CN100471548C - 混合装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种组分如药物活性剂和赋形剂的混合方法，该方法在进行的过程中要监测混合物的光谱图形从而利用该图形来确定混合终止点。在本发明的一个实施例中，光谱数据是通过混合容器上安装的监视装置来采集。混合容器安装好后可被驱动以便旋转或振动从而有效混合其内的物质，同时监视装置随容器一同旋转或振动。当光谱数据指示混合过程已进行到所需状态时，如已形成了均匀的混合物时，监视装置就将一个信号传送到驱动源从而使容器停止旋转或振动。

Description

混合装置和方法
本发明是中国专利申请号为01805132.4，国际申请日为2001年2月12日的进入中国的PCT专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用来混合组分从而使组分有效混合并形成一种均匀混合物的装置和方法。该组分通常为粉末状态，但本发明还适用于其它流体组分如液体的混合。要被混合的组分通常包括药物活性剂和赋形剂(excipients)，然后用于进一步的处理如制成药片。
背景技术
制药工业中，将活性剂和赋形剂制成均匀的混合物是非常重要的。
EP-A-0631810中公开了一种方法，该方法在混合的过程中通过检测混合物的光谱特性来以一种内嵌式的方法监测混合组分如药物活性剂和赋形剂所混合的均匀程度。这里，混合是通过混合容器的旋转来实现的，EP-A-0631810指出将光线投射到混合物并从其中接收反射光线的设备与一根轴相连，容器特别是V型混合器绕该轴旋转。这种布置就使该设备侵入到混合容器的内部。反射射线传送到混合容器旁边的光谱装置以便光谱装置进行保存和分析或者是由一台单独的、与光谱装置相连的数据采集及控制计算机来保存和分析。
本发明在于提供一种改进的嵌入式光谱监测方法，其用来监测混合特别是但不单是搅拌混合的过程，其可以是非侵入式的，同时还能在相对于混合区定位方面提供更大的自由度。
发明内容
本发明的一个方面是一种用来混合多种组分的装置，其包括：一个容器，其用来接收组分；驱动装置，其用来使容器绕着一轴旋转或振动从而有效混合容器内的组分；以及至少一个光谱监测装置，其用来反复扫描混合物以获取数从而据监测混合过程中混合物光谱图形的变化，该监测装置并没有装在容器旋转或振动的轴线上。
该监测装置可直接设置在容器上或者间接地设置在容器上，因此至少有一部分结构会随着容器旋转或振动。例如在前面的这种情况下，监测装置可装在容器的壁面上，而在后一种情况下，监测装置至少部分承载在一个框架上，该框架支撑着容器并穿过使容器旋转或振动的工具。这里所提到的直接或间接设置在容器上的监测装置的标记可理解成是指前面这种情况。
扫描所得的图形(以下称“扫描图形”)可来监测一个静止状态。这可包括例如同一个预定的目标光谱图形进行比较。在本文中，组分混合之前的起始光谱显然基本与每一种组分的光谱相对应。随着混合过程的进行，混合物的光谱会发生变化并开始朝着均匀混合物的光谱发展。因此，混合过程可由监测装置所获得的光谱图形进行控制，并且在扫描图形达到预定的标准时例如当扫描图形达到或朝着基本不变的状态发展时就停止。例如可在扫描图形与目标图形基本匹配时，或者混合物的两幅或多幅扫描图形(或其部分)彼此之间基本没什么变化或变化不超过一预定范围时，来实现这一功能。
这里所用的目标图形可表示是混合物的一种所选择的状态，例如，其可以表示组分混合物在混合后所达到的均匀终点，也可以表示均匀终点和未混合状态之间的一个中间状态。
进行混合的组分通常会具有不同的化学成分。然而，本发明也包括混合化学成分相同或基本相同的组分。例如，本发明装置可用来混合化学成分相同或基本相同但物理性质如含湿量、颗粒分布等不同的组分。因此，本发明的一个应用是混合两部分相同的材料，其中一部分是精细颗粒而另一部分是粗颗粒。该混合方法的进行可形成一种混合物，该混合物中精细颗粒散布在粗颗粒中从而确保精细颗粒均匀分布在混合物中。
本发明可具有一个响应于监测装置的控制装置，该控制装置用来控制混合过程。
因此，驱动装置可由控制装置根据比较的结果进行控制，从而在扫描图形汇聚于预定图形或与预定图形基本匹配时或者在朝着一固定状态发展的过程中扫描图形(或其部分)之间的变化不超过一预定的范围时，使混合过程停止。
监测装置可包括或与比较装置相连以便将对应于扫描数据的光谱图形与目标图形或者是在给定混合循环中前面获得的扫描图形进行比较。因此，监测装置可包括比较装置，这样就可在监测装置随容器一起旋转或振动的过程中使扫描图形与目标图形或前面得到的扫描图形进行比较。
当扫描图形朝着一个静止状态汇聚到预定程度时(例如扫描图形和目标图形之间的匹配达到所需的水平时)，监测装置可将一个输出信号送到信号执行装置来控制混合过程。例如，信号执行装置可响应于所收到的输出信号而操作，通过适当控制驱动装置而使混合过程停止，例如通过停止驱动装置运行，使容器停止旋转或角位移而使混合过程停止下来。
在另一实施例中，比较装置可独立于监测装置和容器。这时，需要有一个数据传送装置将扫描数据从监测装置传送到比较装置。该数据传送装置例如可包括一个直接或间接设置在容器上的信号发射器以及一个与比较装置相连的接收器，这样就能将数据从监测装置发射到比较装置去了。
新获得的扫描图形和目标图形或前次获得的扫描图形之间相互匹配(至少匹配到所需的程度)通常会使混合过程自动停止。然而，我们并不排除下面的这种情况，即无论是直接还是间接设置在容器上或是其它的情况，匹配后均产生一个输出信号如视觉信号或声音信号，以提醒操作者混合过程已达到一个可以接受的水平，如均匀度可以接受的水平，并确定混合过程可以停止，混合物可移送到后面的处理阶段。
监测装置优选具有自己的电源。为此，其通常都包括一个电源，该电源可采用一个或多个电池，并且优选是充电电池。
在新获得的扫描图形和目标图形或前次获得的扫描图形所进行的比较是在直接或间接在容器上进行的情况下，监测装置可包括数据存贮装置以保存扫描数据和/或至少一个预定的目标图形。然后将混合过程中所采集的扫描数据在混合循环完成的过程中或完成时传送到独立的数据收集装置从而将一个记录保留一连串的混合周期。
监测装置最好包括一个信号发射器从而将信号发射到容器附近或远程的一个接收器，从而避免监测装置和信号执行装置和/或一个与接收器相连的数据收集装置之间用硬拉线(hard wired)连接(如电线、光纤等)。例如，被发送的信号可采用辐射信号如无线电信号的形式。
在一优选实施例中，监测装置包括一个能用电池供电的封闭式单元，其带有一个装置以便将该单元可拆地接到容器上，其优选是非侵入式或者带有可与容器一起旋转或振动的结构，这样扫描装置就与一个窗口对齐，同时监测装置通过该窗口获得光谱数据。
在监测装置采用电池供电的情况下，电池电源可作为封闭单元的一个部分或者是包括一个独立的单元，该单元直接或间接提供在容器上。这时，由于电池电源单元和监测装置都随着容器旋转或振动，因此可在这两者之间采用硬拉线连接。
封闭单元通常至少包括：扫描装置、发射信号的发射器、以及一个或多个可选的隔间以容纳或接收为单元供电的电池。此外，该封闭单元可包括数据存贮装置和所述比较装置，例如该数据存贮装置和比较装置均可嵌到单元内的微处理器或计算机中。
该封闭单元最好通过可拆式优选是快拆式设备如一个或多个与夹头配合的闭锁来与容器相接并与窗口对齐。可拆设备优选将单元牢牢地夹在容器上。该设备的一种形式是一种可从英国Cheltenham的Southco Europe有限公司买到的弹拉式插锁。
除了被安装成与容器一起旋转或振动之外，监测装置还可固定在一个固定位置上，这时监测装置至少可在旋转或振动周期的一段时间内看到容器内的物质。这样，容器上可带有例如一个观察窗，当观察窗跨过监测装置的视线时，监测装置可通过该观察窗看到容器内的物质。该观察窗可放在容器的某个部位上，该部位在容器的每个旋转或振动周期内都与监测装置最为接近，并且该观察窗可在跨过监测装置的方向上加长从而提供更长的“观察”间隙。
监测装置可设置为仅在容器每个旋转或振动周期的预定点处进行操作。
还可加上能够感测容器相对于数据点的角度位置的装置，如果需要，还可对测量装置进行控制操作，这样只需在所述的预定点处进行数据采集就行了。监测装置在其它时间可以处于禁止状态。这类预定点可以是所述循环中混合物将与容器壁上监测装置的观察点进行接触的点位。
在一优选实施例中，监测装置要在整个旋转或振动周期(例如每秒扫描一次的速率)基本连续地进行数据采集，并且要从所采集的数据中区别出那些混合物与观察窗接触良好时所采集的数据，即能够表示混合状态的数据和不能表示混合状态的数据。在这种情况下，就不再需一个装置来确定容器的角度位置。
在监测装置相对于移动容器为固定配置时，容器相对于监测用的射线最好但并非专门在加长的区域或者基本上在整个区域都做成透明的。
容器壁至少部分采用塑料制成，例如至少是主要部分并且如果可能最好是基本全部都采用塑料制成。该塑料可以是一种可透过所用射线(如近红外线)的材料。
尽管该容器在正常情况下包括一个通常为金属如不锈钢的刚性结构，但我们并不排除用一种柔性的袋子如塑料来制成容器。袋子和监测装置非常适合于将监测装置连接到袋子上，监测装置可与袋子分开安装但其相对于袋子的位置固定不变，监测装置还可如上所述安装在一个随袋子一同旋转或振动的结构上。
下面将描述本发明的其它方面，这些方面在上下文允许的情况下可彼此结合和/或与上述特征的一个和/或多个进行组合。
本发明的第二个方面是提供一种用来混合多种组分(以生产出例如均匀混合物)的装置，其包括：一个容器，其用来接收组分；驱动装置，其用来使容器绕着一轴旋转或振动从而使容器内的组分有效混合；以及至少一个光谱监测装置，其直接或间接并在容器上，用来反复扫描混合物以获取数据用来监测混合过程中混合物光谱图形的变化，该监测装置以封闭单元的形式可拆地装在容器上。
本发明的第三个方面是提供一种用来混合多种组分(以生产出例如均匀混合物)的装置，其包括：一个容器，其用来接收组分；驱动装置，其用来使容器绕着一轴旋转或振动从而使容器内的组分有效混合；以及至少一个光谱监测装置，其直接或间接设置在容器上，用来反复扫描混合物以获取数据用来监测混合过程中混合物光谱图形的变化，该监测装置包括一个向场外接收器发射一个输出信号的装置以便对混合过程进行控制。
本发明的另一个方面是提供一种用来混合多种组分(以生产出例如均匀混合物)的装置，其包括：一个混合区，其用来接收组分；用来使混合区内的组分进行混合的装置；以及至少一个光谱监测装置，其用来反复扫描混合区内和/或混合区下游的混合物以获取并记录数据以便监测混合过程中混合物光谱图形的变化；一个装置，在所获得的光谱数据表明混合已达到所需水平时，该装置响应于监测装置使混合过程发生改变如将混合过程停止下来；以及数据收集装置，其用来从监测装置收集所记录的数据，该数据收集装置具有一个接入部位，在混合过程完成时监测装置可藉此接入从而将所记录的数据从监测装置传送到数据收集装置。
为了有利于连接，监测装置优选采用便携的形式如手提式，从而适于可拆地安装到混合区的壁面上，从而在混合周期完成时，可将监测装置取下并运到如用手提到接入部位。为便于携带，集成有监测装置的单元通常应符合HSE Manual Handling Operations Regulations1992的规定，并且在重量上通常不超过25kg，优选是更轻。
容器上可带有导轨或轨道从而使单元处于所需的位置上，如监测装置与观察窗对齐的位置，这样该单元一开始可与导轨相接然后沿着导轨通过滑动而调节到所需的位置，然后借助于可拆的紧固设备而固定。
接入的设备可包括：单元上的一个或多个钩件以及容器上的一个或多个支件，这样该单元可通过钩件钩到支件上而挂到容器上，其中的支件可包括一个导轨从而在钩件与导轨相接后对该单元进行滑动调节。这样，该单元可从支件上临时悬挂起来从而使操作者的手空出来操作一个或多个紧固设备从而将该单元固定在这里，这样，该单元就通过钩件/支件以及紧固设备而保持在这里。
监测装置可带有一个或多个手柄以便于将其从混合区的壁上拆下来，与数据收集装置相接以及/或在混合区和数据收集装置之间进行运送。
可旋转或可振动的混合容器可包括一个在EP-A-0631810中描述的所谓V型混合器。该文献中的相关描述在这里以参考形式并入本申请。
作为选择，以及进一步的优选，可旋转的或可振动的混合容器可包括一个所谓的中间海量容器(IBC)(Intermediate Bulk Container)，其在设计上用来与一个包括驱动单元和安装框架的装置相连，其中的安装框架用来接收并支撑IBC，该安装框架与驱动单元相连以便绕轴旋转从而在IBC随安装框架旋转时有效地翻动IBC内的组分。
本发明的另一个方面是提供一种带有观察窗的IBC，以便光谱监测装置通过该观察窗扫描其中的组分，该光谱监测装置优选为近红外光谱监测装置。
本发明的另一个方面是提供一种带有接入装置的IBC，以便可拆地安装扫描IBC成分的光谱监测装置。
本发明还提供一种带有光谱监测装置的IBC以扫描IBC的成分，该监测装置优选为非侵入式地安装在IBC上并与一个观察窗对齐以便将扫描射线发送穿过该观察窗。
IBC通常采用料斗的形式，该料斗的截面通常为矩形，IBC截面较大的上部为混合组分的入口，截面较小的下部为混合物的排出口。
IBC可带有一个将其与驱动单元相连的装置以便使IBC绕一轴线旋转或振动，该轴线通常相对于IBC倾斜延伸，这样旋转或振动的轴线就不会与IBC的对称轴线相交。
IBC最好是可被运送，如其可带有轮子，或适于安装在带轮的工具如手推车上。
IBC和驱动单元之间的连接可通过与IBC或驱动单元相连的安装框架来实现。
当安装框架与驱动单元相连时，框架可包括上部分和下部分，这两个部分可在一个加载位置和一个夹持位置之间彼此相向或相背移动，其中的加载位置是IBC引到安装框架的位置，其中的夹持位置是IBC被提起离开地面并被牢牢夹住以便于框架一起旋转的位置。
该框架可由驱动单元的轴支撑起来以便绕着一轴线旋转，其中该轴线相对于框架的中心线倾斜，这样IBC和其中成分就会绕着一条相对于IBC的对称轴为倾斜的轴线旋转。例如，旋转轴可以是一个基本水平的轴线，安装框架可具有一个大体水平的对称轴线，其在一水平面上相对于驱动装置的旋转轴倾斜，如相对于驱动装置的旋转轴成一角度，该角度的范围约从10°到40°，通常为17°到30°的斜角。
尽管该监测装置优选直接布置在IBC上，但我们不排除将监测装置布置在安装框架上使其例如通过IBC壁体上按设计开设的观察窗来监测IBC成分的可能。
本发明的另一方面是提供一种混合多种组分(以生产出例如一种均匀混合物)的装置，其包括：一个壳体，其具有用来接收组分的入口和出口以及用来在有效混合的同时将组分从入口有效地馈送到出口的装置；用来在混合的同时将组分送到入口的装置以及用来在混合的同时从出口收集混合物的装置。该壳体至少带有一个近红外光谱监测装置，其用来反复扫描混合区内和/或混合区下游的混合物以获取数据以便监测混合过程中混合物光谱图形的变化
该监测装置在布置上可用来扫描混合区内和/或出口下游一点如一管道内的混合物，该管道在连接上用来接收来自混合区的混合组分。
在本发明最后的这个方面中，监测装置可用来扫描行进路径上穿过壳体某一点的混合物以及/或出口下游某一位置的混合物，该位置处混合物在正常情况下应处于所需的状态如均匀的状态。本发明可带有一个比较装置以便将混合物的扫描光谱图形与前面获得的扫描图形或一个表示混合物已达到所需状态如均匀终点的、预定的目标图形进行比较。这样，如果比较结果表明混合物还没达到所需状态，那么可对混合过程进行变更或停止以便采用补救行为。
在本发明这一方面的一个实施例中，混合区在一个静止的壳体中，而混合是通过一个可旋转的或一个带角度振动的混合设备来进行，该设备用来将组分混合物推向出口。
本发明的监测装置优选是一种具有固态可调滤波器如声光可调滤波器的近红外光谱单元。
本发明还提供了一种混合方法，其包括下面单独的几个方面，但在上下文许可的情况下这些方面可彼此结合和/或与本发明上面提到方面和特征进行组合：
一种混合多种组分(以生产例如一种基本均匀的混合物)的方法，其包括：将组分引入一个混合容器；旋转或振动该混合容器以便有效混合这些组分；以及在容器旋转或振动的过程中采集混合物的光谱数据从而以非侵入的方式监测该混合。
一种混合多种组分(以生产例如一种基本均匀的混合物)的方法，其包括：将组分引入一个混合容器；旋转或振动该混合容器以便有效混合这些组分；以及借助于随容器一起旋转或振动的光谱监测装置来采集并有选择地分析混合物光谱数据从而监测该混合。
一种混合多种组分(以生产例如一种基本均匀的混合物)的方法，其包括：将组分引入一个混合容器，该混合容器具有一条基本对称的轴线；使混合容器绕着一条相对于所述容器轴线呈倾斜布置的轴旋转或振动以便有效混合这些组分；以及在容器旋转或振动的过程中采集混合物的光谱数据从而监测该混合。
一种混合多种组分(以生产例如一种基本均匀的混合物)的方法，其包括：将组分引入一个IBC中；旋转或振动该IBC以便有效混合这些组分；以及采集混合物的光谱数据从而监测该混合。
一种混合多种组分(以生产例如一种基本均匀的混合物)的方法，其包括：至少将一种组分引入一个混合区；在运行的第一阶段，在使混合有效进行的同时，采集能够表示所述至少一种组分的状态的光谱数据以便监测该组分的状态；一旦检测发现所述的至少一种组分已达到所需的状态，那么将至少另一种组分加到混合区中；以及，在运行的第二阶段，在使混合有效进行的同时，采集能够表示所述增加了另一种组分的混合物的状态的光谱数据以便监测该混合物的状态从而确定所述增加了组分的混合物是否达到所需的状态。
本发明的上述方法可在一种旋转或振动容器内进行，也可在一种本身不旋转但带有混合装置如带叶片的转子或旋转螺纹混合器的容器或管道中进行。在容器或管道不旋转的情况下，材料可连接输送通过混合区并且其它的一种或多种组分可在所述至少一种组分的引入点下游的一点或多点被引入。
一种混合多种组分(以生产例如一种基本均匀的混合物)的方法，其包括：至少将一种组分引入一个混合容器；在运行的第一阶段，在旋转或振动容器的同时，采集能够表示所述至少一种组分的状态的光谱数据以便监测该组分的状态；一旦检测发现所述的至少一种组分已达到所需的状态，那么将至少另一种组分加到混合容器中；以及，在运行的第二阶段，在旋转或振动容器的同时，采集能够表示所述增加了另一种组分的混合物的状态的光谱数据以便监测该混合物的状态从而确定所述增加了组分的混合物是否达到所需的状态。
本发明通常用于药物组分的混合，这里有一种组分包括一种润滑剂如硬脂酸镁。这里需十分小心以确保润滑剂不会将所述药物组分的颗粒完全包住(有时称之为过度混合)，否则将无法进行后面的混合物的压片处理。这样，在本发明最后所述的两个方面中，第一阶段可包括：药物组分在没有润滑剂的情况下进行部分混合的步骤，而第二阶段可包括：加入润滑剂并使赋形剂和活性剂完全混合到所需的均匀程度(但不要过度混合)。
在上述内容中提到：在两个混合阶段中要进行光谱数据的采集。然而，我们应当清楚这里可有两个以上的混合阶段。例如，还可再加入一个或多个混合阶段，该阶段中可进一步加入一种或多种组分，并且在混合的同时采集光谱数据从而确定是否达到所需的状态。
第一阶段所监测的状态可以与第二阶段所监测的状态相同。例如，在两个阶段中，所监测的状态都涉及所达到的均匀程度，即基本是完全均匀的程度或者是不完全均匀和完全均匀之间的一个可接受的程度。
然而，监测的状态也可以不同。例如，在第一阶段，引入的组分可以是精细粉末和粗糙颗粒，第一阶段可包括监测精细粉末在粗糙颗粒中的分布程度，而在第二阶段，在引入另一种或多种成分之后，可涉及对均匀终点或者是其它某个可接受的混合程度的监测。
显然，在上下文允许的条件下，可采用上述装置的各个方面和特征以及/或IBC来实现本发明的各个方法。特别是，本发明方法的各个方面都优选采用一个声光可调滤波器(优选为二氧化碲晶体滤波器)来进行从而由一个宽带辐射源(优选为近红外源)来在很宽的波长范围内或者在不同的波段内产生辐射。
附图说明
现在参考附图以举例的方式来描述本发明。
图1是一个所谓V型混合器和一个与之相连的混合处理装置的简图；
图2为构成图1所示装置一部分的光谱监测单元的方块图；
图2A是带有数据获取和分析单元的监测单元的连接图；
图3是带有光谱监测单元的连续操作式混合器的简图；
图4是IBC的简图；
图5是一个侧视图，其展示的是框架上安装IBC的加载位置；
图6类似于图5，但其中的IBC处于提起来的固定位置从而准备旋转并混合IBC的物质；
图7是一个平面视图，其展示的是安装框架和IBC的方向；
图8是扫描混合区的探头的布置图；
图9是框架和IBC组合起来的正视图，其中去掉了一部分直立部件以便看到IBC上的观察窗；
图10是IBC上带有监测装置的连接装置的部分的放大图；
图10A是一个平面图，其展示的是IBC的旋转轴线；
图11和12是三维和二维曲线图，它们分别展示了混合过程中光谱图形的汇聚情况。
具体实施方式
参见图1，在V型混合器中进行粉末如药物活性剂和赋形剂的混合。这类混合器的设计和操作对于本领域普通技术人员来说都是公知的(如，参见EPA0631810)。简单的说，该V型混合器包括一个容器10，该容器大体为V形，并具有两个臂12和进出开口14、16，这两个开口分别位于两个臂12之间和自由端处。开口14、16可用来引入并排出待混合的组分，每个开口都有一个封闭件，其通过合适的、可拆的紧固件(图中未示出)固定在这里。该容器在安装上可绕一轴线18旋转，该轴线穿过容器的内部。这样，如图所示，容器在其相反两侧带有共轴的轴杆20。该轴杆被支撑在合适的轴颈22上并与容器相连，这样轴杆连接为非侵入式的，即轴杆不伸到容器的内部，从而不会干涉混合过程。其中一个轴杆与驱动装置24相连，该驱动装置24通常包括一个电机和传动装置。
在容器的设计点上有一个观察窗26，其内表面与容器壁的内表面平齐从而形成非侵入的形式。这里，有一个光谱监测单元M直接安装在容器上。观察窗的位置在选择上应是：扫描该位置点处的组分混合物就能提供代表混合过程中整个混合状态的光谱图形。观察窗可采用任何合适的、不带任何扭曲地将射线传送过去的材料；如在近红外射线的情况下，观察窗可采用兰宝石。
本实施例中的监测单元中包括一个混合物扫描传感器28，其在控制电路30的控制下产生射线如近红外射线，并通过观察窗26将射线传送到容器中，并将紧贴着观察窗内表面的组分混合物所反射回来的射线接收进来。对应于反向信号的数据保存在计算装置34内的数据存贮装置如固态数据存贮设备(如RAM)中，其中的计算装置34用来分析数据从而每次扫描都生成一个光谱图形，并且将例如扫描的图形与一个预先加载的、表示组分混合物在混合后达到均匀终点的目标图形进行比较。在整个混合过程中要反复进行混合物的扫描，并且每次扫描所采集的数据都保留在存贮设备中。例如，容器每旋转一次都进行一次扫描以获取至少一个光谱图形；通常在实际使用中，每次的旋转过程中都要获得成百乃至上千的光谱图形。混合容器的旋转速率通常约为7到8rpm。
在容器的每次旋转中，监测单元M可连续地采集数据。当然，所采集的某些数据可能并不相关，这是因为旋转的有些时候材料并不紧贴着观察窗出现，或者是没有以合适的堆集形式紧贴着观察窗出现。然而，这类与实际混合状态不对应的数据在采集保存后可借助于相应的光谱图形识别出来。在旋转的其它时期，材料会以一种稳定的、适于确定混合状态的堆集状态滞留在观察窗上。堆集的程度可有所变化，但监测装置对此变化的灵敏度可通过选择适当的扫描波长来控制。
计算装置34中可保存有多个目标图形并带有用户输入装置(如转盘、数字键等，图中未示出)，其中每个目标图形都对应于不同的一组要混合的组分或比例，借助于该用户输入装置，可选择一个适合于给定混合操作的目标图形来与扫描图形进行比较。除了通过参考一个或多个预定的目标图形这一方式来获取混合程度之外，计算装置还可监测扫描所获得的数据变化从而识别出该数据是否向着一个基本静止的状态汇聚，该状态就等于所需的混合程度。这样，计算装置例如可对预定的一组扫描数据求取平均，并确定出该平均值从一组扫描到下一组扫描的变化程度从而在平均值汇聚到一定程度其变化不超过预定量时，该预定量可用来表示一个对应于所需混合状态的静止状态。
实际上，出于对上述原因的考虑，每次扫描的光谱图形可能会随着容器的方向而有较大变化，即某些扫描可对应于满是粉末组分的状态，而其它的扫描则对应于部分是粉末组分的状态。因此计算装置在程序上应能区别出好的表示混合程度的扫描点和部分状态的扫描点。这会涉及例如在一个或多个波长处将反射值与预定的一个或多个阈值进行比较并将反射值低于阈值的那些光谱去掉并且/或使所提供计算装置带有能够指示容器在旋转(或振动)周期中一点或多点所处的旋转方向的数据信号。
采用的光谱技术可以是近红外光谱，其频率范围优选为900到2500nm。然而，本发明并不限于近红外区域，其它波长区域的电磁射线的光谱设备也可用于本发明，如紫外可见光的光谱仪、中心频段的红外线光谱仪、红外线光谱仪或是拉曼光谱仪。
单元M还包括一个信号发射器36，其在计算装置34图形比较结果表明扫描的图形与目标图形相配时，或者其相配程度在计算装置预先设定的误差范围之内时产生一个输出信号。发射出去的输出信号可以是一个视觉信号和/或声音信号以提醒操作者混合已达到所需的程度，如均匀终点，从而使操作者关闭驱动电机停止混合循环。本例中的这个信号发射器36可带有一个光源以产生视觉输出如闪光信号，和/或带有一个音源如扬声器以发出声音信号。
作为选择，输出信号可用来自动停止混合循环，或用来使混合循环自动停止。在这种情况下，信号发射器36可发射出电磁信号(如无线频率信号)以便控制电路38的接收器接收，该控制电路38与驱动装置24相连，这样一旦收到信号发射器36的“匹配”信号，就可切断驱动装置使混合容器停下来。
该信号发射器产生的信号优选为能够与附近其它混合器/监测单元M的信号发射器所发射的信号区别开来。这里的信号为无线发射，这种区别可通过发射的频率来实现，也可通过不同的发射器之间不同的信号编码来实现。这里信号采用视觉信号和/或听觉信号，其区别可通过不同的颜色、闪烁形式、声音频率、声音频谱等来实现，甚至可利用电子语音输出来提示指定的混合容器已完成混合循环(或采用类似的用语)。
单元M可做成封闭式的，其中采集并保存有容器的光谱数据，其对扫描的光谱图形和适当的目标图形进行比较。此外，单元M自带电源，单元内各个部件的电源供给均由装在其中的一个或多个电池(如充电电池)完成。还有，单元M可做得非常轻并且非常紧凑以便在不需任何机械设备的情况下进行携带。为此，单元M可带有一个或多个手柄H，其不仅有利于携带还有利于将该单元相对于混合容器进行拆/装操作。单元M例如可包括一个共用框架或基座，各个部件就安装在该框架或基座上。
单元M设计成可用于快速装拆，为此，其需带有一个或多个可拆设备，单元M可通过这些可拆设备例如利用容器预定位置上所夹固的框架或基座相对于观察窗26以确定的方向固定在容器上，例如，该单元可带有一个或多个闩件29如Southco弹拉锁以便与容器上对应的一个或多个夹头结合(或者反过来)从而在布置上例如使单元M沿一预定的方向提到容器上从而使闩件与夹头对齐以便进行固定操作从而实现正确连接。注意，单元M相对于混合器的旋转轴应为偏轴安装，并且所形成的光谱扫描应为非侵入式的。
计算装置34的数据存贮设备在混合循环中所采集的所有数据都能用于例如混合器及单元M的性能分析。混合循环一旦完成，所采集的数据就传送到电子数据获取及分析单元(DAAU，图中未示出)。DAAU可配备一个确定的连接位置，该装置在设计上类似于容器上连接位置，这样单元M上的紧固设备就在数据传送时将单元M固定到DAAU上。该DAAU可包括一个使所传送的数据例如与特定的混合器、所用的监测单元M和/或所进行的混合循环相关连的装置。比如，该DAAU可包括输入装置如一个键盘等以便输入这类识别数据。一旦将数据传送到DAAU，单元M所保存的相应混合循环的扫描数据就可被删去或者被下面的混合循环所覆盖。
单元M还包括用于电源40如充电电池的隔间。为了使电源始终保持有效，可在连续进行的混合操作之间去掉充电电池并换上充好了的电池，然后将换下来的电池充电以便在充好后插到相同的单元或另一个监测单元中。
在参考图1和2所描述的实施例(以及之后所描述的实施例)中，扫描数据的分析，如扫描图形与目标图形的比较，是就地进行的，并且用来停止混合操作的信号是由容器上的发射器发射出来的。这里可有各种变化，例如这包括在混合循环中进行远端的数据保存和/或分析，如扫描图形和目标图形的比较等。举例来说，反复扫描所获得的数据可从单元M传送到一个单独的“远端”计算装置，该计算装置具有一个数据存贮装置并能按程序对数据进行分析从而确定是否已达到所需的混合程度。在这种情况下，从单元M传送到计算装置的数据可在传送过程中由信号发射器36通过编码有该数据的无线频率信号发射到一个与计算装置相连的接收器。在该实施例中，可用计算装置的输出信号如表示扫描图形与目标图形“匹配”的信号来控制混合容器驱动装置。该信号可通过如下方式被传送到与驱动装置相连的控制电路38：利用一个发射器/接收器组的无线传送功能或者通过硬拉线连接。
还有，尽管图1和2所展示使用的是单监测单元M，显然每个混合器都可配备有一个以上的就地监测单元和观察窗，它们可布置在容器上的不同设计点。此外，除了监测单元M可以用电池供电之外，我们并不排除当监测单元安装在旋转或振动容器上时采用远端电源(如主电源)通过电缆来进行对监测装置供电，其中的电缆通过滑环或者其它的电气连接装置连接到就地监测单元上。
现在参见图3，其所展示的实施例中，组分的搅拌或混合是在壳体50所限定的通道中连续进行的，而不是一批一批进行的，该壳体50具有一个将组分引入混合的入口52和一个将混合后的混合物排出的出口54。在本实施例中，混合过程连续进行，这样一边是将组分送入混合器，一边是将混合后均匀的混合物从混合器排出，同时壳体50中又在进行不断地混合。混合是通过一个同轴安装的搅拌器55(如螺旋设备)来实现的，该搅拌器绕着轴杆的轴线螺旋旋转或振动，从而在将组分从入口推向出口的同时搅拌并混合该组分。观察窗56(如兰宝石窗口)在设计上沿着混合物的行进路线布置在壳体上的一点，这里混合物已经过充分的混合并且在正常情况将达到均匀终点；这一点也可是混合物已充分混合，在壳的剩余行程里其必将混合均匀的一点。
壳体50上带有一个监测单元M，其基本如图1和2所描述的那样，并且在一个包括有观察窗56的连接位置连接到壳体50上，这样就可采集光谱数据以便分析，例如采用上述图1和2所提及的技术进行分析。在这种情况下，分析如扫描图形和目标图形之间的比较可用来检查以确保组分在连接混合的过程中达到一所需的均匀程度。如果该比较表明扫描图形与目标图形明显不匹配，监测单元M可在操作上产生一个信号以提醒操作者混合不充分，或者使混合过程停止下来，即如上述图1和2所示的内容。再有，监测单元M可以是便携式的并通过快速可拆设备与壳体50相连。还有，该单元M在设计上与前述的一个数据获取分析单元相连。
在图3的实施例中，监测单元M并没有安装在混合设备的旋转部件上。因此，从单元M发送信号就能通过硬拉线连接而轻易地实现，当然我们并不排除无线传送的可能性。还有，尽管本实施例所展示的壳体50包括有一个管道，该管道中混合器绕着一个固定轴旋转，该固定轴大体与壳体的轴线同心，但是在本实施例的其它设计中，壳体也可大体呈漏斗形，并且混合器可以是一种螺旋混合器。
上述实施例以及下文所用的光谱监测单元M可包括一个固态二氧化碲非共线性声光可调滤波器，其类型参见Xiaolu Wang博士在1994年8月出版的Laser Focus World上发表的文章“Acoustic-Optic TunableFilters Spectrally Modulate Light”(其公开的整个内容在这里以参考的形式并入本申请)。正如该文所述，该滤波器可与一个钨灯相连以便为光谱装置提供一个快速调节的近红外光源。所用的检测器可以是In-Ga-As检测器。适用于本发明的光谱监测单元是Luminar3030-701-INT AOTF-NIR Free Space Spectrometer，其波长范围在1100到2300nm之间(相应的2030型的波长范围在900到2300nm之间)，可从美国MD21236的Baltimore的Brimrose Corporation公司买到。另一个可用于本发明的设备是NIR Optical Spectrograph Card(NIROSC)，其包括一个In-Ga-As二极管阵列，可从美国印地安那州的ControlDevelopment Corporation公司买到。
也可采用其它各种形式的光谱单元。辐射源可以是一种波谱很宽可见的红外光源，如卤素钨灯，其发出的射线在近红外区间400到2500nm内。尽管这里优选用上述的AOTF来构造滤波装置，但该滤波装置可包括多个滤波器，其中每个滤波器都能通过相应的单个频率或频率段的射线。在其它的实施例中，辐射源可以是任何一类的可见光光源如弧光灯、X射线的辐射源、激光器如二极管激光器，或者是发光二极管(LED)，并且该滤波装置可换成衍射光栅、单色仪或傅里叶变换型光谱仪。
该检测器可以是一种积分检测仪如Si、PbS或In-Ga-As积分检测仪，二极管阵列检测仪如Si或In-Ga-As二极管阵列检测仪，或者是一个一维或两维的阵列检测仪如CMOS芯片、CCD芯片或者是一个焦平面阵列。使用中，检测仪会随着混合材料的成分以及辐射的频率而产生不同的信号。
现在参见图4和5，本发明便利的实施形式可能会采用一个所谓的IBC和驱动装置，该驱动装置用来安装并旋转IBC。这类装置可从英国Gloucestershire的Matcon U.K.买到。该IBC包括一个漏斗形容器100，其截面较大的上部有一个入口102，截面较小的下部有一个出口104。要被混合的组分从入口引入IBC，形成的混合物从出口104排出，其中出口配备有便于混合物从中排出的装置(图中未示出)。该装置例如可采用Matcon的锥体阀技术。入口和出口带有封闭装置(图中未示出)。该IBC绕其垂直轴大体对称，截面较大的部分和较小的部分在截面面积上向着出口104逐渐减小，结果就形成了漏斗的结构。IBC在水平面上基本为矩形截面。
IBC适于安装在驱动单元106上，该驱动单元106具有一个驱动轴108，IBC的安装框架109就连接在该驱动轴108上。框架109包括上框架和下框架110、112，这两个框架可在图5所示的IBC加载位置和图6所示的IBC支撑位置之间彼此相向或相背移动(例如，下框架112为可移动的，而上框架110为固定的)，其中的支撑位置是IBC提离地面并被牢牢夹住以便与框架109一起旋转的位置。如图7的平面图所示，框架109可以这样一种方式安装在驱动轴108上，即框架的垂直对称面相对于轴108的旋转轴线114倾斜一定的角度。同样，当IBC安装在图6所示的框架中时，IBC的水平对称轴线116相对于旋转轴线114倾斜伸出。在操作时，斜装在上面的IBC绕轴线114旋转从而使其中的物质有效混合。
该IBC配有一个监测单元M，该单元M与IBC上设计布置的连接台如IBC的一个倾斜侧壁相连。这里的单元M总体上与图1和图2中的单元M相同，并具有相同的特征。连接时，该单元M应与侧壁内的观察窗(图中未示出)对齐，这样才能在混合过程中对IBC内的物质进行扫描。如上所述，监测单元M例如可包括一个Brimrose电池驱动的光谱AOTF单元。如图2的实施例所述，监测单元M在设计上可用来控制混合循环，例如可产生一个信号并将其发送到远端的接收器和与之相连的信号利用装置以便对驱动单元106进行控制。这样，例如当监测单元M采集的光谱数据表明混合物已达到所需状态如均匀终点时，监测单元可发出一个信号以触发驱动单元106停止框架109的旋转并将IBC放置在图6所示的状态，从而使IBC内的物质排出并输送到其它的处理装置如压片设备。
作为选择，在旋转停止后，可将IBC从框架原封不动地取下，然后输送到另一个处理阶段。另一种选择是将IBC复原到图6的状态，然后将另一种或多种组分加到IBC中以便通过驱动单元106与IBC中剩余的材料进行混合，同样再次采用如上方式用监测单元对混合操作进行监测。混合过程可包括一个或多个将额外的组分补充到IBC中剩余材料的阶段。每一阶段都要对IBC的物质进行监测，并且在达到所需的混合状态(其由监测装置检测出来)时就停止混合并加入其它的一种或多种组分。一旦把所有的组分都加了进来并混合到所需的状态，IBC就恢复到图6的状态以便将其中的物质排出或者去除(在降到图5的位置之后)并输送到其它的处理级。
上述组分的分阶段混合还可在图1和2以及图3的实施例中进行。在图3的情况下，可沿着壳体50的长度方向在不同的位置引入另外的一种或多种组分。
尽管优选采用非侵入的方式来监测，即不侵占或干涉混合容器内的混合过程，但我们也不排除侵入式监测单元的可能。
扫描模式可采用监测辐射的漫反射来实现。当然也可采用其它的扫描模式如反射系数法，该方法中，射线发射到混合区内的反射表面，然后用光谱监测单元检测反射的射线；还可采用另一种方法，该方法中射线从一点发出，同时在另一点检测该射线。图8所示为采用后面这项技术的实施例，这里有一个探头130伸到容器的壁132中，射线借助于探头130穿过混合容器的内部。该探头由合适的材料构成以便传送所用的射线，反射表面134、136以及内凹的端面138形成了一条传送通路，其包括进入通路140、穿过端面凹部从而穿过混合区的作用通路142、以及返回通路144。射线从AOTF或类似物通过光纤装置146导向探头130，然后通过光纤装置148返回到监测装置的检测器。光纤装置146和148布置在监测装置的一个支撑件上，其在监测装置安装到容器上的时候与探头130对齐。
图4到图7的实施例仅是示意性地表示了其中IBC。实际使用中，IBC可配有一个框架从而便于操作、运输并连接到驱动单元106上。这类结构在图9和图10中有所展示。如图9和图10所示，该框架包括位于IBC100四个角的立柱150，立柱150之间用横杆152相连，IBC就安装在框架中，其出口位于底板下面的空间中。该框架适于同一个叉车一起使用以便装到驱动单元106并从驱动单元106卸下来。立柱150的下端带有回转轮154以便移动。IBC框架上部的一侧带有一个固定件156以便采用图7所示的方式将IBC和其框架连接到驱动单元106上，这样，在操作时，IBC可绕斜轴156A(参见图10A)旋转从而保证其中物质的翻转运动。
监测单元M安装在IBC的一侧并与IBC斜壁162上的观察窗160(如兰宝石窗口)对齐从而使射线发射到IBC的内部。图10更为详细地展示了单元M的安装。单元M包括一个壳体164和散热片164等，其中的壳体上带有手柄H以便抓取单元，其中的散热片用来散发单元运行过程中产生的热量。壳体内容纳有上述图1和图2的各个部件，这包括如一个光谱监测单元如Luminar 3030 AOFT光谱设备。该壳体包括一个观察窗166，在壳体164安装到IBC上时，该观察窗166与射线对齐，向内向外的射线可穿过观察窗。最后，IBC和与之相连的框架带有一个安装结构168，监测单元M可拆地固定在该结构上。
单元M包括一个平板170，平板上有观察窗166，平板上带有多个可拆的紧固装置172，该紧固装置采用螺钉的形式并能用手柄174旋拧，其与安装结构168内的孔对齐以便与螺母175配合。平板170的一边176形成一个唇边，其插到安装结构168和回卷件178之间的定位通道，其中的回卷件固定在安装结构上。通过最初将唇边176放在通道中并且如果需要使单元M进行定位从而将紧固装置172与相连的孔和母175对齐从而将单元M组装到安装结构168上。然后使紧固装置牢牢地将单元M就地夹住以便使其与IBC和与之相连的框架一起旋转。
图11和图12展示的是运行过程中监测单元M的扫描曲线。图11中的时间轴在方向上与前景中新近的轨迹相反。轨迹T1是扫描所得的图形，其达到了预定的标准可认为是混合状态的表示，轨迹T2也是扫描图形，其对应于空的情况。在实际使用中，监测单元M可能会处理到其它的图形(图中未示出)，这些图形并不对应于两组轨迹T1和T2之间的情况，而是混合物的组分和混合物为空的视图，因此与轨迹T2一起去掉。从图11可以看出轨迹T2逐渐汇聚于一个静止的基本不变的图形，该图形表明混合物已达到一定的混合状态如均匀终点。在确定是否汇聚时，可参考光谱图形的一个或多个特定的部分如对应于材料混合情况的一个或多个波长或波长范围的图形。例如，可在一个或多个与混合组分中碳氢成分相对应的波长区域内对图形的汇聚情况进行分析。
现有的、申请号为PCT/SE99/01325的PCT申请公开了一种混合多种材料从而使混合物达到所需均匀度的装置和方法。该申请(其公开的整个文本在这里以参考的形式并入本申请)中控制混合材料使其通过供给管道的部分在这里以参考的形式并入本申请。其可用于例如混合组分在离开混合容器后的控制。
PCT/SE99/01325还使用测量装置在供给管道的至少一个位置上在线测量通过供给管道的混合物的组分。根据本发明的其它方面，PCT申请PCT/SE99/01325中的装置和方法可采用这里公开的监测装置作为检测装置。这样，例如在不排除其它情况的条件下，该测量装置可采用具有下列一个或多个特征的监测单元的形式：
作为一个单元(其可自带电源和/或封闭式的和/或便携式的)可拆地安装在供给管道上；
与控制材料供给的信号利用装置和/或数据收集装置之间的通讯可以通过一个发射器/接收器装置采用无线的形式如无线频率信号的形式进行；
如这里所述借助于OATF来生成扫描射线；
在监测装置内采集和保存数据，并且优选采用固态存贮装置；
将每一位置获取的扫描图形与就地保存在监测单元如固态存贮器内的一个目标图形进行比较；和
可与数据获取和/或分析装置相接从而使监测装置采集的数据传送到数据获取和/或分析装置。

Claims (7)

1.一种具有观察窗从而能用光谱监测装置扫描其中物质的中间海量容器，其中监测装置以非侵入的方式安装在中间海量容器上并与一个观察窗对齐，其中扫描射线通过该观察窗发射出去。
2.一种具有连接装置的中间海量容器，该连接装置用来可拆卸地安装用以扫描中间海量容器内成分的光谱监测装置，其中监测装置以非侵入的方式安装在中间海量容器上并与一个观察窗对齐，其中扫描射线通过该观察窗发射出去。
3.一种具有光谱监测装置的中间海量容器，该光谱监测装置用来扫描中间海量容器内的成分，其中监测装置以非侵入的方式安装在中间海量容器上并与一个观察窗对齐，其中扫描射线通过该观察窗发射出去。
4.如权利要求1到3中任一项的中间海量容器，其包括一个料斗，该料斗在中间海量容器截面较大的上部具有一个混合组分的入口，在中间海量容器截面较小的下部具有一个混合物的排出口。
5.一种用来混合多种组分的装置，其包括权利要求1到4中任一项所述的中间海量容器和一个驱动单元，该驱动单元用来使中间海量容器绕着一轴线旋转，该轴线相对于中间海量容器倾斜延伸。
6.如权利要求5的装置，其中驱动单元包括一个安装框架，该框架包括上部分和下部分，这两个部分可在一个加载位置和一个夹持位置之间彼此相向或相背移动，其中的加载位置是中间海量容器引入安装框架的位置，其中的夹持位置是中间海量容器被提起离开地面并被牢牢夹住以便与框架一起旋转的位置。
7.如权利要求6的装置，其中框架由一轴杆支撑起来以便绕着一轴线旋转，其中该轴线相对于框架的中心线为倾斜布置。
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