專利名稱：一種在線無(wú)損檢測(cè)紙張性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于建立紙張各種性能預(yù)測(cè)模型，并利用該模型測(cè)定紙張性能的方法。
背景技術(shù)：
隨著紙及紙板消費(fèi)的要求的提高，對(duì)造紙工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高的要求。要求 紙張性能有很好的一致性?，F(xiàn)在由于市場(chǎng)木片短缺，制漿廠不得不選擇不同的木片來(lái)制漿， 這使得紙漿的質(zhì)量不穩(wěn)地，最終導(dǎo)致成品紙張質(zhì)量不穩(wěn)地。如果能快速測(cè)定成品紙張的各 項(xiàng)性能，并反饋到抄紙工藝，可以極大的穩(wěn)定紙張性能，提高紙張質(zhì)量。目前對(duì)紙張各種性 能的檢測(cè)，都需要取一定量的紙張，送到質(zhì)檢部門用相應(yīng)的儀器測(cè)定其性能，這需要花費(fèi)較 長(zhǎng)的時(shí)間，并且是破壞性測(cè)量，不能在線動(dòng)態(tài)連續(xù)檢測(cè)，無(wú)法快速反映紙張質(zhì)量，無(wú)法及時(shí) 反饋質(zhì)量問(wèn)題，存在分析結(jié)果滯后的缺陷。這些不利于紙張的快速質(zhì)量分析，提高生產(chǎn)效 率，不適合現(xiàn)代化生產(chǎn)發(fā)展的需要。因此，當(dāng)前迫切需要研究一種快速、高效、準(zhǔn)確的新的分 析檢測(cè)方法。近紅外光(Near Infrared, NIR)是介于可見光(VIS)和中紅外光(MIR)之間的電 磁波，ASTM定義的近紅外光譜區(qū)的波長(zhǎng)范圍為780 2526nm(12820 3959cm_l)，習(xí)慣上 又將近紅外區(qū)劃分為近紅外短波(780 IlOOnm)和近紅外長(zhǎng)波(1100 2526nm)兩個(gè)區(qū) 域。近紅外光譜分析是將近紅外譜區(qū)(800-2500nm)的光譜測(cè)量技術(shù)、化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)、計(jì) 算機(jī)技術(shù)與基礎(chǔ)測(cè)試技術(shù)交叉結(jié)合的現(xiàn)代分析技術(shù)，主要用于復(fù)雜樣品的直接快速分析。 近紅外分析復(fù)雜樣品時(shí)，通常首先需要將樣品的近紅外光譜與樣品的結(jié)構(gòu)、組成或性質(zhì)等 測(cè)量參數(shù)(用標(biāo)準(zhǔn)或認(rèn)可的參比方法測(cè)得的)，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)技術(shù)加以關(guān)聯(lián)，建立待測(cè)量 的校正模型；然后通過(guò)對(duì)未知樣品光譜的測(cè)定并應(yīng)用已經(jīng)建立的校正模型，來(lái)快速預(yù)測(cè)樣 品待測(cè)量。近年來(lái)，近紅外技術(shù)應(yīng)用于造紙工業(yè)主要是在原料的化學(xué)組成測(cè)定方面以及測(cè) 定漿料卡伯值等。從中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索表明，只有利用紅外或近紅外技術(shù)測(cè)定 紙張的水分和定量(CN 100501374C)，沒(méi)有利用近紅外在線測(cè)量紙張白度、抗張強(qiáng)度、撕裂 強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度、耐折度、平滑度、施膠度、透明度等專利。另外，國(guó)外有報(bào)道通過(guò)測(cè)定機(jī)械漿 生產(chǎn)線上漿料的近紅外譜圖，來(lái)預(yù)測(cè)紙漿的游離度、漿濃、撕裂指數(shù)、抗張指數(shù)和光散射性 能。而沒(méi)有關(guān)于通過(guò)紙張的近紅外光譜圖來(lái)預(yù)測(cè)紙張的各項(xiàng)指標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種基于近紅外光譜技術(shù)的無(wú)損檢測(cè)紙張物理性能的方 法，采用近紅外光譜技術(shù)，與傳統(tǒng)的測(cè)試手段相比，具有快速、省時(shí)、省力和可以在線檢測(cè)等 優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案步驟如下a、在紙機(jī)上不定時(shí)取一定量 具有代表性的紙張樣品。b、采用近紅外光譜儀測(cè)量樣品在UOOOcn^lOOOcnT1的漫反射光 譜或投射光譜，儀器分辨率為2-128CHT1，掃描1-128次平均成為一個(gè)光譜數(shù)據(jù)。C、采用現(xiàn)在常規(guī)方法測(cè)定紙張樣品的各項(xiàng)指標(biāo)。d、對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和預(yù)處理，用現(xiàn)代多元回歸 算法建立光譜數(shù)據(jù)與制漿性能之間的近紅外光譜分析數(shù)學(xué)模型，并將其存入存儲(chǔ)器中。e、 將未知樣的紙張按步驟b的方法獲取其光譜數(shù)據(jù)，把未知樣品的光譜數(shù)據(jù)經(jīng)步驟d中的預(yù) 處理方法處理后，將光譜的特征送入校正模型，即可測(cè)定未知樣品的紙張性能。所述紙張性 能包括白度、抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度、耐折度、平滑度、施膠度、透明度等。附圖1所 示裝置為本發(fā)明建立模型的裝置。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.用近紅外方法在線測(cè)量紙張的定量，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線紙張物理性能的適時(shí)檢測(cè)。2.用一臺(tái)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了多種性能的測(cè)定，且整個(gè)過(guò)程時(shí)間短、速度快，提高了工作效 率，降低了設(shè)備成本。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明典型的測(cè)量纖維材料制漿得率和卡伯值方法的實(shí)例(1)樣品選擇；首先選擇具有代表性的不同品系和不同樹齡的相思樹16株， 沿樹高方向每隔1.5m取一圓盤，根據(jù)樹高不同每顆樹取4-6個(gè)圓盤。從將圓盤上取一 3cmX3cmX3cm的小木塊，要求小木塊表面光滑整潔，粗糙度一直。取一定量的刨花，磨成木 粉。其余的加工成2Omm(長(zhǎng))XlOmm(寬)X3mm(高)的木片。(2)掃描譜圖；將樣品在4000cm-l-12000cm-l譜區(qū)內(nèi)，掃描64次平均成為一個(gè)光 譜數(shù)據(jù)，分辨率8cm—1，采用旋轉(zhuǎn)臺(tái)以增加采樣面積，采集木粉、刨花和木塊的漫反射光譜。(3)制漿性能；將制好的木片進(jìn)行蒸煮試驗(yàn)，用國(guó)標(biāo)中的方法測(cè)定制漿得率和漿 料卡伯值。(4)光譜預(yù)處理；獲得樣本光譜后對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜預(yù)處理。(5)模型的建立；利用多元分析軟件中的偏最小二乘法，在上述(3)中測(cè)定的制漿 性能和上述(4)處理過(guò)的光譜數(shù)據(jù)間，建立制漿性能的模型。(6)預(yù)測(cè)制漿性能；首先掃描待測(cè)樣本獲取光譜圖，獲取它們的光譜圖時(shí)所采用 的測(cè)量方法，必須同獲取參考樣本時(shí)所采用的測(cè)量方法保持一致，比如采樣方法、分別率、 掃描時(shí)間等參數(shù)應(yīng)保持一致。把未知品種樣本的光譜特征參數(shù)送入校正模型即可測(cè)定未知 樣品的制漿性能。通過(guò)此方法建立的模型，能夠在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)植物原料的制漿得率和卡伯值，可 以為林木定向遺傳育種提供科學(xué)的指導(dǎo)，也可以根據(jù)預(yù)測(cè)的卡伯值來(lái)指導(dǎo)制漿廠根據(jù)不同 的原料來(lái)改變蒸煮條件。


圖1為本發(fā)明所建立模型近紅外檢測(cè)系統(tǒng)。圖2為利用本發(fā)明的模型測(cè)定紙張抗張指數(shù)的結(jié)果圖3為利用本發(fā)明的模型測(cè)定紙張白度的結(jié)果
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的典型實(shí)施例一測(cè)量紙張的抗張指數(shù)
(1)樣品選擇；首先選擇不同產(chǎn)地(如廣西、廣東、福建)、不同品系(如毛白楊、相 思木、桉木、歐美楊)、不同工藝條件(如不同蒸煮時(shí)間或溫度)、不同伐樹季節(jié)(如夏季、冬 季)的具有代表性原料生產(chǎn)的紙張。一般至少取50份，在實(shí)際中可以根據(jù)校正模型的適用 范圍，其數(shù)量可以不斷的增加。本實(shí)驗(yàn)共取樣73個(gè)。(2)掃描譜圖；將樣品在4000cm-l-12000cm-l譜區(qū)內(nèi)，在分辨率為ScnT1下，掃描 64次平均成為一個(gè)光譜數(shù)據(jù)。(3)紙張性能；在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定掃描完譜圖紙張的抗張指數(shù)。(4)光譜預(yù)處理；獲得樣本光譜后用消除常數(shù)偏移量對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行光譜預(yù)處理。(5)模型的建立；在 11995. 6cm"1-6098. IcnT1 和 5450. lcm1-4597. 7Cm1 譜區(qū)利用多 元分析軟件中的偏最小二乘法，在上述(3)中測(cè)定的抗張指數(shù)和上述(4)處理過(guò)的光譜數(shù) 據(jù)間，建立抗張指數(shù)的模型(6)預(yù)測(cè)抗張指數(shù)；首先掃描待測(cè)樣本獲取光譜圖，獲取它們的光譜圖時(shí)所采用 的測(cè)量方法，必須同獲取參考樣本時(shí)所采用的測(cè)量方法保持一致，比如采樣方法、分別率、 掃描時(shí)間等參數(shù)應(yīng)保持一致。把未知品種樣本的光譜特征參數(shù)送入校正模型即可測(cè)定未知 樣品的抗張指數(shù)。通過(guò)此方法建立的模型，能夠在短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)紙張的抗張指數(shù)，本發(fā)明的典型實(shí)施例二 測(cè)量紙張的白度在本實(shí)施例中，取掃描完譜圖的紙張用白度儀測(cè)定其白度，用一階導(dǎo)數(shù)+矢量歸 一化對(duì)譜圖進(jìn)行預(yù)處理，選擇 11995. 6cm-l-6098. Icm-I 和 5450. lcm-1-4246. 7cm_l 譜區(qū)。 其他方法與實(shí)施例一相同。
權(quán)利要求
一種利用近紅外光譜技術(shù)確定紙張物理性能的方法，其特征在于步驟是a.取紙機(jī)上不同時(shí)間生產(chǎn)的有代表性的紙張樣品；b.用近紅外光照射紙張，采集紙張的近紅外光譜數(shù)據(jù)；c.用常規(guī)法測(cè)定紙張的物理性能；d.采用不同方法對(duì)譜圖預(yù)處理；e.應(yīng)用現(xiàn)代多元回歸算法建立紙張物理性能的校正模型；f、將未知樣的紙張按步驟b的方法獲取其近紅外光譜數(shù)據(jù)，把未知樣品的光譜數(shù)據(jù)經(jīng)步驟d中的預(yù)處理方法處理后，將光譜的特征送入校正模型，即可確定未知樣品的紙張性能，其中步驟b中的近紅外光譜數(shù)據(jù)包括近紅外漫反射光譜和近紅外透射光譜；其中步驟d中的所述的預(yù)處理方法為平滑處理、扣減、微分、歸一化、標(biāo)準(zhǔn)化、多元散射校正、分段多元散射校正、導(dǎo)數(shù)、基線校正、小波變換，消除常數(shù)偏移量、正交信號(hào)方法中的一種或任意幾種的組合；其中步驟e中的所述現(xiàn)代多元回歸算法選自多元線性回歸、逐步回歸、主成分分析、主成分回歸、偏最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和拓?fù)浞治龇ㄖ械囊环N。
2.按照專利要求1所述的的方法，其特征在于，所述紙張為機(jī)械漿、化學(xué)漿、化機(jī)漿、二 次纖維紙漿等所抄造的任何用途的紙，包括但不限于新聞紙，無(wú)碳復(fù)寫紙、銅版紙、凸版紙、 膠版紙、書皮紙、字典紙、拷貝紙和板紙等。
3.按照專利要求1所述的的方法，其特征在于，紙張物理性能包括但不限于白度、抗張 強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐破強(qiáng)度、耐折度、平滑度、施膠度、透明度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線無(wú)損檢測(cè)紙張性能的方法。通過(guò)非破壞性采集少量原料，掃描其近紅外光譜數(shù)據(jù)，即可利用本發(fā)明的模型預(yù)測(cè)出未知樣品的制漿性能。它解決了現(xiàn)在必須通過(guò)蒸煮試驗(yàn)才能獲得制漿性能的問(wèn)題。大大降低了分析制漿得率的時(shí)間，成本以及污染等問(wèn)題，達(dá)到快速、無(wú)損預(yù)測(cè)制漿性能。
文檔編號(hào)G01N21/35GK101900673SQ201010188758
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者周舒珂, 姚勝, 姜亦飛, 宋淑萍, 武國(guó)峰, 蒲俊文, 邢勉, 陳誠(chéng) 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)