专利名称：一种在线无损检测纸张性能的方法
技术领域：
本发明是关于建立纸张各种性能预测模型，并利用该模型测定纸张性能的方法。
背景技术：
随着纸及纸板消费的要求的提高，对造纸工业产品质量提出了更高的要求。要求 纸张性能有很好的一致性。现在由于市场木片短缺，制浆厂不得不选择不同的木片来制浆， 这使得纸浆的质量不稳地，最终导致成品纸张质量不稳地。如果能快速测定成品纸张的各 项性能，并反馈到抄纸工艺，可以极大的稳定纸张性能，提高纸张质量。目前对纸张各种性 能的检测，都需要取一定量的纸张，送到质检部门用相应的仪器测定其性能，这需要花费较 长的时间，并且是破坏性测量，不能在线动态连续检测，无法快速反映纸张质量，无法及时 反馈质量问题，存在分析结果滞后的缺陷。这些不利于纸张的快速质量分析，提高生产效 率，不适合现代化生产发展的需要。因此，当前迫切需要研究一种快速、高效、准确的新的分 析检测方法。近红外光(Near Infrared, NIR)是介于可见光(VIS)和中红外光(MIR)之间的电 磁波，ASTM定义的近红外光谱区的波长范围为780 2526nm(12820 3959cm_l)，习惯上 又将近红外区划分为近红外短波(780 IlOOnm)和近红外长波(1100 2526nm)两个区 域。近红外光谱分析是将近红外谱区(800-2500nm)的光谱测量技术、化学计量学技术、计 算机技术与基础测试技术交叉结合的现代分析技术，主要用于复杂样品的直接快速分析。 近红外分析复杂样品时，通常首先需要将样品的近红外光谱与样品的结构、组成或性质等 测量参数(用标准或认可的参比方法测得的)，采用化学计量学技术加以关联，建立待测量 的校正模型；然后通过对未知样品光谱的测定并应用已经建立的校正模型，来快速预测样 品待测量。近年来，近红外技术应用于造纸工业主要是在原料的化学组成测定方面以及测 定浆料卡伯值等。从中国知识产权局专利检索数据库的检索表明，只有利用红外或近红外技术测定 纸张的水分和定量(CN 100501374C)，没有利用近红外在线测量纸张白度、抗张强度、撕裂 强度、耐破强度、耐折度、平滑度、施胶度、透明度等专利。另外，国外有报道通过测定机械浆 生产线上浆料的近红外谱图，来预测纸浆的游离度、浆浓、撕裂指数、抗张指数和光散射性 能。而没有关于通过纸张的近红外光谱图来预测纸张的各项指标。

发明内容
本发明的目的是提供了一种基于近红外光谱技术的无损检测纸张物理性能的方 法，采用近红外光谱技术，与传统的测试手段相比，具有快速、省时、省力和可以在线检测等 优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案步骤如下a、在纸机上不定时取一定量 具有代表性的纸张样品。b、采用近红外光谱仪测量样品在UOOOcn^lOOOcnT1的漫反射光 谱或投射光谱，仪器分辨率为2-128CHT1，扫描1-128次平均成为一个光谱数据。C、采用现在常规方法测定纸张样品的各项指标。d、对光谱数据进行校正和预处理，用现代多元回归 算法建立光谱数据与制浆性能之间的近红外光谱分析数学模型，并将其存入存储器中。e、 将未知样的纸张按步骤b的方法获取其光谱数据，把未知样品的光谱数据经步骤d中的预 处理方法处理后，将光谱的特征送入校正模型，即可测定未知样品的纸张性能。所述纸张性 能包括白度、抗张强度、撕裂强度、耐破强度、耐折度、平滑度、施胶度、透明度等。附图1所 示装置为本发明建立模型的装置。本发明具有以下优点1.用近红外方法在线测量纸张的定量，可实现生产线纸张物理性能的适时检测。2.用一台设备实现了多种性能的测定，且整个过程时间短、速度快，提高了工作效 率，降低了设备成本。
具体实施例方式本发明典型的测量纤维材料制浆得率和卡伯值方法的实例(1)样品选择；首先选择具有代表性的不同品系和不同树龄的相思树16株， 沿树高方向每隔1.5m取一圆盘，根据树高不同每颗树取4-6个圆盘。从将圆盘上取一 3cmX3cmX3cm的小木块，要求小木块表面光滑整洁，粗糙度一直。取一定量的刨花，磨成木 粉。其余的加工成2Omm(长)XlOmm(宽)X3mm(高)的木片。(2)扫描谱图；将样品在4000cm-l-12000cm-l谱区内，扫描64次平均成为一个光 谱数据，分辨率8cm—1，采用旋转台以增加采样面积，采集木粉、刨花和木块的漫反射光谱。(3)制浆性能；将制好的木片进行蒸煮试验，用国标中的方法测定制浆得率和浆 料卡伯值。(4)光谱预处理；获得样本光谱后对光谱数据进行光谱预处理。(5)模型的建立；利用多元分析软件中的偏最小二乘法，在上述(3)中测定的制浆 性能和上述(4)处理过的光谱数据间，建立制浆性能的模型。(6)预测制浆性能；首先扫描待测样本获取光谱图，获取它们的光谱图时所采用 的测量方法，必须同获取参考样本时所采用的测量方法保持一致，比如采样方法、分别率、 扫描时间等参数应保持一致。把未知品种样本的光谱特征参数送入校正模型即可测定未知 样品的制浆性能。通过此方法建立的模型，能够在短时间内预测植物原料的制浆得率和卡伯值，可 以为林木定向遗传育种提供科学的指导，也可以根据预测的卡伯值来指导制浆厂根据不同 的原料来改变蒸煮条件。


图1为本发明所建立模型近红外检测系统。图2为利用本发明的模型测定纸张抗张指数的结果图3为利用本发明的模型测定纸张白度的结果
具体实施例方式本发明的典型实施例一测量纸张的抗张指数
(1)样品选择；首先选择不同产地(如广西、广东、福建)、不同品系(如毛白杨、相 思木、桉木、欧美杨)、不同工艺条件(如不同蒸煮时间或温度)、不同伐树季节(如夏季、冬 季)的具有代表性原料生产的纸张。一般至少取50份，在实际中可以根据校正模型的适用 范围，其数量可以不断的增加。本实验共取样73个。(2)扫描谱图；将样品在4000cm-l-12000cm-l谱区内，在分辨率为ScnT1下，扫描 64次平均成为一个光谱数据。(3)纸张性能；在实验室测定扫描完谱图纸张的抗张指数。(4)光谱预处理；获得样本光谱后用消除常数偏移量对光谱数据进行光谱预处理。(5)模型的建立；在 11995. 6cm"1-6098. IcnT1 和 5450. lcm1-4597. 7Cm1 谱区利用多 元分析软件中的偏最小二乘法，在上述(3)中测定的抗张指数和上述(4)处理过的光谱数 据间，建立抗张指数的模型(6)预测抗张指数；首先扫描待测样本获取光谱图，获取它们的光谱图时所采用 的测量方法，必须同获取参考样本时所采用的测量方法保持一致，比如采样方法、分别率、 扫描时间等参数应保持一致。把未知品种样本的光谱特征参数送入校正模型即可测定未知 样品的抗张指数。通过此方法建立的模型，能够在短时间内预测纸张的抗张指数，本发明的典型实施例二 测量纸张的白度在本实施例中，取扫描完谱图的纸张用白度仪测定其白度，用一阶导数+矢量归 一化对谱图进行预处理，选择 11995. 6cm-l-6098. Icm-I 和 5450. lcm-1-4246. 7cm_l 谱区。 其他方法与实施例一相同。
权利要求
一种利用近红外光谱技术确定纸张物理性能的方法，其特征在于步骤是a.取纸机上不同时间生产的有代表性的纸张样品；b.用近红外光照射纸张，采集纸张的近红外光谱数据；c.用常规法测定纸张的物理性能；d.采用不同方法对谱图预处理；e.应用现代多元回归算法建立纸张物理性能的校正模型；f、将未知样的纸张按步骤b的方法获取其近红外光谱数据，把未知样品的光谱数据经步骤d中的预处理方法处理后，将光谱的特征送入校正模型，即可确定未知样品的纸张性能，其中步骤b中的近红外光谱数据包括近红外漫反射光谱和近红外透射光谱；其中步骤d中的所述的预处理方法为平滑处理、扣减、微分、归一化、标准化、多元散射校正、分段多元散射校正、导数、基线校正、小波变换，消除常数偏移量、正交信号方法中的一种或任意几种的组合；其中步骤e中的所述现代多元回归算法选自多元线性回归、逐步回归、主成分分析、主成分回归、偏最小二乘法、人工神经网络和拓扑分析法中的一种。
2.按照专利要求1所述的的方法，其特征在于，所述纸张为机械浆、化学浆、化机浆、二 次纤维纸浆等所抄造的任何用途的纸，包括但不限于新闻纸，无碳复写纸、铜版纸、凸版纸、 胶版纸、书皮纸、字典纸、拷贝纸和板纸等。
3.按照专利要求1所述的的方法，其特征在于，纸张物理性能包括但不限于白度、抗张 强度、撕裂强度、耐破强度、耐折度、平滑度、施胶度、透明度。
全文摘要
本发明公开了一种在线无损检测纸张性能的方法。通过非破坏性采集少量原料，扫描其近红外光谱数据，即可利用本发明的模型预测出未知样品的制浆性能。它解决了现在必须通过蒸煮试验才能获得制浆性能的问题。大大降低了分析制浆得率的时间，成本以及污染等问题，达到快速、无损预测制浆性能。
文档编号G01N21/35GK101900673SQ201010188758
公开日2010年12月1日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者周舒珂, 姚胜, 姜亦飞, 宋淑萍, 武国峰, 蒲俊文, 邢勉, 陈诚 申请人:北京林业大学