CN102483346A - 用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，产生太赫兹-脉冲，该太赫兹-脉冲穿过待填充的物体和能流动的物质的容纳在其中的被配量的量，并且其中由该太赫兹-脉冲的运行时间求得能流动的物质的被配量的量。

Description

用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量(质量或体积)的方法。

背景技术

尤其在用松散材料(如粉末)或用液体填充物体(如药物胶囊)的生产线中存在如下必要性，即在不干扰待填充的物体的情况下确定分别被填充到待填充的物体中的物质的量。在用于将粉末或液体微配量到胶囊中的制药设备中尤其存在如下必要性，即在线地且无干扰地在胶囊被填充之后或在胶囊被封闭之后确定分别被配量的量。恰好在制药行业的这种微配量过程中存在非常精确地确定被配量的量的必要性。

由DE 100 01 068 C1公知一种用于将粉末配量和排出到硬质明胶胶囊中的装置，其中，多个填塞冲头在沉浸到孔中时将待包装的粉末压成压坯。在此为了能够得到关于压坯质量的信息，设有检测推出冲头的回弹行程的装置，推出冲头直接设置在填塞冲头后面。

另外由WO 2004/004626A2公知一种用于光电子学地检查药品的方法，其中，为了求得药物胶囊的填充度，该胶囊被输送通过例如由激光产生的电磁场。

当然也可以借助在填充过程之前和之后对待填充的物体的称量来检查微配量过程，在微配量过程中例如少于10mg的粉末状物质被填充。但是，通过称的高精度测量恰好需要足够的时间以使测量值稳定，通常需要大于一分钟的时间。但是这样长的测量时间在填充过程的在线控制时阻碍生产过程并且相应地不符合工业要求。

发明内容

因此，本发明的任务是给出一种快速且同时无干扰的、用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，该方法以高精度确定能流动的物质的被配量的量。

以上任务根据本发明通过一种用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法解决，其中，产生太赫兹-脉冲，该太赫兹-脉冲穿过待填充的物体和能流动的物质的容纳在物体中的被配量的量，并且其中由该太赫兹-脉冲的运行时间求得能流动的物质的被配量的量。

根据本发明的方法尤其能够被用于在胶囊的制造过程期间在线测量胶囊中的粉末或液体的微配量量并且基于时间分辨的太赫兹-传输-光谱系统(THz-TDS)，其中如果待配量的物质和待填充的物体对于太赫兹波是透明的，则试样在传输中被太赫兹-光束穿过。其尤其也适合用在制药行业中。除了粉末外，当然也可以确定液体及其被配量的量。在待填充的物体的生产线中不仅可以在封闭或盖上待填充的物体之前而且可以在此之后使用本方法。

本方法同样可以对于太赫兹-系统使用，太赫兹-系统被构造为反射几何结构或者以上的时间分辨的太赫兹-传输-光谱法(THz-TDS)能够与这样的系统组合。

根据一种特别优选的实施例，确定在将能流动的物质配量到待填充的物体中之前和之后太赫兹-脉冲穿过待填充的物体的运行时间延迟并且由该运行时间延迟求得能流动的物质的被配量的量。

在此能流动的物质可以是被填充到待填充的物体中的粉末状或液态的物质。

此外，待填充的物体可以是胶囊，粉末状或液态的物质被配量到该胶囊中。

此外，在被填充的物体的制造期间可以在线地进行所述测量。

根据另一种优选的方法，执行参考测量，在参考测量中一个被填充的物体作为参考试样被制造，其中，求得能流动的物质的被配量给参考试样的质量M，其中，确定在填充参考试样之前和之后太赫兹-脉冲在传输过参考试样时的运行时间延迟τ，并且对于相应能流动的物质通过对这样确定的质量和太赫兹-脉冲的运行时间延迟τ的比较由以下公式确定校准特征值μ。

M＝μ·τ

优选地，为了在待填充的物体的填充过程期间在线测量质量，由校准特征值μ和在待填充的物体的填充期间对运行时间延迟τ的在线测量确定(即反算出)分别被配量的质量。

根据另一种优选的实施例，待填充的物体的纵轴线和太赫兹-脉冲的传播轴线这样地相互定向，使得太赫兹-脉冲沿着待填充的物体的纵轴线穿过待填充的物体和填充到其中的能流动的材料。在此，太赫兹-脉冲的焦斑直径优选调节成小于待填充的物体的内直径。

尤其在被配量的能流动物质不均匀地倾注到待填充的物体中时，可能在被透射过的物体的出射侧产生多个太赫兹-分脉冲，其中，确定每个分脉冲的运行时间差。在此，由每个运行时间差可以确定一个分质量并且由各个分质量可以确定总质量。在此总质量可以根据以下公式计算：

$M=\left(\frac{\mathrm{\μ}}{E_0}\right)\·\mathrm{\Σ}\left(E_i{\mathrm{\τ}}_i\right)=\frac{M_{\mathrm{Ref}}}{E_0{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ref}}}\·\mathrm{\Σ}\left(E_i{\mathrm{\τ}}_i\right)$

其中，“E₀”是在参考测量时太赫兹-脉冲的振幅，“M_Ref”是在参考测量时确定的质量，“τ_Ref”是在参考测量时确定的运行时间差，“E_i”是各个散射的单个脉冲的振幅，以及“τ_i”是散射的单个脉冲的测得的运行时间延迟。

附图说明

下面借助其优选实施例结合所属的附图详细阐述本发明。在附图中：

图1示出空胶囊和被填充不同质量的胶囊的测得的脉冲的波形，

图2示出太赫兹-脉冲的取决于被配量的量的时间延迟的线性关系的图表，

图3示出焦斑直径的示意图，作为穿过胶囊(待填充的物体)的太赫兹-脉冲光路的最窄的横截面，

图4示出具有电场与时间延迟的关系的图表，

图5针对在图4中所示的第一最大值、在图4中所示的第二最大值和在图4中所示的第二零位示出被填充不同质量的物体的通过称量和运行时间延迟求得的测量结果的表格，和

图6示出在真实的填充过程中经常出现的粉末松散结构的示意图。

具体实施方式

已公知的是，太赫兹波能够穿过大多数塑料材料、纸、陶瓷和其他非金属物质，尤其是也能够穿过常见的包装材料以及常见的被包装的物质(粉末和液体)，也就是说这些物质对于太赫兹-辐射是透明的。

此外公知的是，每个电磁波在穿过透明介质时需要确定的运行时间t(“Runtime”)，该运行时间与计算指数(“折射指数”)n和相应的透明介质的几何长度L的乘积成比例。计算指数n和几何长度L的乘积也被称为光学长度。运行时间t相应地由如下公式计算：

$t=\frac{L\·n}{c},$

其中，“c”表示真空中的光速，“L”表示相应的介质的几何长度，“n”表示计算指数。因此，在电磁波的通过介质产生的延迟和材料的计算指数n已知的情况下，也就知道介质的几何长度L。

以上教导动用了物理学基础并且对待填充的物体如胶囊或其它包装材料中的粉末或液体的微配量量的测量能够在胶囊的生产过程期间或者在填充包装材料时作为在线测量实现。

下面出于清楚的考虑完全以胶囊为参考，然而也可以使用所有其它形状的包装材料。

以上考虑的胶囊在填充阶段之前和之后被引入到太赫兹-时域-传输-光谱系统(THz-TDS-System)中并且被扫描。在填充阶段之前的测量代表参考-太赫兹-波形并且在填充阶段之后的测量代表试样-太赫兹-波形。参考波形和试样波形被相互比较并且由它们的比较计算出延迟时间“τ”。

如由图1所示，传输的太赫兹光束的延迟时间随着胶囊中的物质量增大而增大。

以上系统的校准通过参考测量实现，在参考测量中除了确定测试胶囊上的上述的参考太赫兹波形和试样太赫兹波形外(优选用机械的高精度称)附加地称量出被填充的测试胶囊的重量。

然后由以下公式得出校准特征值：

$M=\mathrm{\ρ}\·S\·L=\left(\frac{\mathrm{\ρ}\·S\·c}{n}\right)\·\mathrm{\τ},$

其中，“M”是测试胶囊的质量，“ρ”是测试胶囊中的粉末/液体的密度，而“S”是胶囊的横截面积。因此，该公式能够被这样地变形，使得由以下公式确定校准特征值μ：

$\mathrm{\μ}=\left(\frac{\mathrm{\ρ}\·S\·c}{n}\right).$

相应地，测得的延迟与称量出的粉末质量//液体质量直接相关联。

该校准特征值μ对于不同粉末或者对于不同液体是不同的并且对于每个生产线是唯一的。

通过该校准特征值用生产胶囊的相应在线测得的时间延迟“τ”反算出并且相应地检查被配量给包装材料的粉末质量/液体质量。因此，能够检查大量所生产的胶囊或所有生产的胶囊的各个正确的填充量。

在粉末/液体的不同的配量量上测得的时间延迟在图2中示出。

由图2得到相应测得的时间延迟和胶囊中含有的质量之间的线性关系。

关于本方法还要注意：该方法的精度随着穿过胶囊(尤其是穿过胶囊中的能流动的物质)的传输路程的增加而提高。因此，在被配量的量保持不变的情况下，胶囊的变细(尤其是胶囊直径的减小)和液柱/松散材料高度的相应延长带来本方法的精度的进一步提高。

此外有利的是，在填充过程中胶囊的纵轴线和太赫兹-脉冲的传播方向相互重合。这尤其能够通过具有附加焦点的太赫兹-系统实现，该焦点这样地构造，使得太赫兹光束的焦斑直径(焦斑大小或腰部)小于胶囊的内直径，从而光束在不接触侧壁的情况下进入胶囊、穿过该胶囊并且重新从胶囊射出。这在图3中示意性地示出。

太赫兹-光束理想地“看到”容纳在胶囊中的粉末的所有量。相应地优选具有增大的长宽比的胶囊。

此外在理想情况下粉末均匀地分布在胶囊底部上。在该理想情况下，太赫兹-光束在其整个宽度上穿过相同的松散材料高度或液柱，使得光束的波前基本上不受干扰地离开胶囊，由此太赫兹-脉冲仅获得一个时间延迟，而不发生值得一提的波形改变。

这样的情况在图1中示出，其中研究了从生产线取出的扑热息痛胶囊。太赫兹-脉冲的与填充到胶囊中的粉末质量有关的时间延迟通过对参考-太赫兹-波形和试样-太赫兹-波形的两个相同点的距离的比较测得，如以上说明的那样，即通过填充和未填充时的测量测得。

然而由于在粉末松散结构中的散射，尤其对于2THz以上的频率，优选使用参考-太赫兹-波形和试样-太赫兹-波形的第二零位，如其在图4中所示。

然而在很多其它情况下，粉末1在胶囊2中或在胶囊底部3上的分布是不均匀的(非理想的松散结构)，如在图6中示意性示出。从太赫兹光束看，在太赫兹光束的宽度上相应地得到不同的粉末厚度或液柱，由此在胶囊的不同区域中出现不同的时间延迟。在这样的非理想的情况下，应当用太赫兹光束扫描整个粉末体积，因为在太赫兹脉冲的出射侧上由于不同的延迟得到很多分脉冲(子脉冲)和由此在出射侧得到很多分辐射源。

各个分脉冲越强，则太赫兹光束的光束横截面的产生该分脉冲的区域越大。

对于各个分脉冲中的每一个(由各自的运行时间延迟)计算相应的粉末质量。各个分质量全部相加并且以该方式获得总的粉末质量。粉末的总质量由以下公式表示：

$M=\left(\frac{\mathrm{\μ}}{E_0}\right)\·\mathrm{\Σ}\left(E_i{\mathrm{\τ}}_i\right)=\frac{M_{\mathrm{Ref}}}{E_0{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ref}}}\·\mathrm{\Σ}\left(E_i{\mathrm{\τ}}_i\right),$

其中，E₀表示参考脉冲的振幅，E_i表示各个测得的分脉冲的振幅，τ_i表示各个测得的分脉冲的延迟。

变换地，也可以构成测得的各个分脉冲的质心(“centre of mass”)，其中，由质心中的波形与参考脉冲比较能求得延迟并且由这样构成的延迟能够计算出质量。

通过本方法得到相对于传统方法提高的测量精度和改善的测量可重复性。此外能够实现无干扰的测量。另外得到用于在线控制制造的方法。

在图5中给出的测试值在真实的填充情况上求得。借助太赫兹-时域-传输-光谱系统(THz-TDS)求得的测量指与由称量方法得到的结果比较。已经证实：本方法具有比通过精确称量的直接测量更高的精度和可重复性。

Claims (12)

1.用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，产生太赫兹-脉冲，所述太赫兹-脉冲穿过待填充的物体和能流动的物质的容纳在该物体中的被配量的量，并且其中由所述太赫兹-脉冲的运行时间求得能流动的物质的被配量的量。

2.根据权利要求1所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，确定在将能流动的物质配量到待填充的物体中之前和之后太赫兹-脉冲穿过待填充的物体的运行时间延迟(τ)并且由所述运行时间延迟(τ)求得能流动的物质的被配量的量。

3.根据权利要求1或2所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，能流动的物质是被填充到待填充的物体中的粉末状或液态的物质。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，待填充的物体是胶囊，粉末状或液态的物质被配量到该胶囊中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，在被填充的物体的制造期间在线地进行测量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，执行参考测量，在该参考测量中制造一个被填充的物体作为参考试样，其中，求得能流动的物质的被配量给参考试样的质量(M)，其中，确定在填充参考试样之前和之后太赫兹-脉冲在传输经过参考试样时的运行时间延迟(τ)，并且其中对于相应的能流动的物质通过对这样确定的质量(M)和太赫兹-脉冲的运行时间延迟(τ)的比较由公式M＝μ·τ确定校准特征值μ。

7.根据权利要求6所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，由校准特征值μ和在待填充的物体被填充期间对运行时间延迟(τ)的在线测量来确定分别被配量的质量。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，待填充的物体和/或太赫兹-脉冲的轴线这样地定向，使得太赫兹-脉冲沿着待填充的物体的纵轴线穿过待填充的物体和填充到该物体中的能流动的材料。

9.根据权利要求8所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，太赫兹-脉冲的焦斑直径被调节成小于待填充的物体的内直径。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，在出射侧产生多个太赫兹-分脉冲，确定每个脉冲的运行时间差(τ)。

11.根据权利要求10所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，由每个运行时间差(τ)确定一个分质量并且由各个分质量确定总质量。

12.根据权利要求11所述的用于确定能流动的物质的被配量到待填充的物体中的量的方法，其中，所述总质量根据以下公式计算：

$M=\left(\frac{\mathrm{\μ}}{E_0}\right)\·\mathrm{\Σ}\left(E_i{\mathrm{\τ}}_i\right)=\frac{M_{\mathrm{Ref}}}{E_0{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{Ref}}}\·\mathrm{\Σ}\left(E_i{\mathrm{\τ}}_i\right)$

其中，“E₀”是在参考测量时太赫兹-脉冲的振幅，“M_Ref”是在参考测量时求得的质量，“τ_Ref”是在参考测量时求得的运行时间延迟，“E_i”是各个散射的单个脉冲的振幅，而“τ_i”是散射的单个脉冲的被测得的运行时间延迟。

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