JPH10311792A

JPH10311792A - 茶葉の水分測定装置及び水分測定方法

Info

Publication number: JPH10311792A
Application number: JP12081697A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Goto; 正後藤; Jiro Warashina; 二郎藁科
Original assignee: Shizuoka Prefecture; Shizuoka Seiki Co Ltd
Current assignee: Shizuoka Prefecture; Shizuoka Seiki Co Ltd
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【目的】構造の複雑化を招くことなく正確な水分値予
測が行える茶葉の水分測定装置を提供する。【構成】茶葉が移動する搬送空間１に対して光学的透
明板１３を介して閉鎖された測定部２と、上記搬送空間
内１に設置されていて、上記茶葉の水分測定時に上記光
学的透明板１３の前面へ上記茶葉を供給するサンプル供
給手段と、上記測定部２により測定された茶葉の拡散反
射光から、クベルカームンク関数式を用いて上記茶葉の
クベルカームンク関数値（Ｆ値）を求め、予めＦ値と含
水率が既知のサンプルを用いて作成した検量線回帰式に
よって上記Ｆ値が求められた茶葉の含水率を求める制御
部３と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、茶葉の水分、いわゆ
る、含水率を測定する測定装置及び水分測定方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】緑茶の製造工程は、搬入した原料生茶葉
を蒸熱した後、揉圧を加えながら順次乾燥整形操作を進
めていく複数の工程よりなっており、原料の段階を含め
て茶葉の乾燥程度に応じて水分の多い方から、生葉受
付、生葉管理、葉打ち、粗揉、揉捻、中揉、精揉、乾燥
の各工程に分かれている。

【０００３】そして、上述の各製茶工程の制御に際して
は、熟練した作業者が加工される茶葉の状態や各工程の
機械の運転状況を観察しながら最良の状態になるように
機械の調節等を行うことが一般になされている。一方、
近年、製茶機械の自動化、製茶プラントの大規模化が進
んでおり、各工程での茶葉の投入，取り出し，次工程へ
の搬送作業等の省力化が図られ、各工程での加工操作の
プログラム化や、さらには製茶工程中の茶葉をサンプリ
ングしてその加工状態を検出し、検出結果に応じて以下
の各工程の操作条件の制御を行う製茶工程の自動制御化
が大規模な製茶プラントにおいて行われつつある。

【０００４】上述した熟練作業者による工程管理を行う
場合や大規模製茶プラントで行われる製茶工程の自動制
御を行う場合、製茶工程における工程条件の設定におい
ては、前工程からのサンプルの含水率に応じて、次工程
以降の工程条件が決められるのであって、工程中の茶葉
の水分管理，水分状態の測定を正確かつ迅速に行うこと
が重要である。

【０００５】そこで製茶工程中の水分測定を行う装置は
各種提案されており、例えば、茶葉の電気伝導度を測定
する方法（特開平３−３９０４１号公報）、マイクロ波
を用いる方法（特開平２−３９８５３号公報）、或は高
周波容量式の水分計を用いるもの等が提案されている
が、これらは、サンプルの充填密度や茶葉の摘採時期の
影響を受けて測定精度にばらつきが生じ易く、また高水
分域での測定が困難であるという問題があると共に、コ
ストが高く実用化に到っていない。

【０００６】これに対して、測定精度，測定の迅速性，
コストの面で有効であるということで、近赤外分析計に
よる水分測定を製茶工程の水分測定に適用して製茶工程
の制御を行おうとする提案が、例えば、特開平１−２１
５２４１号公報に記載のようになされている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近赤外分析
計を用いた場合には、次のような問題があった。つま
り、茶葉の水分含有率と近赤外分析計によって得られた
出力信号との関係は、図４に示すように、非線形な関係
にある。しかも、茶葉の水分含有率の変化は、上述した
工程間で８０〜５％という具合にかなり広範囲にわた
る。このため、水分帰属の単一波長である１９４０nmに
おける拡散反射光を用いた吸光度（log(1/R）)を参酌し
て重回帰式により含水率を予測しようとしても、上記広
範囲の中で線形関係が得られるきわめて狭い範囲のみを
対象とした水分値の予測が可能なだけであって、単一の
重回帰式によって全行程での水分値の予測を行うと誤差
が大きくなり、正確な水分値の測定ができないのが現状
である。そこで、葉打ち、粗揉、揉捻、中揉、精揉、乾
燥の各工程別に検量線を設定し、各工程での近赤外分析
計からの出力信号を基にしてそれら検量線を茶葉の含水
率に応じて使い分けて用いることが考えられる。しか
し、このような方法では、各工程での茶葉の含水率に対
応した検量線を準備する手間が甚大であるばかりでな
く、検量線の作成コストも増大する虞がある。一方、
水分予測に用いられる近赤外線は、水分帰属の単一波長
である１９４０nmだけでなく、補正波長として上記波長
以外に２，３の波長が準備されたり、あるいは水分の含
有状態に応じた複数種類の波長が用いられている。例え
ば、高水分では、１４５０nmやさらに短い波長である９
７０nm，７６０mnもしくはこれに近い波長が用いられ、
低水分では吸収感度を高める目的で１９４０nmあるいは
これに近い波長が用いられる。このように、広範囲の含
水率領域に対処するために複数の波長を準備し、水分予
測の際にそれら波長を選択することが行われている。
しかし、複数種類の波長を準備した場合には各波長での
検量線の設定および光学系で各波長毎のフィルターの準
備や切り替え作業等のメンテナンスが必要となる。しか
も、このような複数の波長を準備するのは、単に上記含
水率領域を対象とすること以外にも、茶葉等の水分計測
に用いられる試料の粒度バラツキによる吸光度の変動が
大きいことを理由とする場合もある。このため、水分予
測に要する手間や構造が増加する不具合がある。

【０００８】本発明の第１の目的は、上記従来の茶葉水
分測定における問題に鑑み、構造の複雑化を招くことな
く正確な水分計測、つまり含水率の予測が行える茶葉の
水分測定装置を提供することにある。

【０００９】本発明の第２の目的は、上記従来の茶葉水
分計測における問題に鑑み、検量線式を単一化して精度
の高い含水率の予測を可能にして、茶葉に含まれる水分
値の予測に必要とされる手間を簡略化することができる
水分測定方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、製茶工程における茶葉の水
分を近赤外線を用いて測定する水分測定装置において、
茶葉が移動する搬送空間に対して光学的透明板を介して
閉鎖された測定部と、上記搬送空間内に設置されてい
て、上記茶葉の水分測定時に作動し、上記光学的透明板
の前面に上記茶葉を供給するサンプル供給手段と、上記
測定部により測定された茶葉の拡散反射光から、クベル
カームンク関数を用いて上記茶葉のクベルカームンク関
数値（Ｆ値）を求め、予め含水率が既知のサンプルを用
いて作成した検量線回帰式によって上記クベルカームン
ク関数値（Ｆ値）が求められた茶葉の含水率を求める制
御部とを備えたことを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の発明は、請求項１記載の茶
葉の水分測定装置において、上記測定部における近赤外
線の照射光学系は、１波長の場合に１９４０nm、２波長
の場合に１９４０nmと２１３９nmとが選択可能であるこ
とを特徴としている。

【００１２】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の茶葉の水分測定装置を用いる水分測定方法であっ
て、水分が既知のサンプルに対してi番目のフィルター
により近赤外線を照射し、上記サンプルからの拡散反射
光（Ｒｉ）を測定し、上記拡散反射光（Ｒｉ）からクベ
ルカームンク関数を用いてクベルカームンク関数値（Ｆ
ｉ）を、Ｆｉ＝（１−Ｒｉ）²／（２Ｒｉ）但し、Ｒ：拡散反射率によって求め、上記クベルカームンク関数値（Ｆｉ）と既知水分とを用
いて検量線回帰式である、Ｇ（％）＝Ｋａ＋Ｋ₁・Ｆ₁＋Ｋ₂・Ｆ₂・・・＋Ｋｎ・Ｆ
ｎ但し、ｋａ：定数項（バイアス値）、Ｋｎ：ｎ番目のフ
イルタにおける回帰係数、Ｆｎ：ｎ番目のフイルタにお
けるクベルカームンク関数値（Ｆ値）を作成し、水分未
知のサンプルに対してｉ番目のフィルターにより近赤外
線を照射し、上記サンプルからの拡散反射光（Ｒｉ’）
を測定し、上記拡散反射光（Ｒｉ’）からクベルカーム
ンク関数を用いてクベルカームンク関数値（Ｆｉ’）
を、Ｆｉ’＝（１−Ｒｉ’）²／（２Ｒｉ’）但し、Ｒ’：拡散反射率によって求め、上記クベルカームンク関数値（Ｆｉ’）
を、上記水分既知のサンプルを対象として作成した検量
線回帰式に当てはめて未知水分のサンプルに関する水分
値を求めることを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１および２記載の発明では、測定部にお
いて測定される茶葉からの拡散反射光に基いてクベルカ
ームンク関数によりクベルカームンク関数値（Ｆ値）を
演算処理することにより反射光と含水率との関係が線形
化されるので、そのＦ値を検量線回帰式に適用すること
で、複数種類の波長や干渉フィルターを用いなくても、
上記Ｆ値と含水率との関係に関する単一の線形モデルを
用いて茶葉の水分値を予測することができる。

【００１４】請求項３記載の発明では、水分既知のサン
プルを対象とした上記Ｆ値をクベルカームンク関数によ
って求め、さらに、このＦ値と既知水分とを用いて検量
線回帰式を作成しておき、この検量線回帰式に対し、水
分未知のサンプルを対象としてクベルカームンク関数に
より求められたＦ値を当てはめるだけで未知水分のサン
プルに関する水分値が予測できる。これにより、クベル
カームンク関数による単一の検量線回帰式を用いるだけ
の簡単な処理によって含有水分領域全般にわたっての水
分未知のサンプルに関する水分値の予測が可能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の詳細を図示実施例により説明
する。図１は、請求項１乃至３記載の発明の実施例を説
明するための模式図である。図１において、符号１は、
生葉荷受，生葉管理，蒸熱，葉打，粗揉，揉捻，中揉，
精揉，乾燥の各製茶工程を経るために茶葉を搬送する搬
送空間、符号２はその搬送空間１とは隔離されて設けら
れている測定部、符号３は測定部からの信号を演算処理
する制御部、符号４は制御部３での演算結果を表示する
表示部をそれぞれ示している。

【００１６】搬送空間１内には図示されないコンベヤ等
の搬送手段が設置されており、その搬送手段により茶葉
が搬送空間１内を移動する。また、搬送空間１と測定部
２との間には、開口が形成されており、その開口には、
光学的透明板１３がその開口を塞ぐように設けられてい
る。また、搬送空間１内には茶葉の移動方向を横断する
ように、スライドして搬送空間１内で出没する移動板１
２が設けられており、この移動板１２が光学的透明板１
３の前面に対して茶葉等の測定サンプルを供給するサン
プル供給手段を構成している。

【００１７】光学的透明板１３により搬送空間１と隔離
されて閉鎖されている測定部２では、光源２１からの光
を、レンズ２２，チョッパーデイスク２３，干渉フィル
タ、アパーチャ２４を介して光学的透明板１３に照射す
るように光学系が配置されている。また、測定部２に
は、光学的透明板１３の前面の光軸上に出没する標準反
射板１７が設けられているとともに、茶葉等のサンプル
からの反射光を検出する光検出器２８が設けられてい
る。

【００１８】制御部３は、演算制御可能なマイクロコン
ピュータにより主要部が構成されており、図示されない
Ｉ／Ｏインターフェースを介して入力側には検出器２８
が、出力側には表示部４がそれぞれ接続されている。制
御部３では、まず水分含有率既知のサンプルとしての茶
葉を対象とし、その茶葉から検出された拡散反射光の測
定値から、式（１）に示されるクベルカームンク関数式
によってクベルカームンク関数値（以下、Ｆ値という）
が求められる。この場合、水分含有率既知の茶葉に対し
ｉ番目のフィルターを用いた場合のクベルカームンク関
数値（Ｆｉ）がクベルカームンク関数式（１）によって
求められる。

【００１９】Ｆｉ＝（１−Ｒｉ）²／（２Ｒｉ）・・・（１）但し、Ｒ：拡散反射率

【００２０】このＦ値は、各波長の照射光に対して各々
求められ、含水率を求めるために用いられる。

【００２１】次に制御部３では、求めたＦ値から次に挙
げる検量線回帰式（２）を作成して測定サンプルの含水
率を求める演算処理がなされる。検量線回帰式とは、水
分既知のサンプルに対して前述のクベルカームンク関数
式を用いてＦ値を求め、Ｆ値と含水率Ｇ（％）との間の
相互関係をまとめた回帰式であって、いくつかの波長に
おけるＦ値を説明変数とする重回帰式で表される。

【００２２】Ｇ（％）＝Ｋa＋Ｋ₁・Ｆ₁＋Ｋ₂・Ｆ₂＋・・・＋Ｋｎ・Ｆｎ …（２）ここでＫa：定数項（バイアス値），Ｋｎ：ｎ番目の
フィルタにおける回帰係数，Ｆｎ：ｎ番目のフィルタに
おけるクベルカームンク関数値（Ｆ値）

【００２３】制御部３では、検量線回帰式定数である
（Ｋa，Ｋ₁，Ｋ₂，・・・，Ｋｎ）を予め求めてメモリ
ーに登録しておき、測定サンプルに対して得たＦ値を検
量線回帰式（２）に代入する演算処理を行って、未知の
測定サンプルの含水率Ｇを求める。測定サンプルに対し
て求めた含水率の値は表示部４に信号を送られ表示され
る。なお、測定部２では、１波長のみを用いる場合に
は、１９４０nmの波長が用いられ、また、２波長が用い
られる場合には一例として１９４０nm、２１３９nmが用
いられるように選択される。

【００２４】本実施例は以上のような構成であるから、
水分測定装置の動作およびその装置を用いた水分測定方
法について説明する。水分測定時には、移動板１２が手
動または自動で作動し破線で示す１２’の位置にスライ
ドして、茶葉５の一部を光学的透明板１３の前面に一定
圧力で押し付け、測定サンプル６として挟持する。ま
た、これに先立って測定部では、セラミック等で形成さ
れた標準反射板２７が破線で示した２７’の位置に移動
して光源２１からの光の光軸上に設置される。光源２１
から発せられた光は、レンズ２２によって平行光線とな
り、チョッパディスク２３によって周期的に分断された
後、干渉フィルタ２４によって単色光となる。干渉フィ
ルタ２４は、円盤の中心から等距離の位置に所定間隔で
複数の開口を設け、その開口に所定波長の近赤外線を透
過するフィルタ要素を取り付けたものであり、図示しな
いモータによって測定時に間欠回転し、その停止時にフ
ィルタ要素のいずれか一つがレンズ２２の光軸上にくる
ように構成されている。

【００２５】干渉フィルタ２４を透過した光は、まず標
準反射板２７に照射され、反射光を検出器２８で検出す
ることによって基準となる反射光の測定がなされる。こ
の測定は干渉フィルタ２４を順次、自動的に切り換え
て、全てのフィルタに対して行われる。次に、標準反射
板２７を光学的透明板１３の前面から退避させ、光学的
透明板１３の前面に挟持した測定サンプル６に対して光
学的透明板１３を介して同様に光照射が行われ、各々の
波長において測定サンプルからの拡散反射光が測定され
る。これらの測定された反射光の検出値はデジタル信号
に変換されて制御部３に出力される。以上は干渉フィル
タによる前分光の事例を示したが、分光の位置は後分光
でもよく、また、分光方法はグレーティング等を用いて
もよい。

【００２６】制御部３では、まず水分既知サンプルとし
ての茶葉を対象として、検出された拡散反射光から上記
Ｆ値が求められる。この場合には、水分既知のサンプル
に対しｉ番目のフイルターを用いたＦ値（Ｆｉ）が上記
したクベルカームンク関数式（１）により求められる。

【００２７】次に制御部３では、求めた水分既知のサン
プルを対象としたＦ値により検量線回帰式が作成され
る。この場合の検量線回帰式は、上記した検量線回帰式
（２）が用いられる。一方、水分既知サンプルを対象と
した検量線回帰式が作成されると、次いで、水分未知の
サンプルを対象としてその含水率を求めるための処理が
実行される。つまり、水分未知の茶葉を測定サンプルと
した場合には、上記の処理と同様に拡散反射光を測定
し、その測定値を上記クベルカームンク関数式（１）に
適用して水分未知の茶葉のＦ値（便宜上、Ｆｉ’を用い
て水分既知のサンプルからのＦ値と区別する）を求め
る。水分未知の茶葉におけるＦ値（Ｆｉ’）が求められ
ると、そのＦ値（Ｆｉ’）を、予め作成されている検量
線回帰式（２）に当てはめて水分未知の茶葉の含水率
（Ｇ’）を求める。次いで制御部３は、検量線回帰式
（２）によって求めた含水率（Ｇ）を表示部４に出力
し、表示部４において表示させる。

【００２８】以上のような実施例によれば、クベルクー
ムンク関数を用いてクベルカームンク関数値（Ｆ値）を
求めることで、図２に示すように、拡散反射光から得ら
れるＦ値と含水率との関係が線形モデル化され、その線
形モデルを基準にした検量線回帰式によって含水率が予
測できるので、含水率領域が広範囲にある場合でも、単
一の線形回帰モデルを準備するだけで未知水分の茶葉を
対象とした含水率を正確に求めることができる。しか
も、本発明者は、上記実施例によって得られた含水率を
基にした予測値と実際にサンプルとして用いた茶葉の含
水率との比較を実験したところ、図３に示すように、殆
どの含水率の領域にわたって非線形な状態は得られず予
測値と実測値との間にバラツキがなく、換言すれば、高
い精度を維持できるという結果を得た。なお、上記実施
例に示された水分測定装置は、製茶工程に対してオンラ
インあるいはアットラインいずれにも適用することが可
能であり、各工程での茶葉の水分予測が行えるものであ
る。

【００２９】

【発明の効果】請求項１および２記載の発明によれば、
測定部において測定される茶葉からの拡散反射光に基い
てクベルカームンク関数を用いてクベルカームンク関数
値（Ｆ値）を演算処理することにより反射光と含水率と
の関係が線形化されるので、そのＦ値を検量線回帰式に
適用することで、複数種類の波長や干渉フィルターを用
いなくても、Ｆ値と含水率との関係に関する単一の線形
モデルを用いて茶葉の水分値を予測することが可能にな
る。

【００３０】請求項３記載の発明によれば、水分既知の
サンプルを対象としたクベルカームンク関数値（Ｆ値）
をクベルカームンク関数によって求め、さらに、このＦ
値と既知水分とを用いて検量線回帰式を作成しておき、
この検量線回帰式に対し、水分未知のサンプルを対象と
してクベルカームンク関数に基づき求められたＦ値を当
てはめるだけで未知水分のサンプルに関する水分値が予
測できる。これにより、クベルカームンク関数による単
一の検量線回帰式を用いるだけの簡単な処理によって含
水率領域全般にわたっての水分未知のサンプルに関する
水分値の予測が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１乃至３記載の発明の実施例を説明する
ための模式図である。

【図２】図１に示した実施例により得られる検量線を説
明するための線図である。

【図３】図１に示した実施例による茶葉の含水率に関す
る予測値と実測値との誤差を説明するための線図であ
る。

【図４】従来の水分測定方法によって得られる検量線を
説明するための線図である。

【符号の説明】

１試料配置部１１コンベヤ１２移動板１３光学的透明板２測定部３制御部４表示部５茶葉２８検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】製茶工程における茶葉の水分を近赤外線
を用いて測定する水分測定装置において、茶葉が移動する搬送空間に対して光学的透明板を介して
閉鎖された測定部と、上記搬送空間内に設置されていて、上記茶葉の水分測定
時に作動し、上記光学的透明板の前面に上記茶葉を供給
するサンプル供給手段と、上記測定部により測定された茶葉の拡散反射光から、ク
ベルカームンク関数を用いて上記茶葉のクベルカームン
ク関数値（Ｆ値）を求め、予め含水率が既知のサンプル
を用いて作成した検量線回帰式によって上記クベルカー
ムンク関数値（Ｆ値）が求められた茶葉の含水率を求め
る制御部と、を備えたことを特徴とする茶葉の水分測定
装置。
【請求項２】請求項１記載の茶葉の水分測定装置にお
いて、上記測定部における近赤外線の照射光学系は、１波長の
場合に１９４０nm、２波長の場合に１９４０nmと２１３
９nmとが選択可能であることを特徴とする茶葉の水分測
定装置。
【請求項３】請求項１または２記載の茶葉の水分測定
装置を用いる水分測定方法であって、水分が既知のサンプルに対してi番目のフィルターによ
り近赤外線を照射し、上記サンプルからの拡散反射光（Ｒｉ）を測定し、上記拡散反射光（Ｒｉ）からクベルカームンク関数を用
いてクベルカームンク関数値（Ｆｉ）を、Ｆｉ＝（１−Ｒｉ）²／（２Ｒｉ）但し、Ｒ：拡散反射率によって求め、上記クベルカームンク関数値（Ｆｉ）と既知水分とを用
いて検量線回帰式である、Ｇ（％）＝Ｋａ＋Ｋ₁・Ｆ₁＋Ｋ₂・Ｆ₂・・・＋Ｋｎ・Ｆ
ｎ但し、ｋａ：定数項（バイアス値）、Ｋｎ：ｎ番目のフ
イルタにおける回帰係数、Ｆｎ：ｎ番目のフイルタにお
けるクベルカームンク関数値を作成し、水分未知のサンプルに対してｉ番目のフィルターにより
近赤外線を照射し、上記サンプルからの拡散反射光（Ｒｉ’）を測定し、上記拡散反射光（Ｒｉ’）からクベルカームンク関数を
用いてクベルカームンク関数値（Ｆｉ’）を、Ｆｉ’＝（１−Ｒｉ’）²／（２Ｒｉ’）但し、Ｒ’：拡散反射率によって求め、上記クベルカームンク関数値（Ｆｉ’）を、上記水分既
知のサンプルを対象として作成した検量線回帰式に当て
はめて未知水分のサンプルに関する水分値を求めること
を特徴とする茶葉の水分測定方法。