CN106679905A - 一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法，采用激光吸收光谱技术反演水蒸汽浓度从而实现对密封瓶密封完整性进行在线实时检漏的方法，能够实现无干扰的实时在线检测，具有灵敏度高、精度高、响应快、装置简单、易操作等特点，可广泛地应用于制药领域的包装检漏检测，也可运用至食品等行业的检测。

Description

一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法

技术领域

本发明涉及密封瓶密封完整性检漏领域，特别涉及一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法。

背景技术

根据国家对无菌药品包装的规定，包装容器的密封性应当经过验证，避免产品遭受污染。无菌产品的容器密封系统应防止微生物侵入。

通常使用的无菌药品包装包括胶塞与西林瓶，而胶塞与西林瓶的密封部位主要是西林瓶的瓶口内侧和胶塞开口上方的侧面进行匹配密封，压塞不到位或是西林瓶与胶塞尺寸不匹配将导致产品密封性得不到保证，微生物将侵入产品。

为了检测西林瓶密封完整性如何，传统的检漏方法包括微生物实验法、亚甲基蓝溶液法及高压放电法。然而，微生物实验法灵敏度不高，抽检效率低；亚甲基蓝溶液法属于干扰性检漏，灵敏度不高，检测结果不精确，高压放电法只能检测具有一定导电能力的溶液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法，具有抗干扰、高精度、高灵敏度、快响应的在线实时检漏的特点。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，包括：激光源、光电探测器及数据采集处理系统，其中，所述激光源发射激光透过密封瓶照射至所述光电探测器上，所述数据采集处理系统与所述激光源及所述光电探测器相连，获取并处理所述光电探测器上的信息。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置中，所述数据采集处理系统包括数据采集卡及计算机，所述数据采集卡与所述光电探测器相连，所述数据采集卡与所述计算机相连。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置中，所述数据采集卡为USB型数据采集卡。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置中，所述激光源包括激光控制器和半导体激光器，所述半导体激光器与所述激光控制器相连，所述数据采集卡与所述激光控制器相连。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置中，还包括准直器，所述激光源发射激光通过上述准直器进行准直后，再透过密封瓶照射至所述光电探测器上。

在本发明中，还提出了一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，使用如上文所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置进行检漏测试，包括步骤：

使激光源发射激光透过密封瓶照射至光电探测器上；

数据采集处理系统获取并处理所述光电探测器上的信息；

数据采集处理系统根据所述信息得出密封瓶内水蒸汽浓度值，从而对密封瓶的密封性进行判断。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，所述激光源包括相连的激光控制器和半导体激光器，所述数据采集处理系统包括相连的数据采集卡及计算机，所述数据采集卡与所述激光控制器相连，调节所述激光控制器的温度和电流参数，数据采集处理系统输出的锯齿波电流调制激光控制器，使激光按照预定频率扫描水蒸汽的整条吸收谱线。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，所述温度范围是10℃～20℃。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，所述电流范围是150mA～250mA。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，所述预定频率为800Hz～1200Hz。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，利用基于法布里-伯罗标准具标定的多项式将所述光电探测器采集的信号由时域转换为频域，所述基于法布里-伯罗标准具标定的多项式为：y＝-0.0418915+0.000275505*x+2.06126e-8*x2-2.45914e-12*x3，其中，y为相对波数值，x即数据采集点数。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，通过去除基线获得水蒸汽的吸收谱线，对该水蒸汽吸收谱线进行拟合并计算积分面积。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，基于比尔-朗伯定律，水蒸汽的浓度可由下式确定：

其中，A为水蒸气吸收光谱线的积分面积，P为总压，L为光程，S(T)为水蒸气吸收谱线强度，是温度T的函数。

进一步的，在所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法中，设定一个阈值，若测得水蒸汽浓度大于或等于所述阈值，则认定密封瓶存在泄漏，若测得水蒸汽浓度小于所述阈值，则认定密封瓶不存在泄漏。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：采用激光吸收光谱技术反演水蒸汽浓度从而实现对密封瓶密封完整性进行在线实时检漏的方法，能够实现无干扰的实时在线检测，具有灵敏度高、精度高、响应快、装置简单、易操作等特点，可广泛地应用于制药领域的包装检漏检测，也可运用至食品等行业的检测。

附图说明

图1为本发明一实施例中基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中光电探测器收到的原始信号曲线图；

图3为本发明一实施例中计算机经过处理后的水蒸汽吸收谱线的曲线图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，在本实施例中，提出了一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，包括：激光源、光电探测器4及数据采集处理系统，其中，所述激光源发射激光透过密封瓶(未标号)照射至所述光电探测器4上，所述数据采集处理系统与所述激光源及所述光电探测器4相连，获取并处理所述光电探测器4上的信息。

其中，所述数据采集处理系统包括数据采集卡5及计算机6，所述数据采集卡5与所述光电探测器4相连，用于采集数据，所述数据采集卡5与所述计算机6相连，用于将采集到的数据传输至计算机6中，从而进行相应的分析。其中，所述数据采集卡5可以为USB型数据采集卡5。

在本实施例中，所述激光源包括激光控制器1和半导体激光器2，所述半导体激光器2与所述激光控制器1相连，所述激光控制器与1与半导体激光器2集成在一个发射单元里，所述数据采集卡5还与所述激光控制器1相连，用于输出波形至激光控制器1，从而对半导体激光器2发出的激光频率进行调整。

此外，基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置还包括准直器3，所述半导体激光器2发射激光通过所述准直器3进行准直后，再透过密封瓶(可以为西林瓶)照射至所述光电探测器4上。

在本实施例的另一方面，还提出了一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，使用如上文所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置进行检漏测试，包括步骤：

S100：使激光源发射激光透过密封瓶照射至光电探测器上；

S200：数据采集处理系统获取并处理所述光电探测器上的信息；

S300：数据采集处理系统根据所述信息得出密封瓶内水蒸汽浓度值，从而对密封瓶的密封性进行判断。

在步骤S100中，先调节准直器3、西林瓶与光电探测器4的位置；再打开激光控制器1，调节激光控制器1的温度和电流参数，并由USB数据采集卡5输出的锯齿波电流调制激光控制器1，使激光按照预定频率扫描水蒸汽的整条吸收谱线。

所述温度范围是10℃～20℃，例如是16℃，所述电流范围是150mA～250mA，例如是200mA。所述预定频率为800Hz～1200Hz，例如是1000Hz。

其中，光电探测器4采集原始信号(如图2所示)并传输给USB数据采集卡5，并由计算机6进行信号的后处理。

利用基于法布里-伯罗标准具标定的多项式将所述光电探测器4采集的信号由时域转换为频域，所述基于法布里-伯罗标准具标定的多项式为：y＝-0.0418915+0.000275505*x+2.06126e-8*x2-2.45914e-12*x3，其中，y为相对波数值，x即数据采集点数。

通过去除基线获得水蒸汽的吸收谱线(如图3所示)，对该水蒸汽吸收谱线进行拟合并计算积分面积。

基于比尔-朗伯定律，水蒸汽的浓度可由下式确定：

其中，A为水蒸气吸收光谱线的积分面积，P为总压，L为光程，S(T)为水蒸气吸收谱线强度，是温度T的函数。

可见，本发明的原理是通过电流调谐半导体激光器快速扫描水蒸气窄带吸收峰(1392nm)，基于比尔-朗伯定律反演水蒸汽浓度，从而判断西林瓶是否泄漏。设定一个阈值，如果激光光程内所测得的水蒸汽浓度高于该阈值，西林瓶被认定为泄漏，反之则认定为密封性较好。该装置的扫描频率高，从而可以确保西林瓶在传输装置上的在线实时检漏。

综上，在本发明实施例提供的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置及方法中，采用激光吸收光谱技术反演水蒸汽浓度从而实现对密封瓶密封完整性进行在线实时检漏的方法，能够实现无干扰的实时在线检测，具有灵敏度高、精度高、响应快、装置简单、易操作等特点，可广泛地应用于制药领域的包装检漏检测，也可运用至食品等行业的检测。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，其特征在于，包括：激光源、光电探测器及数据采集处理系统，其中，所述激光源发射激光透过密封瓶照射至所述光电探测器上，所述数据采集处理系统与所述激光源及所述光电探测器相连，获取并处理所述光电探测器上的信息。

2.如权利要求1所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，其特征在于，所述数据采集处理系统包括数据采集卡及计算机，所述数据采集卡与所述光电探测器相连，所述数据采集卡与所述计算机相连。

3.如权利要求2所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，其特征在于，所述数据采集卡为USB型数据采集卡。

4.如权利要求2所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，其特征在于，所述激光源包括激光控制器和半导体激光器，所述半导体激光器与所述激光控制器相连，所述数据采集卡与所述激光控制器相连。

5.如权利要求1所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置，其特征在于，还包括准直器，所述激光源发射激光通过所述准直器进行准直后，再透过密封瓶照射至所述光电探测器上。

6.一种基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，使用如权利要求1至5中所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的装置进行检漏测试，其特征在于，包括步骤：

使激光源发射激光透过密封瓶照射至光电探测器上；

数据采集处理系统获取并处理所述光电探测器上的信息；

数据采集处理系统根据所述信息得出密封瓶内水蒸汽浓度值，从而对密封瓶的密封性进行判断。

7.如权利要求6所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，所述激光源包括相连的激光控制器和半导体激光器，所述数据采集处理系统包括相连的数据采集卡及计算机，所述数据采集卡与所述激光控制器相连，调节所述激光控制器的温度和电流参数，数据采集处理系统输出的锯齿波电流调制激光控制器，使激光按照预定频率扫描水蒸汽的整条吸收谱线。

8.如权利要求7所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，所述温度范围是10℃～20℃。

9.如权利要求7所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，所述电流范围是150mA～250mA。

10.如权利要求7所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，所述预定频率为800Hz～1200Hz。

11.如权利要求6所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，利用基于法布里-伯罗标准具标定的多项式将所述光电探测器采集的信号由时域转换为频域，所述基于法布里-伯罗标准具标定的多项式为：y＝-0.0418915+0.000275505*x+2.06126e-8*x2-2.45914e-12*x3，其中，y为相对波数值，x即数据采集点数。

12.如权利要求6所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，通过去除基线获得水蒸汽的吸收谱线，对该水蒸汽吸收谱线进行拟合并计算积分面积。

13.如权利要求12所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，基于比尔-朗伯定律，水蒸汽的浓度可由下式确定：

$x_{H2O}=\frac{A}{PS\left(T\right)L}$

其中，A为水蒸气吸收光谱线的积分面积，P为总压，L为光程，S(T)为水蒸气吸收谱线强度，是温度T的函数。

14.如权利要求6所述的基于激光技术的密封瓶密封完整性检漏的方法，其特征在于，设定一个阈值，若测得水蒸汽浓度大于或等于所述阈值，则认定密封瓶存在泄漏，若测得水蒸汽浓度小于所述阈值，则认定密封瓶不存在泄漏。