Устройство для определения товарной сортности табачного сырья

,ЯО 1 И 33/ОО САНИЕ ИЗОБРЕТЕН У СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРС лФ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(7 1) Краснодарский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯТОВАРНОЙ СОРТНОСТИ ТАБАЧНОГО СЫРЬЯ(57) Изобретение относится к измерительно-информационной технике,а именно к устройствам неразрушающего многопараметрического контроля,и направлено на повышение точностиопределения товарной сортности табачного сырья, На предварительной 1обучающей выборке с помощью блоков,входящих в генератор управляемогонапряжения, устройство осуществляетцикл обучения путем выдачи и установления многофункциональных перепрограммируемых зондирующих воздействийна 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 Э узел ориентации установки первичных измерительных преобразователей по геометрии табачного листа. По завершении ориентации программный блок и блок формирования приоритета переключают устройство на измерение соответствующих показателей табачного сырья. Поступающая информация через мультиплексор многомерной измерительной информации передается посредством интерфейса ввода-вывода в микроЭВМ,2 ил. ООИзобретение относится к измерительно-информационной технике, а именно к способам и устройствам определения сортности табачного сырья: по остаткам темной зелени на табачных листьях,Цель изобретения - повышение точности определения товарной ссртноститабачного сырья,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для определениятоварной сортности табачного сырья;на Фиг. 2 - конструкция узла первичных измерительных преобразователей всовокупности с узлом ориентации установки первичных измерительных преобразователей.Устройство содержит геператор управляемого напряжения, состоящий из20мультплексора 1 исходных данных, постоянного запоминающего устройства 2,перепрограммируемого запоминающегоустройства 3, контроллера 4 Формирования зондирующих сигналов, цифроана.логового преобразователя 5, усилительного устройства б с обратной связью по току, при этом генератор управляемого напряжения соединен с узлом 7 ориентации первичных измерительных преобразователей, содержащимЗОвосемь измерительных преобразователей, выходы которых соединены с соответствующими входами аналогового коммутатора 8 с аналого-цифровым преобразователем, при этом выходы пос- З 5леднего соединены с соответствующимивходами узла предварительной оценкиконтролируемых параметров, состоящего из мультиплексора 9 многомернойизмерительной информации, койтроллера 4 О10 вычисления предварительных оценок,блока 11 Аормирования приоритета, аузел предварительной оценки контролируемых параметров соединен с программным устройством 12,причем последнеесвязано с узлом ориентации установкипервичных измерительных преобразователей,состоящим из блока 13 управления микродвигателями, блока 14 микродвигателей, исполнительного меха Онизма 15 сервопривода, причем паслецний функционально соединен с узлом 7ориентации первичных измерительныхпреобразователей, который функционально связан с интерфейсом 1 б ввода - 55вывода информации, последний соединенс микроЭВИ 17, а последняя связана .функционально с узлом 18 первичного 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 пара,метров зондирующего тока в . Формы и амплитуды, на дискретных, частотах анализа в,диапазоне частот 0,5-200 кГц. Цикл обучения осуществляют на представительной обучающей выборке образцов контролируемого сырья одного сор. тотипа с различным содержанием следов темной зелени. При этом используют при определении оптимальных па- раметров 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 сло ев, которое квадратично зависит от уровня зондирующего тока. При уровне сигнала, равном 24 В, изменение влагосодержания табачного листа составляет единицы процентов за несколько циклов измерения. 1(роме того, согласно технике безопасности, верхний уровень (24 В) ограничен условиями работы во влажных помещениях, Нижний предел (2 В) 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. Сначалавводят третью гармонику и, изменяя поочередно амплитуду и фазу данной составляющей путем анализа откликов первичных измерительных преобразователей (по совокупности коэффициен тов 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 седьмую и девятую гармоники и устанавли вают вид зондирующего тока, имеющего максимальную чувствительность к следам темной зелени. Во втором цикле ,аддитивной процедуры осуществляют определение закономерностей изменения 20 амплитуды зондирования от уровня темной зелени (процентного содержа Фния) и условия минимальной погреш-. кости измерения процентного содержания ее по критерию минимальной дисперсии погрешности измерения ее, т.е. определяют параметры коррекции амплитуды зондирования от вклада следов темной зелени.Устройство реализует первые два 30 цикла обучения следующим образом.Первоначально в нем осуществляют отстройку от влияния центральной жилы на процесс измерения. Объект 19 контроля (табачный лист) после раз глаживающего устройства но транспортеру 20 поступает в зону действия уз ла ориентации установки первичных измерительных преобразователей, при этом. блок 13 управления микродвига телями посредством своих Фоторегистраторов по совокупности сигналов последних Формирует сигналы управления, воздействующие на блок 14 микродвигателей, которые обеспечивают пере. - 45 мещение указанного узла по вертикали до момента, обеспечивающего контакт соответствующих первичных измерительных преобразователей с объектом контроля, В дальнейшем вторая группа. ис полнительных микродвигателей (блока 14 микродвигателей) в совокупности с исполнительным механизмом 15 сервопривода (Фиг. 2) этого узла, а также узла предварительной оценки конт .ролируемых параметров обеспечивает автоматическую отстройку положения первичных измерительных преобразова телей относительно центральной жилы согласно геометрии листа. Ориентация положения первичных измерительных преобразователей осуществляется на основе принципа анализа сигнала откли. ка с контролируемого объекта. Это связано с тем, что комплексное сопротивление центральной (главной) жилы 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 реализует процедуру распознавания образа (табачного листа) для определения мес. та расположения того или иного первичного измерительного преобразователя, входящего в узел 7 ориентации первичных измерительных преобразователей, относительно центральной (главной) жилы. Автоматическая подстройка положения последних осуще-ствляется с разнесением во времени " соответствующими группами блока 14 , микродвигателей и исполнительного ме- ханизма 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 преобразователей (узел 7 ориентации первичных измерительных преобразователей). По завершению 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 зон1275287образуют в предлагаемом устройствев аналоговую форму с помощью цифроаналогового преобразователя 5. Приэтом исходные дискретные значениясигналов зондирования в виде дискретных отсчетов хранятся в перепрограммируемом запоминающем устройстве 3,причем в последнем хранятся в видедискретных выборок зондирующие сигналы не только па признаку амплитуды, на и различные по форме (от синусоидальнай исходной формы воздействующего сигнала да воздействия вформе треугольного сигнала), причемколичество дискретов по Форме сигналов составляет И = 8-10 разновидностей и М =: 6-8 разновидностей по амплитудному признаку, т,е. "поле" оперативного изменения признаков зондирующего воздействия составляет соответственно И = П Ит, что весьма приемлемо с точки зрения затрат на аппаратурнукт реализацию. Таким образом,в данном устройстве перепрограммируемое запоминающее устройство 3 всовокупности с контроллером 4 формирования зондирующих сигналов, синхронизируемых управляющей микроЗВМ17, а также с помощью цифроаналогового преобразователя 5, усилительногоустройства 6, мультиплексора 1 исходных данных, т,е. с помощью блоков,входящих в генератор управляемогонапряжения, обеспечивают многофункциональное перепрограммируемое зондирующее воздействие на дискретныхчастотах анализа на объект диагностики, синхронизируемый микроЭВМ 17через интерфейс 16 ввода-вывода. Таким образом, в цикле обучения устанавливаются для каждого сортотипапа соответствующих частотах анализаоптимальные по уровню и форме сигналы зондирования. Определив оптимальную Форму зондирующих сигналов на одной из частот анализа, переходят напоиск оптимальной амплитуды и Йормысигналов зондирования на последующейчастоте анализа, при этом переклточение режима работы генератора управляемого напряжения осуществляется,блоком 11 формирования приоритета имикроЗВМ 17 через интерфейс 16 вводавывода инйормации. Информация о частотах анализа хре.нится в постоянномзапоминающем устройстве 2. дирования на соответствующих частотах анализа для каждого сортатитта и заключается в следующем. Периодически подаются сигналы для анализа образца данного сортотипа без признаков темной зелени и образцов с 1007-нттм содержанием остатков темной зелени или близкие к ним, проводится первоначальная коррекция положения первичных измерительных преобразователетт 1 О относительно центральной жилы па указанному способу отстрайки, а затем осуществляется регистрация амплитуды откликов первичных измеритель. ных преобразователей (узла 7 ориен тации первичных измерительных преобразователей), с выхода которых сигнальт, несущие инйормацтпо, паступа 1 от па соответствующие входы аналогового коммутатора 8 с аналого-цифровым 20 преобразователем. С выхода последнего измерительная информация поступает в узел предварительной оценки конт" ролируемых параметров, где тта совокупности дискретных выборок (М64) 25на полупериаде вычисляется среднеетт значение сигнала отклика Л . Е Л3 (Л - дискретная выборка) и определяется максимальное значение сигнала 30 (по экстремальному значенито дискретной А выборки из совокупности 1 А 1используя при этом для реализации . процедуры разности первого и второго рода. (оА и ЬЛ), При этом в указанномз 5 блоке оценивается в дальнейшем отнотттение амплитудного зцачения сигналов (откликов первичных измерительных преобразователей) эталонных образцов со следами темной зелени к откликам 40 образцов без остатков темной зелени и по максимальному отклонению отнотттеттия от единицы первоначально оценивпот дискретное значение амттттитуды зондирующего сигнала.Формирование ст гнала заттдттрующега воздействия на объект контроля обеспечивает генератор управляемого напряжения, который выдает исходное воздействие первоначально в цифровой 50 форме Посредствам использования контроллера и формирования зондирующего сигнала, перепрограммируемого запоминающего устройства 3, постоянно запомттнатощега устройства 2, ттульти плексора. 1 исходных данных, а в дальнетштем зондирующее воздействие, представленное в дискретной форме, преИзмерение совокупности показателей, характеризующих товарну 1 о сорт 1275287ность табачного сырья и его курительные достоинства, осуществляется путем измерения соответствующих параметров на соответствующих частотах информативных анализа, поступающих с соответствующих первичных измерительных преобразователей 18, расположенных согласно геометрии табачного листа с последующим коэффициентным взвешиванием и алгебраическим суммированием последних согласно априорных данных, получаемых в цикле обучения.При этом дополнительно с помощью микроЭВМ 17 в совокупности с интер фейсом 16 ввода - вывода информации и мультиплексора 1 исходных данных осуществляют автоматическую коррекцию уровня зондирующего воздействия,обусловленного изменением сортотипа контролируемого табачного сырья, путем воздействиямикроЭВМ 17 на генератор управляемого напряжения согласно информации, поступающей с узла 7 ориентации первичных измерительных 25 преобразователей, с использованием при этом процедуры распознавания образов, а в дальнейшем - микроЭВМ 17. В зависимости от принадлежности исследуемого объекта 19 контроля к оп- З 0 ределенному классу (сортотипу) табачного сырья формируют соответствующие весовые множители,10 Для повышения точности измерения осуществляют двухзвенный процесс из мерения. При этом первоначально устанавливают заданный уровень амплитуды зондирования на каждой частоте анализа и определяют первичные оценки ,измерения хлорофилла и его производ ных. Согласно последним в режиме измерения осуществляют коррекцию амплитуды зондирования по установленным во втором цикле обучения закономерностям изменения амплитуды зонди рования из условия максимальной точности измерения параметров, характеризующих товарную сортность табачного сырья. В дальнейшем осуществляют новторный анализ откликов первичных 1 50 измерительных преобразователей, используя те же тракты, что и в первомцикле измерения, и устанавливаютуточненные значения оценок контролируемых параметров, При этом для,повышейия точности измерения гараметров 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 процессе 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 многофункциональнымустройством, которое формирует перепрограммируемые воздействия на объект контроля, устанавливающие оптимальные параметры зондирования в цикле обучения путем анализа отклика эталонных образцов анализируемых сортотипов табачного сырья (каящого образца в отдельности), и осуществляет в цикле измерения определение параметров, характеризующих курительные. свойства табачного сырья (содержание 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 Х-ный неразрушающий многопараметровый экспресс-контроль совокупности показателей, характеризующих товарную сортность табачного сырья и его курительные достоинства, путем их количественного измерения с последующим анализом полученной информации; повышает точность контроля(погрешность измерения 1,5-23); и уменьшает время обработки одного образца в 7-8 раз, осуществляет автоматическую коррекцию положения .Егервичных измерительных преобразователей относительно центральной жилы табачного листа с исключением влияния краевых эффектов на результаты измерения; может быть использовано в системах АСУ ТП для автоматической 10 коррекции технологического процесса обработки табачного сырья и оптимизации параметров,формула изобретения Устройство для определения товарной сортности табачного сырья, содержащее генератор управляемого напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я; 2 О тем, что, с целью повьпиения точности, оно снабжено последовательно соединенными узлом первичных измерительных преобразователей, аналоговым коммутатором с цифроаналоговым преобразова телем, мультиплексором многомерной измерительной информации, коитролл - ром вычисления предварительных оценок, блоком формирования приоритета,блоком управления: Еигсродвнгатегге 11,ОлОКОМ МИКрогв 1 ггателеи 11 сгголн 11 Т 1 Ньпье 11 механизг:.о серноприезода, узломОриентац 1 П 1 Гсер 1311 чнь 111 из 1"1 еритее 1 ьныхпреобразо 11 атееге."е, а также програм 11 ируемым блокоел, ГИЕтергжйсо 11 вводавывода и 1:Еикро,1 Л, и 111 э тог ГЕр с ГЕ:га 11 мируемый блсг к связ н 11 с блоком;прав -ЛЕЕП 1 Я МИКРОДБР га ИЕРЯ и Мг 1 ЬТЕЕГЕЛЕКСОРОМ МЕЕОГО:1 Е-ГНОЙ гЕЗМЕРЕгТЕЛЕ,ггОй ИН формации, ,а ге 11 ерееор управляемогоПаПРЯЕСЕНИЕг С,ОЕОИТ ИЗ ПОСЛЕДОВаТЕЛЬ -нс установленных мультиплексора исходных даннь.х:Еере 11 трограпгируемого постоянного зеЕпоми 1 аяггего блока, КОНтРОЛЛЕРа фгГРМИРС ВаНЕИ ЗОЕЕДИРУЮ- щих сигналов, цифроа 1 гапогового преобразователя, усилителя с обратной связью по току, при:Еем входы интерфейса ввода - вывода соединен с муль- тИПЛЕКСОРОМ Е"ЕИОЕ ОМЕРтгОй ИЗГЕЕРИТЕЛЬ- ной информагеиега 1 гггвог 1 ы - с 1 еикр 033311. МУЛЬТЕГПгЕЕКССГЕРОЬЕ ИС,ХОД 11 ЬЕХ ДаНПЫ 11блоком георггированься прпорггтета, ПРИ ЭТОМ ЕЕОСЛЕДНИЕГ тагг-;СЕ СО- г Диг 1 Е 11 С: М)г.л "Исг 1 ГЕЕССОРО 11 С соггЗа изводственно-пол з 6553/33 Тир ВНИИНИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Жаж 778 Подписно нного комитета СССР тений,и открытий 35, Раушская наб д. 4/5 фическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная