虹科案例|太赫茲技術(shù)用于香煙檢測

香煙，是煙草制品的一種。制法是把煙草烤干后切絲，然后以紙卷成長約120mm,直徑10mm的圓桶形條狀。吸食時把其中一端點燃，然后在另一端用嘴吸咄產(chǎn)生的煙霧。

中國卷煙行業(yè)發(fā)展的歷史已經(jīng)有上千年的歷史，在這千多年的時間里，中國卷煙行業(yè)的發(fā)展可以說是非常迅猛的。根據(jù)市場調(diào)研在線網(wǎng)發(fā)布的2023-2029年中國風味膠囊卷煙行業(yè)經(jīng)營模式分析及投資機會預測報告分析，從2018年到2020年，中國卷煙行業(yè)的市場規(guī)模從2.5萬億元攀升至3.7萬億元，增長了48.4%。在2020年，中國卷煙行業(yè)的市場規(guī)模已經(jīng)達到了3.7萬億元，占全國消費品行業(yè)市場規(guī)模的8.2%。

以「中華」、「芙蓉王」、「利群」、「黃鶴樓」、「玉溪」、「云煙」、「南京」等為代表的中式卷煙品牌迅速做大規(guī)模、做強結(jié)構(gòu)，取得了超過99%的超高市場份額、銷售占比，奠定了中國煙草最為關(guān)鍵的核心競爭力。

現(xiàn)代意義的卷煙產(chǎn)品，其制作過程大致要經(jīng)過煙葉初烤、打葉復烤、煙葉發(fā)酵、卷煙配方、卷煙制絲、煙支制卷、卷煙包裝七個大項的生產(chǎn)工藝流程，才能作為商品流轉(zhuǎn)到消費者手中。

在生產(chǎn)包裝的多個環(huán)節(jié)，香煙都可能存在一些制造失誤，比如香煙濾棒連接有誤、包裝內(nèi)部存在異物等，對每一根香煙的規(guī)格都需要進行檢測，從而保證生產(chǎn)合規(guī)。這離不開專業(yè)的檢測手段，現(xiàn)階段香煙行業(yè)以人工檢測、白光+相機的機器視覺方案實現(xiàn)表面缺陷等簡單檢測，然而對于包裝好的單支香煙、以及香煙盒內(nèi)部情況的檢測，卻還沒有廣泛應用的技術(shù)方案。

太赫茲成像技術(shù)

太赫茲波是處于微波與紅外之間，定義頻率在0.1~10 THz,波長在3~0.03 mm之間的電磁波。由于其在電磁波頻譜的特殊位置，其在文物檢測領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢：光子能量低，不具有電離輻射；極易透過非極性和非金屬材料，包括陶瓷、帆布、木材、紙張等常見藝術(shù)品的承載材料；頻段處在許多生物大分子振動和轉(zhuǎn)動能級，可根據(jù)太赫茲波的強吸收和諧振特性建立分子指紋特征譜鑒別物質(zhì)成分；太赫茲波段的高頻率對應于更短的波長，能夠達到比微波成像更高的空間分辨率；不需要接觸表面，實現(xiàn)無損探測。

太赫茲成像系統(tǒng)目前也有多種配置，比如基于飛秒激光與光電導天線的TDS系統(tǒng)，基于FMCW雷達的收發(fā)一體的反射式成像雷達等，根據(jù)具體應用場景可以選擇不同的成像配置。香煙的外殼是紙張材質(zhì)，太赫茲可以輕松穿透，基于太赫茲成像系統(tǒng)，我們可以對香煙進行穿透成像，查看到樣品內(nèi)部的情況，從而發(fā)現(xiàn)缺陷和異物。

太赫茲香煙檢測案例

（1）測試樣品：

本次測試的樣品是4種香煙，每種2支，同一種香煙的直徑相同。A至D的直徑分別為5mm、6mm、7mm和7mm。A組在香煙兩端22mm和36mm處都有內(nèi)含物，D組也由三個不同的部分組成。

測試目的是識別香煙樣品的每個部分（組成與形狀），并評估TeraScan 100（120GHz）是否能夠區(qū)分樣品的所有組成部分。除此以外，還需要確認太赫茲技術(shù)是否能夠區(qū)分A樣品中存在的小球形夾雜物（香煙爆珠）。

（2）測試設(shè)置：

采用虹科太赫茲雷達掃描儀TeraScan 100，基于連續(xù)波調(diào)頻雷達的原理，中心頻率為120GHz，探測速率10Hz，是一套集太赫茲雷達、掃描平臺與成像軟件為一體的完整成像系統(tǒng)。

橫向分辨率對于該測試而言是重要的，以便能夠區(qū)分這些樣品的不同成分。對于這個樣品，我們設(shè)置橫向分辨率（移動步長）為1mm。我們將平均成像，以獲得高質(zhì)量的成像，同時也不會有太長的掃描時間。

我們在樣品背面放置金屬板，以增加樣品的反射率，并具有更好的對比度。

（3）測試結(jié)果：

A組與B組：

下圖是A與B樣品的生產(chǎn)規(guī)格圖。其中A為5段，兩段中分別有兩顆爆珠。B為1段，長度更短。

這是通過太赫茲雷達檢測得到的圖像，其中樣品A和B樣品均符合規(guī)格， 除了1B短于2B。除A樣品外，未見異常和內(nèi)部夾雜物。在預期的位置可以觀察到樣品A的球形夾雜物（爆珠）。所有不同的部分都是可區(qū)分的。

C組與D組

由生產(chǎn)規(guī)格示意圖可知，C由兩段組成，D由三段組成。

從太赫茲檢測結(jié)果來看，樣品C沒有任何異常。而樣本D并不符合規(guī)格(示意圖)，這組太赫

茲檢測圖中顯示了四個不同的部分，而示意圖只有三個部分，從而發(fā)現(xiàn)了不合規(guī)的產(chǎn)品。

（4）測試結(jié)論：

TeraScan 100太赫茲系統(tǒng)完全能夠區(qū)分不同的樣品部件。

該系統(tǒng)還能夠識別A樣品上的球形夾雜物（爆珠），以及分辨出所有樣品的密度差別。

顯示了太赫茲技術(shù)在香煙檢測應用的極大潛力。

審核編輯黃宇