с испол1штельным механизмом 15 сервопривода (фиг. 2) этого узла, а так же узла предварительной оценки контроли:руемых параметров обеспечивает автоматическую отстройку положения первичных измерительных преобразователей относительно центральной жилы согласно геометрии листа. Ориентация положения первичных измерительных преобра ователей осуществляется на основе принципа анализа сигнала отклка с контролируемого объекта. Это связано с тем, что комплексное сопротивление центральной (главной) жIiлы почти на два порядка меньше сопротивления ткани листа, что, в свою очередь, определяет амплитуду отклика, которая в зоне центральной жилы во столько же раз меньше, что и на остальных участках ткани табачного листа. При этом контроллер 10 вычисления предварительных оценок реали- зует процедуру распознавания образа (табачного листа) для определения мета расположения того или иного первичного измерительного преобразователя, входящего в узел 7 ориентации первичных измерительных преобразователей, относительно центральной (главной) жилы. Автоматическая подстройка положения последних осуществляется С разнесением во времени соответствующими группами блока 14- . микродвигателей и исполнительного механизма 15 сервопривода. Программное устройство обеспечивает общую синхронизацию работы предлагаемого устройства и переключение его на соответствующие этапы работы.Блок 11 формирования приоритета обеспечивает поочередность ориентации первичных измерительных преобразова.телей (узел 7ориентации первичных измерительных преобразователей). По заверщению процедуры ориентации последних относительно центральной жилы программное устройство 12 и блок 11 формирования приоритета обеспечивают переключение устройства на измерение соответствующих показателей табачного сырья. При этом поступающая информация, представленная в цифровой форме, через мультиплексор многомерной измерительной информации поступает уже не в контроллер 10 вычисления предварительных оценок, как это имело место в первом этапе работы предлагаемого устройства, а через интерфейс 16 ввода - вывода информации в микроЭВМ 17.

Однако первоначально перед процедурой измерения осуществляется цикл обучения, который производится однократно в начальной фазе для определения оптимальных параметров зондирования на соответствующих частота анализа для ка кдого сортотипа и заключается в следующем. Периодически подаются сигналы для анализа образца данного сортотипа без признаков темной зелени и образцов с 100%-ным содержанием остатков темной зелени или близкие к ним, ироводится первоначальная коррекция положения первич ных измерительных преобразователей относительно центральной жилы по указанному способу отстройки, а затем осуществляется регистрация амплитуды откликов первичных измерител ных преобразователей (узла 7 ориентации первичных измерительных преобразователей) , с выхода которых сигналы, necyiipie информацию, поступают на соответствующие входы аналогового коммутатора .8 с аналого-цифровым преобразователем. С выхода последнего измерительная информация поступает 13 узел предварительной оценки кон ролируемых параметров, где по совокупности дискретных выборок (N 64) на полупериоде вычисляется среднее Л - 5; А; значение сигнала отклика J (А: - дискретная выборка) и опредезначение сигнала ляется максимальное по экстремальному значению дискретной А; выборки из совокупности ,Ajj используя при этом для.реализации . жроцедуры разности первого и второго рода ( ). При этом в указанно ,блоке оценивается в дальнейшем отношение амплитудного значения сигналов (откликов первичных измерительных пр образователей) эталонных образцов со следами темной зелени к откликам образцов без остатков темной зелени и по максимальному отклонению отношения от единицы первоначально оценивает дискретное значение амшпггуды зондирующего сигнала. Формирование сигнала зондирующего воздействия на объект контроля обес.печивает генератор управляемого напрялсения, который выдает исходное воздействие первоначальнов цифровой форме йосредством использования контроллера и формирования зондирующего сигнала, перепрограммируемого запо даншoщeгo устройства 3, постоянно запоминающего устройства 2, мультиплексора 1 исходных данных, а в дальнейп1ем зондирующее воздействие, пред ставленное в дискретной форме, поеобразуют в предлагаемом устройстве в аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя 5. При этом исходные дискретные значения сигналов зондирования в виде дискретных отсчетов хранятся в перепрограммируемом запоминающем устройстве 3, причем в последнем хранятся в виде дискретных выборок зондирующие сигналы не только по признаку амплитуды, но и различные по форме (от синусоидальной исходной формы воздействующего сигнала до воздействия в форме треугольного сигнала), причем количество дискретов по форме сигналов составляет N 8-10 разновидностей и N. 6разновидностеипо амт.е. поле опеплитудному признаку - ративного изменения признаков зондирующего воздействия составляет соответственно Nj- , что весьма приемлемо С точки зрения затрат на аппаратурную реализацию. Таким образом, в данном устройстве перепрограммируемое запоминающее устройство 3 в совокупности с контроллером 4 формирования зондирующих сигналов, синхронизируемых управляющей микроЭВМ 17, а также с помощью цифроаналогового преобразователя 5, усилительного устройства 6, мультиплексора 1 исходных данных, т.е. с помощью блоков, входящих в генератор управляемого напряжения, обеспечивают многофункциональное перепрограммируемое зондирующее воздействие на дискретных частотах анализа на объект диагностики, синхронизируемый микроЭВМ 17 через интерфейс 16 ввода-вывода. ТаКИМ образом, в цикле обучения устанавливаются для каждого сортотипа на соответствующр х частотах анализа оптимальные по ypoBHFO и форме сигналы зондирования. Определив оптимальную форму зондирующих сигналов на одной из частот анализа, переходят на поиск оптимальной амплитуды и формы сигналов зондироЕ.ания на последующей частоте анализа, при зтом переключе«ие режима работы генератора управляемого напряжения осуществляется. блоком 11 формирования приоритета и микроэвм 17 через интерфейс 16 ввода вывода информации. Информация о частотах анализа хранится в постоянном запоминаюа(ем устройстве 2. Измерение совокупности показатеей, характеризующих товарную сортность табачного сырья и его курител ные достоинства, осуществляется путем измерения соответствующих параметров на соответСтвуюпщх частотах информативных анализа, поступающих соответствующих первичных измерительных преобразователей 18, расположенных согласно геометрии табачно го листа с последующим коэффидиент- ным взвешиванием и алгебраическим суммированием последних согласно ап риорных данных, получаемых в дикле обучения. При этом дополнительно с помощью микроэвм 17 в совокупности с интерфейсом 16 ввода - вывода информадии мультиплексора 1 исходных данных ос ществляют автоматическую коррекдию уровня зондирующего воздействия,обу ловленного изменением сортотипа кон ролируемого табачного сырья, путем воздействиямикроэвм 17 на генератор управляемого напряжения согласн информации, поступающей с узла 7 ориентадии первичных измерительных преобразователей, с использованием при этом продедуры распознавания образов, а в дальнейшем - микроЭВМ 17 В зависимости от принадлежности исследуемого объекта 19 контроля к определенному классу (сортотипу) табачного сырья формируют соответствуюш 1е весовые множители. Для повьшгения точности измерения осуществляют двухзвенный продесс измерения, При этом первоначально уста навливают заданный уровень амплитуды зондирования на каждой частоте анализа и определяют первичные оденки ,измерения хлорофилла и его лроизводных. Согласно последним в режиме измерения осуществляют коррекцию амплитуды зондирования по установленным во втором дикле обучения закономерностям изменения амплитуды зондирования из условия максимальной точности измерения параметров, характеризующих товарную сортность табачного сырья. В дальнейшем осуществляют повторный анализ откликов первичных-- измерительных преобразователей, используя те же тракты, что и в первом цикле измерения, и устанавливают уточненные значения оценок контролируемых параметров. При этом для.повышения точности измерения параметров используют многопараметровые методы контроля, заключающиеся в коэффициентном взвешивании информативных составляющих и алгебраическом суммировании последних по критерию минимальной дисперсии ошибки измерения параметров. После этого процедура измерения контролируемых показателей завершается, срабатывает первая группа блока 14 микродвигателей на подъем измерительного комплекса и предлагаемое устройство переходит в режим ожидания подачи последующего объекта контроля в зону измерения. Микроэвм 17 также осуществляет анализ характера изменения контролируемых показателей, свидетельствующих об изменении качества табачного сырья (увеличение остатков темной зелени, влажности и т.п.) в продессе формирования табачной кипы, что позволяет вычислить среднестатические характеристики сырья, сделать заключение о товарной сортности сырья в кипе, а также использовать получаемую информацию для управления и контроля за ходом технологического процесса послеуборочной обработки (томления, сушки) табачного сырья в потоке. Таким образом, предлагаемое устройство является многофункциональным ч устройством, которое формирует перепрограммируемые воздействия на объект контроля, устанавливающие оптимальные параметры зондирования в цикле обучения путем анализа отклика эталонных образцов анализируемых сортотипов табачного сырья (каждого образца в отдельности), и осуществляет в цикле измерения определение параметров, характериз, курительные свойства табачного сырья (содержа- ние белков, углеводов водорастворимых, никотина, карбонильных соединений и т.д.), с помощью вычисления регрессионных оценок, при этом составляющие и весовые множители регрессионных уравнений устанавливаются также в цикле обучения. Преимущества предлагаемого устройства по сравнению с базовым заключаются в том, что оно осуществляет 100%-ный неразрушающий мНогопараметровый экспресс-контроль совокупности показателей, характеризующих товарную сортность табачного сырья и его курительные достоинства, путем их количественного измерения последую1цим анализом полученной инормадии; повышает точность контроля

(погрешность измерения 1,5-2%); и уменьшает время обработки одного образца в 7-8 раз, осуществляет автоматическую коррекцию положения ,первичных измерительных преобразователей относительно центральной лсилы табачного листа с исключением влияния краевых эффектов на результаты измерения; может быть использов.ано в системах АСУ ТП для автоматической коррекции технологического процесса обработки табачного сырья и оптрмизации параметров.

Формула изобретения

Устройство для определения товарной сортности табачного сырья, содержащее генератор управляемого на пряжения, отличающееся: тем, что, с целью повышения точности оно снабжено последовательно соединенными узлом -первичных измерительны преобразователей, аналоговЕпм коммутатором с цифроаналоговым преобразователем, мультиплексором многомерной измерительной информации, контроллером вычисления предварительных оценок, блоком формирования приоритета блоком управления микродвигателем, блоком микродв ггателей, исполнитсг-иьпым мехапизком сериопривода, узлом ориентации перпичных измерительных иреобразоиате(сЙ5 {i. также программируемым блоком, иитс;р(Ьейсом вводавывода и микроэвм, при этом программируемый блок связан с блоком управления микродвигателе. к мультиплексором ннс)гомег)нсй измеригептзной информащ-ш, а геиера ор управляемого напряжени; с;остоит из последовательно установле1111Ь Х м льтмплексора ис :со д пьк дан ных „ п ер епр о г р з.мг-№ф j емог о постоянного запоминающего блока« контроллера формт рсзания зопдируюГ.1ЩХ сигналов,у цифроаналогового преобразователя 5 усипителя с обратной связью по току5 причем входы интерфейса взода - вывода соединен с мультиплексором многомерной измерительной инфорь:;ации, а выводы ™ с г-шкроЭВ мультиплексором исходных датпгьк и блоком формирования прпорм.тета 5 при этом последний также соединен с муль гшигексором исходHaix дгшны;;:.

Изобретение относится к измерительно-информационной технике, а именно к устройствам неразрушающего многопараметрического контроля, и направлено на повышение точности определения товарной сортности табачного сьфья. На предварительной обучающей выборке с помощью блоков, входящих в генератор управляемого напряжения, устройство осуществляет цикл обучения путем выдачи и установления многофункциональных перепрограммируемых зондирующих воздействий на дискретных частотах анализа в широком динамическом диапазоне измерения . В режиме измерения первичные измерительные преобразователи измеряют комплексную проводимость табачного листа, причем узел предварительной оценки контролируемых параметров в совокупности с программным блоком и узлом ориентации установки первичных измерительных преобразователей осуществляет отстройку от центральной жилы листа и влияния краевых эффектов. Узел предварительной оценки контролируемых параметров, используя процедуру многофакторного распознавания образов с помощью контроллера вычисления предварительных оценок, регулирует управляющее воздействие на узел ориентации установки первичных (Л измерительных преобразователей по ге.ометрии табачного листа. По завершении ориентации программный блок и блок формирования приоритета переклю,чают устройство на измерение соответствующих показателей табачного сырья. Поступающая информация через мультиплексор многомерной измерительной информации передается посредством ю с интерфейса ввода-вывода в микроЭВМ. 2 ил.

Фиг. 2