一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置和方法

技术领域

本发明涉及茶叶加工领域，更具体的说，尤其涉及一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置和方法。

背景技术

在茶叶的初制和精制过程中，茶叶的流量均衡、稳定，是保证茶叶品质的关键因素。例如，在绿茶的滚筒杀青过程中(初制)，稳定的茶叶流量，对应着固定的杀青温度和滚筒转速。如果茶叶的流量发生变化，则需要实时调整滚筒杀青机的设定温度或滚筒转速，从而保证茶叶的杀青品质一致。对于自动控制的杀青机，则需要系统的控制器能根据茶叶流量的变化，实时来调整杀青的工艺参数(主要是滚筒杀青机的设定温度和设定转速)；对于手动控制的杀青机，如果能定量的知道茶叶的实时流量，则可以精确的来调整杀青的工艺参数。因此，对于茶叶的杀青过程，不管是自动控制，还是手动控制，要想保证品质，一个首要的前提就是需要实时检测茶叶的流量，这一原理同样适应于烘干、揉捻等其他茶叶初制环节和筛分、风选等精制环节。另外，如果能实现茶叶流量的实时检测，还可进一步实现茶叶的定量给料。

目前市场上的皮带称也可以用于实时流量的检测，但对于茶叶加工过程中的茶叶实时流量检测，存在以下几个难点：

(1)目前市场上的皮带称，其计量范围一般为几吨～几百吨/小时，但茶叶的流量一般为几十公斤～几百公斤/小时，因此，市场上的皮带称不适合用于茶叶的小流量检测；

(2)由茶叶的实时流量比较小，在皮带传输过程中，其传动系统造成的误差属于动态误差，且误差值大于或接近于茶叶的实时流量，因此，很难从检测的信号中去除误差信号，得到真正的茶叶流量信号，从而导致测量的误差很大，无法应用。

发明内容

本发明的目的在于解决解决现有茶叶加工过程中茶叶实时流量难以检测的问题，提出了一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置和方法，能够检测茶叶加工过程中的实时流量，消除皮带运转过程中的动态误差，提高检测的精度。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置，包括整体机架、前皮带轮、后皮带轮、传送皮带、皮带张紧驱动装置、原点检测传感器、位置检测传感器和称重装置，所述前皮带轮和后皮带轮均呈辊轴状，前皮带轮和后皮带轮的轴心线相互平行均水平设置，前皮带轮和后皮带轮分别安装在整体机架的两侧；所述皮带张紧驱动装置包括驱动电机、驱动辊、张紧辊、张紧辊调节装置、过渡辊和装置外壳，所述装置外壳固定在整体机架上，驱动电机通过电机座安装在装置外壳内部，所述驱动辊、张紧辊和过渡辊均水平安装在装置外壳内部，所述驱动辊、张紧辊和过渡辊的轴心线相互平行，驱动电机的输出轴通过同步带机构连接驱动辊；传送皮带依次绕过前皮带轮、后皮带轮、过渡辊、驱动辊和张紧辊后构成封闭的皮带环，所述张紧辊的一端设置有安装在装置外壳上的张紧辊调节装置，张紧辊调节装置通过调节张紧辊在水平方向直线运动调节皮带环的松紧度；所述称重装置安装在传送皮带运输表面下方的整体机架上，所述称重装置包括前托辊、后托辊、称重托辊、左称重模块和右称重模块，所述左称重模块和右称重模块分别固定在传送皮带两侧的整体机架上，称重托辊的两端分别连接左称重模块和右称重模块的称重端；所述前托辊、后托辊和称重托辊均平行于前皮带轮设置，前托辊和后托辊的两端通过轴承安装在整体机架上；所述传送皮带内侧印制有第一色带和第二色带，所述第一色带由连续均匀且黑白相近的色块组成，第一色带沿着传送皮带的内侧边缘均匀布置且布置在整个传送皮带上，所述第二色带仅有一个，第二色带印制在第一色带的一侧，所述整体机架上还安装有原点检测传感器和位置检测传感器，所述位置检测传感器正对传送皮带内侧印制的第一色带，所述传送皮带运动时第二色带经过原点检测传感器正对的位置。

进一步的，所述后皮带轮上装有皮带偏调机构，皮带偏调机构连接后皮带轮并调节前皮带轮和后皮带轮的平行度。所述皮带偏调机构用于保证传送皮带运转时不会发生偏移。

进一步的，所述左称重模块和右称重模块的结构完全相同，所述左称重模块包括称重外壳、力传感器和调节螺栓，所述力传感器设置在称重外壳内部，称重外壳上设置有与称重托辊的两端相配合的竖槽，力传感器的检测端位置高于竖槽的底端，称重托辊的端部伸入称重外壳后支撑在力传感器的检测，称重外壳底部设置有调节螺栓，调节螺栓的上端抵在力传感器底部，通过旋转调节螺栓调节称重托辊的端部在竖槽内上下运动。

进一步的，所述第一色带为间隔的黑色色块和白色色块，且黑色色块和白色色块的尺寸均为1cm×1cm，整条传送皮带上黑色色块和白色色块各有50个。

进一步的，所述第二色带与第一色带相邻设置，第二色带的大小为2cm×1cm的黑色色块。

进一步的，所述原点检测传感器和位置检测传感器均为色差传感器。原点检测传感器和位置检测传感器检测到黑色块时输送高电平，检测到白色块时输出低电平；原点检测传感器和位置检测传感器分别与第而色带和第一色带对齐，传送皮带工作时，原点检测传感器和位置检测传感器输出相应的脉冲信号；当原点检测传感器通过检测第二色带确定传送皮带的原点位置，位置检测传感器通过检测第一色带确定传送皮带的相对移动位置。

一种茶叶加工过程中实时流量检测方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在传送皮带上设置原点信号和位置信号，其中，原点信号由原点检测传感器提供，位置信号由位置检测传感器提供；将传送皮带内侧设置的第一色带分出一百段，位置检测传感器检测到每段第一色带的色块时均为产生一个位置信号，共计产生100个位置信号，即获取100个采样序列点；

步骤二：传送皮带上空载，通过皮带张紧驱动装置驱动传送皮带工作，利用称重装置对空载时的传送皮带进行检测，在每个采样序列点进行采样，获取100个采样序列点的空载实时流量e

步骤三：皮带张紧驱动装置继续驱动传送皮带工作，同时在传送皮带装上茶叶，即传送皮带开始负载运转，利用称重装置对负载时的传送皮带进行检测，在每个采样序列点进行采样，获取100个采样序列点负载时的流量G

步骤四：传送皮带在负载时通过称重装置可以获取实时流量G，但总实时流量包括误差流量e和茶叶流量f，由此可得传送皮带在负载时总流量计算公式为

G

即可计算出传送皮带在负载时茶叶的实时流量f

进一步的，所述步骤二中传送皮带空载时的空载实时流量e

进一步的，原点检测传感器用于检测传送带的原点，提供周期清零信号，实现传送皮带没权的重复计数和计量。进而消除累积误差，提高测量精度。

所述茶叶加工过程中实时流量检测方法还可以简化检测装置的标定方法，具体标定方法的步骤如下：

步骤a：首先传送皮带空载状态运行，在空载状态下传送皮带自动运转设定圈数，原点检测传感器和位置检测传感器自动在原点信号和位置采集信号的触发下自动记录每个采样序列点的实时流量值，然后根据公式

步骤b：在传送皮带上装上茶叶使传送皮带在负载状态运行，传送皮带自动再次运转设定圈数，原点检测传感器和位置检测传感器自动在原点信号和位置采集信号的触发下自动记录每个采样序列点的实时流量值，然后计算出茶叶的实时流量fi；

负载运行时，根据控制器发出的原点信号开始投料，同样通过控制器发出的运转结束信号停止投料，并将这一段时间内的茶叶总量收集后进行称重，假设负载运行时间内收集的茶叶总料重为W，程序自动累计的流量为F，可以得到流量系数k的计算公式为

本发明的有益效果在于：

1、本发明能够检测茶叶加工过程中的实时流量，消除皮带运转过程中的动态误差，提高检测的精度。

2、本发明由于通过传送皮带上的第一色带和第二色带作为采样点，即采用传送皮带上的固定位置提供信号，信号的提供与传送皮带本身的速度快慢和波动无关，但是相对的定时采样更加准确，相对于编码器采样可以克服传送皮带打滑带来的影响。

3、本发明在获得实时流量的基础上可以进一步的获得累计流量，从而使使用者更清晰获取茶叶的流量情况。

4、本发明在获得实时流量的基础上，通过恒定流量的控制策略，通过调节传送皮带的转速可以实现定量给料，提高本发明的在实际生产中的适用性。

附图说明

图1是本发明一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置的整体结构示意图。

图2是本发明一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置在无传送皮带时的结构示意图。

图3是本发明整体机架和前皮带轮、后皮带轮的连接结构示意图。

图4是本发明皮带张紧驱动装置的结构示意图。

图5是本发明称重装置的结构示意图。

图6是本发明传送皮带的结构示意图。

图7是本发明原点检测传感器和位置检测传感器正对第二色带和第一色带的示意图。

图8为本发明一种茶叶加工过程中实时流量检测的方法的原理图。

图中，1-整体机架、2-皮带张紧驱动装置、3-称重装置、4-传送皮带、5-位置检测装置、6-支架、7-前皮带轮、8-后皮带轮、9-皮带偏调机构、10-装置外壳、11-驱动电机、12-驱动辊、13-张紧辊、14-张紧辊调节装置、15-过渡辊、16-前托辊、17-后托辊、18-称重托辊、19-称重外壳、20-调节螺栓、21-原点检测传感器、22-位置检测传感器、23-第一色带、24-第二色带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～7所示，一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置，包括整体机架1、前皮带轮7、后皮带轮8、传送皮带4、皮带张紧驱动装置2、原点检测传感器21、位置检测传感器22和称重装置3，原点检测传感器21、位置检测传感器22构成位置检测装置5。所述前皮带轮7和后皮带轮8均呈辊轴状，前皮带轮7和后皮带轮8的轴心线相互平行均水平设置，前皮带轮7和后皮带轮8分别安装在整体机架1的两侧；整体机架1沿传送方向设置两条支架6，支架6的两端分别安装垂直于支架6设置的前皮带轮7和后皮带轮8。

所述皮带张紧驱动装置2包括驱动电机11、驱动辊12、张紧辊13、张紧辊调节装置14、过渡辊15和装置外壳10，所述装置外壳10固定在整体机架1上，驱动电机11通过电机座安装在装置外壳10内部，所述驱动辊12、张紧辊13和过渡辊15均水平安装在装置外壳10内部，所述驱动辊12、张紧辊13和过渡辊15的轴心线相互平行，驱动电机11的输出轴通过同步带机构连接驱动辊12；传送皮带4依次绕过前皮带轮7、后皮带轮8、过渡辊15、驱动辊12和张紧辊13后构成封闭的皮带环，所述张紧辊13的一端设置有安装在装置外壳10上的张紧辊调节装置14，张紧辊调节装置14通过调节张紧辊13在水平方向直线运动调节皮带环的松紧度。

所述称重装置3安装在传送皮带4运输表面下方的整体机架1上，所述称重装置3包括前托辊16、后托辊17、称重托辊18、左称重模块和右称重模块，所述左称重模块和右称重模块分别固定在传送皮带4两侧的整体机架1上，称重托辊18的两端分别连接左称重模块和右称重模块的称重端；所述前托辊16、后托辊17和称重托辊18均平行于前皮带轮7设置，前托辊16和后托辊17的两端通过轴承安装在整体机架1上；所述传送皮带4内侧印制有第一色带23和第二色带24，所述第一色带23由连续均匀且黑白相近的色块组成，第一色带23沿着传送皮带4的内侧边缘均匀布置且布置在整个传送皮带4上，所述第二色带24仅有一个，第二色带24印制在第一色带23的一侧，所述整体机架1上还安装有原点检测传感器21和位置检测传感器22，所述位置检测传感器22正对传送皮带4内侧印制的第一色带23，所述传送皮带4运动时第二色带24经过原点检测传感器21正对的位置。

所述后皮带轮8上装有皮带偏调机构9，皮带偏调机构9连接后皮带轮8并调节前皮带轮7和后皮带轮8的平行度，保证传送皮带运转时不会发生偏移。

所述左称重模块和右称重模块的结构完全相同，所述左称重模块包括称重外壳19、力传感器和调节螺栓20，所述力传感器设置在称重外壳19内部，称重外壳19上设置有与称重托辊18的两端相配合的竖槽，力传感器的检测端位置高于竖槽的底端，称重托辊18的端部伸入称重外壳19后支撑在力传感器的检测，称重外壳19底部设置有调节螺栓20，调节螺栓20的上端抵在力传感器底部，通过旋转调节螺栓20调节称重托辊18的端部在竖槽内上下运动。通过旋转该装置下端的调节螺栓20，改变力传感器的预紧力，让力传感器避开非线性区，尽可能工作在线性区。

所述第一色带23为间隔的黑色色块和白色色块，且黑色色块和白色色块的尺寸均为1cm×1cm，整条传送皮带4上黑色色块和白色色块各有50个。所述第二色带24与第一色带23相邻设置，第二色带24的大小为2cm×1cm的黑色色块。

所述原点检测传感器21和位置检测传感器22均为色差传感器。在工作时原点检测传感器21和位置检测传感器22根据检测到的黑色色块和白色色块输出脉冲信号，从而确定传动皮带4的原点位置和相对移动位置。

如图8所示，图8的横坐标为采样序列点，纵坐标为实时流量，本发明的检测原理为当皮带负载运转(有茶叶)时，通过称重装置可以获取检测装置总的实时流量G，但此时的总流量包括两部分，一部分是误差流量e，一部分是茶叶的流量f，G的计算公式为G

基于一种茶叶加工过程中实时流量检测的装置的一种茶叶加工过程中实时流量检测方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在传送皮带4上设置原点信号和位置信号，其中，原点信号由原点检测传感器21提供，位置信号由位置检测传感器22提供；将传送皮带4内侧设置的第一色带23分出一百段，位置检测传感器22检测到每段第一色带23的色块时均为产生一个位置信号，共计产生100个位置信号，即获取100个采样序列点；假设传送皮带4长度为200cm，则每2cm产生一个位置信号。

步骤二：传送皮带4上空载，通过皮带张紧驱动装置2驱动传送皮带4工作，利用称重装置3对空载时的传送皮带4进行检测，在每个采样序列点进行采样，获取100个采样序列点的空载实时流量e

步骤三：皮带张紧驱动装置2继续驱动传送皮带4工作，同时在传送皮带4装上茶叶，即传送皮带4开始负载运转，利用称重装置3对负载时的传送皮带4进行检测，在每个采样序列点进行采样，获取100个采样序列点负载时的流量G

步骤四：传送皮带4在负载时通过称重装置3可以获取实时流量G，但总实时流量包括误差流量e和茶叶流量f，由此可得传送皮带4在负载时总流量计算公式为

G

即可计算出传送皮带4在负载时茶叶的实时流量f

所述步骤二中传送皮带4空载时的空载实时流量e

表1

原点检测传感器21用于检测传送带的原点，提供周期清零信号，实现传送皮带4没权的重复计数和计量。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。