一种色度反馈测温装置及测温方法

技术领域

本发明属于加热装置领域，特别涉及一种色度反馈测温装置及测温方法。

背景技术

目前加热卷烟控温方法通过采集发热元件反馈回来的电阻值，根据发热元件反馈的电阻值依据平均TCR值(电阻温度系数)计算出发热元件的温度，通过调节PWM控制器的占空比以达到控温的目的，但是每一批发热元件因为浆料中各成分占比不同，造成发热元件的初始阻值和平均TCR值也不同，使得用该控温方法很难保证同一批发热元件性能具有良好的一致性，需要后期花费大量的人工成本和时间成本进行温度校准。

发明内容

为解决上述技术问题，提出本发明。

本发明第一方面提供了一种色度反馈测温装置，所述色度反馈测温装置包括：发热元件1、色度采集模块3、比较处理模块4、PWM调压模块7、电路控制模块6和电源模块5；

其中，所述发热元件1用于对加热卷烟2进行加热；

所述色度采集模块3用于实时监测所述加热卷烟2的色度值，并向所述比较器模块4输出信号；

所述比较器模块4用于接收所述色度采集模块3的输出信号，对所述色度采集模块3实时检测的色度值进行处理和比对，并向所述电路控制模块6输出信号；

所述电路控制模块6可以接收或不接收所述比较处理模块4输出的信号，并向所述PWM调压模块7输出信号；

所述PWM调压模块7用于接收所述电路控制模块6的输出信号，并输出不同占空比的PWM波来对所述发热元件1实现温度控制；

所述电源模块5用于给所述发热元件1、所述色度采集模块3、所述比较处理模块4、所述电路控制模块6和所述PWM调压模块7供电。

使用色度反馈控温方法时，所述电路控制模块6接收所述比较处理模块4输出的信号，并向所述PWM调压模块7输出信号。

当使用电阻值控温方法时，所述电路控制模块6不接收所述比较处理模块4输出的信号，所述电路控制模块6直接向所述PWM调压模块7输出信号。

使用色度反馈控温方法还是电阻值控温方法，由所述色度反馈测温装置根据所述发热元件1的加热时长确定。例如，所述色度反馈测温装置内设置控制板或者所述电路控制模块6内设置有控制板，控制板检测所述发热元件1的加热时长，并控制所述电路控制模块6采用色度反馈控温方法或者电阻值控温方法。

例如，如果所述色度反馈测温装置设定的所述发热元件1的总加热时长为230秒，在控制板检测所述发热元件1的加热时长为0～20秒时，控制所述电路控制模块6采用电阻值控温方法；控制板检测所述发热元件1的加热时长为20秒～230秒时，控制所述电路控制模块6采用色度反馈控温方法。

优选地，所述比较处理模块4还具有数据处理功能，其内储存有色度曲线，所述比较处理模块4能从所述色度采集模块3的数据中进行数据筛选，并与其储存的色度曲线进行比对，并输出信号。

优选地，所述比较处理模块4还应具有数据写入功能，用于储存和写入相匹配的色度曲线。

优选地，所述色度采集模块3为环形色度采集模块或使用多个采集模块，保证采集区域面积大于烟支被采集区域总面积的90％，用于实时监测所述加热卷烟2底端向上一定高度内外表面的色度值。

上述色度反馈测温装置设置在加热装置内，所述色度采集模块3为围绕加热装置的烟支容纳腔的环形色度采集模块或使用多个色度采集模块，保证采集面积大于烟支被采集区域总面积的90％，在烟支容纳腔内的烟支加热时，即可实时监测所述加热卷烟2底端向上一定高度内外表面的色度值。

本发明第二方面提供一种色度反馈测温方法，其使用本发明第一方面所述的测温装置进行，所述色度反馈测温方法包括以下步骤：

1、先收集所述加热卷烟2不同烘烤时刻的色度值；

2、将不同时刻对应的所述加热卷烟2的色度进行处理，然后根据处理后的数据得出不同时刻所述加热卷烟2充分烘烤的预设色度曲线，将所述预设色度曲线写入所述比较器模块4；

3、启动所述电源模块5，所述发热元件1对加热卷烟2进行加热，然后使用如下的色度反馈控温方法进行温度控制：

所述色度采集模块3实时监测所述加热卷烟2的色度值，并向所述比较器模块4输出实时采集色度值；

所述比较器模块4接收所述色度采集模块3输出的实时采集色度值，并与其储存的所述预设色度曲线进行比对，并向所述电路控制模块6输出信号；

所述电路控制模块6接收所述比较处理模块4输出的信号，并向所述PWM调压模块7输出信号；所述PWM调压模块7用于接收所述电路控制模块6的输出信号，并输出不同占空比的PWM波来对所述发热元件1实现温度控制，具体方法为：

若当前所述色度采集模块3的采集色度值低于步骤2的所述预设色度曲线上的该时刻色度值，则所述PWM调压模块7增加PWM的占空比；若当前所述色度采集模块3采集色度值高于步骤2的所述预设色度曲线上的色度值，则所述PWM调压模块7减少PWM的占空比。

优选地，步骤2中所述预设色度曲线获取方法如下：

将加热卷烟标样在烘烤过程中表面全局色度采样区域的色度信息处理为色度矩阵，同时，在Lab颜色模型中，将色度矩阵处理为b值色度矩阵，然后对b色度矩阵求所有元素之和来反映色度变化的整体趋势，得出所述预设色度曲线，所述预设色度曲线横轴为烘烤时间，所述预设色度曲线纵轴为全局色度采样区域b值矩阵所有元素之和；

所述全局色度采样区域为所述加热卷烟2底端向上一定高度内外表面区域。

优选地，防止电池电量不同对色度的影响，测量需要在加热装置电量指示灯为满电状态下进行。

优选地，所述加热卷烟标样的选择方法如下：

为防止加热卷烟初始色度不同带来的影响，测试前，将若干支加热卷烟表面的局部色度采样区域进行检测，并计算所述局部色度采样区域b值矩阵所有元素之和的平均值，然后剔除所述局部色度采样区域b值矩阵所有元素之和小于或大于b值矩阵所有元素和平均值的加热卷烟，剩余的加热卷烟中的任一个都可以作为所述加热卷烟标样；

所述局部色度采样区域面积为所述全局色度采样区域面积的五十分之一到十分之一，且局部色度采样区域面积与全局色度采样区域高度相等。

优选地，所述全局色度采样区域的高度等于或者大于15.00mm。

优选地，步骤3中，所述发热元件1对加热卷烟2进行加热时，所述电路控制模块6驱动所述PWM调压模块7先进行预热阶段加热过程，一段时间以后再进行恒温工作过程，当进行所述恒温工作过程时，再使用步骤3所述的色度反馈控温方法进行温度控制；

或者在所述预热阶段和恒温工作过程都使用步骤3所述的色度反馈控温方法进行温度控制。

本发明提供的技术方案中的预设色度曲线获取方法如下：加热卷烟在烘烤过程中色度值呈整体增大的趋势，局部色度值最大区域具有随机性，可能出现在烟支上不同位置，所以将表面全采样的色度信息处理为色度矩阵，同时，在Lab颜色模型中b值主要用于反映黄色系的深浅，所以将色度矩阵处理为b值色度矩阵，然后对b色度矩阵求所有元素之和来反映色度变化的整体趋势。

进一步地，烟支全局色度采样区域高度不局限于15.00mm，因为烟支烘烤变黄具有局部随机性和整体性。所以采样区域应为烟支一定高度下的整个外表面。

进一步地，所述发热元件1的样式可为且不限于片式、棒式、针式。

上述技术方案在不矛盾的前提下，可自由组合。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明首次在加热装置测温领域提出了一种通过引入色度反馈测温的方法，通过卷烟纸表面受热后的色度变化来反馈加热温度，使得每一批发热元件都能在初始电阻值和电阻温度系数不同的情况下，还能具有加热温度良好的一致性，以保证加热卷烟烘烤充分。

2、使用本发明提供的方法进行温度校准可以有效的减少人工成本提高生产效率，避免根据发热元件反馈的电阻值计算发热元件温度的不精确性。

3、本发明的色度反馈测温方法中，选择b值色度矩阵所有元素之和，可以反映出整个烟支的总体烘烤情况，避免因采样区域为烘烤变化不明显的区域，而对整体色度控温方法带来的影响，本发明采用对加热卷烟自烟丝下端至上15.00mm整个表面的90％以上进行采样，以消除烟支烘烤时的局部随机性。

附图说明

图1为本发明实施例中一种色度反馈测温方法的预设色度曲线；

图2为本发明实施例中的一种色度反馈测温装置的模块连接关系示意图。

图3为本发明实施例中的一种色度反馈测温方法的控制流程图。

附图标记列表：

1-发热元件；3-色度采集模块；4-比较处理模块；5-电源模块；6-电路控制控制；7-PWM调压模块。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步说明本发明的内容。

实施例1

本实施例1提供一种色度反馈测温方法中预设曲线获得的具体方法。

采用的MC G 1.0加热装置工作时间为230秒，其中包含20秒的预热时间。采用的MC加热卷烟规格为12.00mm*45.00mm，全局色度采样区域为烟支烟丝端底端自下向上15.00mm的外表面区域，该区域面积为15.00mm*23.00mm，采集区域像素为170*70。

色度采样和处理方法可以使用本发明的色度采集模块3进行。该色度测量模块3可以为色度仪或图像采集设备，其内设置的硬件和软件为本领域技术人员已知的用于色度采样和处理硬件和软件，本发明色度测量模块以图像采集设备为例。

本发明中预设色度曲线的获取主要以Lab色度空间值中的b值为主要参数进行测试，b值主要反映黄色和蓝色的深浅，b值为正时，反映黄色，数值越大越黄；b值为负时，反映蓝色，数值越小越蓝。

以下为本发明中预设色度曲线获取具体实施方法：

1、每组实验选取12支MC加热卷烟进行局部色度取样，局部色度采样区域尺寸为：15.00mm*0.50mm，局部采样像素大小为36*70，将12支新的MC加热卷烟局部采样处理得到局部采样b值的局部采样矩阵，并求得该矩阵的所有元素之和，然后把12支新的MC加热卷烟获得的b值局部采样矩阵所有元素之和求平均值，最后剔除在b值局部采样矩阵所有元素之和在平均值±100以外的烟支，该局部采样b值矩阵所有元素之和的平均值为32962。

2、保留一支没被剔除的MC加热卷烟，并对该烟支进行全局采样，获取预设烟支色度的b值色度矩阵，并求出烟支b值色度矩阵所有元素之和作为预设色度曲线的初始值，将剩下至少6支加热卷烟在加热装置指示灯显示为满电状态下分别测量烘烤前20秒预热时间、70秒、120秒、170秒、220秒和230秒烘烤结束的烟支色度变化进行采样，获得b值色度矩阵所有元素之和，将多组实验不同时刻的b值色度矩阵所有元素之和求平均值，再将平均值加减3000的偏差作为色度曲线允许的范围。

3、本发明采用的预设色度曲线范围为：

初始烟支的b值矩阵所有元素之和为148627～154627、20秒预热完成的b值矩阵所有元素之和为171575～177575、加热70秒的b值矩阵所有元素之和为179061～185061、加热120秒的b值矩阵所有元素之和为203784～209784、加热170秒的b值矩阵所有元素之和为222681～228681、加热220秒的b值矩阵所有元素之和为234130～240130、抽吸结束的b值矩阵所有元素之和为245579～251579，以上述上限值、平均值、下限值分别绘制曲线，如图1所示。图1所示为本发明中一种色度反馈测温方法采用的预设色度曲线，实线为实验中色度曲线的平均值，点画线为色度曲线的上限值，虚线为色度曲线的下限值。

加热卷烟在整个烘烤过程中会因加热持续变黄，曲线中A至B段为烟支在预热阶段的发热元件全压输出的色度曲线变化曲线，B至C为从预热阶段到恒温70秒的色度曲线，C至D为恒温阶段中持续对烟支烘烤的色度曲线。

由图1曲线变化的趋势可以看出，色度曲线可以反映温度的变化：

在A至B段预热阶段升温迅速，烟支的色度变化趋势也比较大，此时色度曲线的整体斜率最大；

B至C段为预热阶段结束后恒温的50秒内色度曲线的变化趋势，从发热阶段到恒温阶段有一个发热元件升温速率减缓相当于降温的过程存在，烟支色度曲线的变化趋势的整体斜率也有所下降，因为加热卷烟变黄为一个不可逆过程，所以不会出现整体色度值下降的情况；

C至D段为恒温阶段120秒至230秒持续对烟支进行烘烤的色度曲线；

D点为烟支充分烘烤时的b值矩阵所有元素之和的值。

实施例2

本实施例2提供一种色度反馈测温装置的实施方案，所述色度反馈测温装置设置在加热装置中，包括以下几个模块：发热元件1、色度测量模块3、比较处理模块4、PWM调压模块7、电路控制模块6、电源模块5。

所述色度测量模块3为围绕加热装置的烟支容纳腔的环形色度采集模块或使用多个采集模块，保证采集面积大于烟支被采集区域总面积的90％，，在烟支容纳腔内的烟支加热时，即可实时监测所述加热卷烟2底端向上一定高度内外表面的色度值。

如图2所示，所述色度测量模块3用于检测加热卷烟在整个加热过程中的色度变化情况，本装置由5个模块组成，其中加热元件1、色度测量模块3、比较处理模块4、电路控制模块6和PWM调压模块7共同构成一个闭环回路，由电源模块5给电路控制模块6、PWM调压模块7、加热元件1、色度测量模块3和比较处理模块4供能。

本发明的一种色度反馈测温方法包括以下几个步骤：

1、先收集加热卷烟不同烘烤时刻的色度值；

2、将不同时刻对应的加热卷烟的色度进行处理，然后根据处理后的数据得出不同时刻加热卷烟充分烘烤的预设色度曲线；

3、加热卷烟烘烤时，用色度采集模块将加热卷烟的色度作为反馈信号，与对应时刻的预设色度曲线作对比；

4、若实时采集色度值低于色度曲线的该时刻色度值，则增加PWM的占空比；若当前色度值高于色度曲线的色度值，则减少PWM的占空比。

下面举例说明上述具体操作步骤，如图3所示为上述一种色度反馈测温方法的具体流程图：

首先，将实施例1预设好的色度曲线存入比较处理模块4作为控制器的规则库。启动加热元件1开始对加热卷烟加热，系统首先判断当前时刻的时间值，加热装置单次工作时长为230秒，时间等于230秒时停止工作；

当时间为0～230秒之间时，再进一步判断时间；

如果时间在0～20秒之间则为预热阶段，由电路控制模块6驱动PWM调压模块7用全压输出模式；

时间在20秒时转为恒温工作过程，由电路控制模块6驱动PWM调压模块7输出占空比为70％的电压；若时间在20～230秒之间则引入色度反馈控温方法作为当前控温方式，此时由色度测量模块3对加热卷烟的色度进行采集，并由比较处理模块4将采集色度信息处理为b值色度矩阵所有元素之和，当处理信息超出色度曲线该时刻的允许范围时，PWM调压模块7输出减少占空比，反之，则PWM调压模块7输出增大占空比，当处理信息属于色度曲线该时刻的允许范围时占空比保持不变，之后由电路控制模块6驱动PWM调压模块7将能量输送给发热元件1，再次根据加热卷烟的色度反馈来进行控温，往复循环直至230秒加热卷烟烘烤结束。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。