同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的系统与方法技术方案

本发明专利技术提供一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的系统与方法，该系统包括卷烟夹持器、三通调节阀、压力传感器、信号处理模块、控制器、卷烟抽吸系统、用于捕捉抽吸信号的同步触发装置、图像采集系统、数据处理系统。图像采集系统的输入端与同步触发装置相连，输出端通过数据处理系统与控制器相连。测量系统能够实现对卷烟燃烧过程中压降变化的实时监测，同时能够实时测定卷烟抽吸燃烧和自由燃烧阶段的燃烧速率，检测一支卷烟，可以同时获得多套燃烧数据，测量装置以及方法的适用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的系统与方法。
技术介绍
烟支被点燃后，首端立即生成炭，从而形成了卷烟的燃烧系统，卷烟的燃烧过程极为复杂，伴随着复杂的物理和化学变化，卷烟燃烧过程中释放出的烟气，目前已经鉴定出来的就有5000余种，在燃烧过程中存在两种性质不同的燃烧方式，抽吸燃烧和自由燃烧（即阴燃）。燃烧部分的固体物质形成一个锥体——燃烧锥，燃烧锥与未燃烧卷烟纸之间有一条黑色的炭线。抽吸时锥体底部外围的烟草被燃烧掉，炭线后移，锥体变长，空气通过燃烧区被吸入卷烟，由此产生的烟气为主流烟气(mainstreamsmoke)，暂停抽吸时，锥体阴燃而变短，直至与空气达到热平衡为止，此时围绕燃烧区的空气向上自然对流维持卷烟燃烧，并形成侧流烟气（sidestreamsmoke)，Muramatsa综述了涉及烟气形成的主要过程。卷烟燃烧的内部温度及压降和燃烧速率的变化对于烟气的形成有极为重要的影响。在19世纪50年代末期，烟草科学界就已经开始了对燃烧的卷烟在阴燃和抽吸时的最高温度的测定。不过由于卷烟内部疏松的结构，温度分布的不规则以及快的气体流速，使得这方面的工作有一定的难度。到了60年代和70年代，卷烟燃烧温度的测定己经成为一个比较活跃的研究领域。当时用裸露的热电偶测量结果表明在卷烟的燃烧锥中心存在着最高温度，不过这个报道的温度值在不同的实验中相差比较大，这可能和实验的误差、热电偶的规格等都有关系。国内也有很多研究人员自行组建了燃烧卷烟的测温系统，并利用此测温系统对卷烟内部气相温度和卷烟外围固相温度的分布进行了动态测量，初步验证了卷烟内部抽吸时空气进入燃烧锥的过程机理。相比较于对卷烟燃烧温度及其分布的研究，卷烟燃烧期间的压降变化则鲜有文献报道。Baker博士70年代采用一种压力传感器测定了以2cm-3/s的抽吸容量对卷烟抽吸时，卷烟的压降及阻抗的变化情况。时至如今，对于卷烟压降变化的研究成果仍仅限于此，尚未有更进一步的研究报道。正如Baker博士的报道所述，其研究结果是在系列假设的基础上得到的，且与现在行业采用的标准抽吸模式相差较大，更无法对卷烟燃烧期间的压降变化情况进行实时监测和记录。而且，卷烟抽吸期间抽吸参数的变化、烟气捕集方式的变化带来的系统死体积的改变等因素对于卷烟的压降都有较大的影响，也都需要更为系统、深入地研究。为了进一步探索卷烟的燃烧过程，揭示卷烟烟气的形成、扩散，有害成分的形成、释放等过程，就必须对卷烟燃烧期间的压降变化作更深入的研究。有鉴于此，有必要构建一套能够用于实时监测卷烟燃烧期间系统压降变化情况的装置及方法。此外，卷烟的吸燃速度能反应抽吸条件下卷烟燃烧的实际状态，目前还未存在有装置满足卷烟燃烧过程中同时测定抽吸压降和燃烧速度的需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种能够同时测定抽吸压降和燃烧速度的装置。本专利技术的技术解决方案是：一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速度的装置，包括卷烟夹持器、三通调节阀、压力传感器、信号处理模块、控制器、卷烟抽吸系统、用于捕捉抽吸信号的同步触发装置，卷烟夹持器的出口通过软管一与三通调节阀的端口一相连接；压力传感器的输入端通过软管二与三通调节阀的端口三相连，压力传感器的输出端与信号处理模块的输入端相接；卷烟抽吸系统的输入端与三通调节阀的端口二连接，卷烟抽吸系统的的输出端与同步触发装置的输入端相连接，同步触发装置的输出端与信号处理模块相连接后通过信号线接入控制器，同步触发装置的输出端还同时与图像采集系统的输入端相连接，图像采集系统的输出端通过数据处理系统与控制器相连。。进一步地，所述软管一、三通调节阀和软管二的体积之和为10～100mL。进一步地，所述压力传感器为响应频率为1～3KHz、量程为0～-10KPa的电流输出型压力传感器。进一步地，所述信号处理模块包括放大电路和滤波处理电路，滤波处理电路与A/D转换芯片相连接，A/D转换芯片通过USB接口与控制器相连接。进一步地，信号处理模块将采集到的测量信号转换为4～20mA电流信号输出给控制器，控制器进行实时记录和显示，控制器控制图像采集系统对卷烟燃烧的图像进行采集，图像采集系统将采集的卷烟燃烧的图像传输给数据处理系统，数据处理系统对采集的图像信号进行记录和处理并输出结果。其中，控制器通过压力传感器、信号处理模块记录数据并保存。控制器并通过显示电流数值x，单位为毫安培mA，通过方程y=2500-625x换算得到系统压降y值，单位为帕斯卡Pa。进一步地，所述信号处理模块的采集频率不小于10Hz。进一步地，所述压力传感器的响应频率不小于信号处理模块的数据采集频率。进一步地，所述同步触发装置是一种可在第一时间准确捕捉到抽吸信号的由光电耦合器和单片机组成的电路装置，包括光电耦合器U1、单片机U2，光电耦合器U1的输入端通过插座与卷烟抽吸系统的抽吸信号指示输出端相连接，光电耦合器U1的输出端与单片机U2的输入/输出端相连，单片机U2通过电平转换芯片与控制器的串口相连接。进一步地，所述控制器控制图像采集系统对卷烟燃烧的图像进行采集，图像采集系统将采集的卷烟燃烧的图像传输给数据处理系统，数据处理系统对采集的图像信号进行记录和处理并输出结果。进一步地，所述图像采集系统采用电荷耦合元件、互补金属氧化物导体器件中的一种。进一步地，所述图像采集系统测定卷烟燃烧速度时，以卷烟燃烧炭线为参考目标，两帧图像炭线的位移即为该时刻内卷烟的燃烧距离。进一步地，所述图像采集系统测定卷烟燃烧速度时，针对不规则的燃烧炭线，在炭线径向方向上等距离取点，取点个数大于等于4个，以这些点的平均位移作为这一时刻内的燃烧距离，两帧图像的炭线燃烧距离与时间的比值即为卷烟的燃烧速率。进一步地，卷烟抽吸系统开始抽吸的信号通过同步触发装置捕捉后传输给控制器，控制器命令信号处理模块和图像采集系统开始执行。本专利技术要解决的另一个技术问题是，提供一种能够同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速度的方法。一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速度的方法，按照以下步骤依次进行：步骤1、对卷烟抽吸系统进行漏气检验、抽吸容量校正，调节图像采集系统的曝光度；步骤2、卷烟夹持器上的卷烟点燃后，控制器开始检测同步触发装置，等待同步触发装置向控制器发送开始抽吸的信号；步骤3、当控制器收到开始抽吸的信号后，启动压力传感器、图像采集系统采集卷烟燃烧的压降和图像，并启动信号处理模块开始采集，信号处理模块若没有收到开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装置，其特征在于：包括卷烟夹持器、三通调节阀、压力传感器、信号处理模块、控制器、卷烟抽吸系统、用于捕捉抽吸信号的同步触发装置、图像采集系统、数据处理系统，卷烟夹持器的出口通过软管一与三通调节阀的端口一相连接；压力传感器的输入端通过软管二与三通调节阀的端口三相连，压力传感器的输出端与信号处理模块的输入端相接；卷烟抽吸系统的输入端与三通调节阀的端口二连接，卷烟抽吸系统的输出端与同步触发装置的输入端相连接，同步触发装置的输出端与信号处理模块相连接后通过信号线接入控制器，同步触发装置的输出端还同时与图像采集系统的输入端相连接，图像采集系统的输出端通过数据处理系统与控制器相连。

【技术特征摘要】
1.一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装置，其特征在于：包括卷烟夹持
器、三通调节阀、压力传感器、信号处理模块、控制器、卷烟抽吸系统、用于捕捉抽吸信号的
同步触发装置、图像采集系统、数据处理系统，卷烟夹持器的出口通过软管一与三通调节阀
的端口一相连接；压力传感器的输入端通过软管二与三通调节阀的端口三相连，压力传感
器的输出端与信号处理模块的输入端相接；卷烟抽吸系统的输入端与三通调节阀的端口二
连接，卷烟抽吸系统的输出端与同步触发装置的输入端相连接，同步触发装置的输出端与
信号处理模块相连接后通过信号线接入控制器，同步触发装置的输出端还同时与图像采集
系统的输入端相连接，图像采集系统的输出端通过数据处理系统与控制器相连。
2.根据权利要求1所述一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装置，其特征
在于，所述软管一、三通调节阀和软管二的体积之和为10～100mL。
3.根据权利要求1所述一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装置，其特征
在于，所述压力传感器为响应频率为1～3KHz、量程为0～-10KPa的电流输出型压力传感
器。
4.根据权利要求1-3任一项所述一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装
置，其特征在于，所述信号处理模块包括放大电路和滤波处理电路，滤波处理电路与A/D转
换芯片相连接，A/D转换芯片通过USB接口与控制器相连接。
5.如权利要求4所述同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装置，其特征在于：信
号处理模块将采集到的测量信号转换为4～20mA电流信号输出给控制器，控制器进行实时
记录和显示。
6.根据权利要求5所述一种同时测定卷烟燃烧时压降变化与燃烧速率的装置，其特征
在于，所述信号处理模块的采集频率不小于10Hz。
7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱怀远，庄亚东，张媛，曹毅，尤晓娟，沈晓晨，刘献军，韩开冬，何红梅，
申请(专利权)人：江苏中烟工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32