CN115266605A - 一种瓶装口服液内异物检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓶装口服液内异物检测系统，涉及瓶装液体内异物检测领域，尤其是瓶装口服液内异物检测领域，具体为：相干光源，光谱测量单元，参考臂单元，测量臂单元，数据采集处理单元和待测物体单元；相干光源通过光纤耦合器将光分为测量光和参考光，测量光进入测量臂单元，并对待测物体瓶底进行扫射，经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射，该散射光被测量臂单元收集，返回至光纤耦合器与参考臂单元返回的参考光汇合并产生干涉，干涉光进入光谱测量单元，数据采集单元对光谱测量单元的数据进行分析，判断瓶装液体内异物信息。该检测系统可以检测任意颜色口服液内异物，且不受环境杂散光影响，系统体积小，检测效率高，误判率低。

Description

一种瓶装口服液内异物检测系统

技术领域

本发明涉及瓶装液体内异物检测领域，具体为一种瓶装口服液内异物检测领域。

背景技术

口服液，由于其生产工艺的原因，其液体的颜色各异，且大部分是半透明的，甚至近乎不透明的状态，而混入液体中的外来不可溶异物一般其体积比较小。经过市场分析，目前口服液中异物的检测方法主要还是人工强光检测。人工检测方法主要是在暗室中用强光照射口服液，通过工作人员肉眼逐瓶观察进行异物检测，这种方法不仅工作量大，检测精度差，误检率高等，更对人的眼睛造成很大的损伤。随着机器视觉技术的发展，对于一些药液的检测，市场上已出现了一些智能灯检设备，但是这些设备检测的对象主要是针对一些无色透明的药液，如安瓿、注射液、输液等。而对于本发明中半透明状态的口服液中的体积较小的不可溶异物，采用二维的视觉成像系统进行探测，异物的图像信息和光源以及环境光经瓶壁的散射噪声重叠在一起，虽然针对不同品牌和颜色的口服液采用不同波长的光源，检测效果会得到明显提升，但还是由于信号强度本身较弱，很容易出现漏检或者误踢的情况发生，当前国内少数几家药厂引进的检测设备在实际的使用中都不能达到理想的检测结果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种瓶装口服液内异物检测系统，解决了上述背景技术中提出现有的人工检测瓶装口服液效率低下，误判率高，强光伤眼以及机器视觉检测漏检或者误踢、效果不理想的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种瓶装口服液内异物检测系统，包括：

相干光源，其经过合二分二光纤耦合器，被分为两路；

测量臂单元，其与所述相干光源经合二分二光纤耦合器的一个分路相连；

参考臂单元，其与所述相干光源经合二分二光纤耦合器的另一个分路相连；

待测物体单元，其通过经所述测量臂单元的光扫射，并将产生的散射光经所述测量臂单元返回；

光谱测量单元，其与所述测量臂单元返回的光和所述参考臂单元返回的光经二分二光纤耦合器汇合后的总路相连；

数据采集单元，与所述光谱测量单元相连，分析所述光谱测量单元反馈的数据，并得出测量结果。

可选的，所述相干光源经过分配比例为50/50的合二分二光纤耦合器分为两路，分别作为参考光和测量光，分配比例依据现场测量表面的反光情况选择最优化值，并经带FC/APC法兰头的单模光纤输出。

可选的，所述参考臂单元包括偏振控制器，准直透镜，聚焦场镜和反射镜，所述相干光源经过合二分二光纤耦合器出来的参考光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入所述光纤偏振控制器调整偏振方向后经所述准直透镜输出为自由空间准直光；再经所述聚焦透镜聚焦再垂直入射到固定在二维角度调整架上的所述反射镜，保证光原路返回并重新耦合入光纤。

可选的，所述测量臂单元包括光纤偏振控制器、准直透镜、扫描振镜和聚焦场镜，所述相干光源经过合二分二光纤耦合器出来的测量光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入所述光纤偏振控制器调整偏振方向后经所述准直透镜成为平行光束，再经所述扫描振镜后再通过所述聚焦场镜打到口服液瓶的底部。所述测量臂单元接收测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射的光，原路返回，并与所述参考臂单元返回的参考光重新耦合入光纤输出干涉光。

可选的，所述待测物体单元线性排列有若干匀速水平运动的待测瓶装口服液，经所述测量臂单元的测量光射入待测瓶装口服液底部，测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射，散射光被所述测量臂单元接收。

可选的，所述相干光源采用低相干光源。

可选的，所述光谱测量单元包括偏振控制器、准直透镜、反射光栅、聚焦透镜和线阵传感器，所述干涉光通过所述偏振控制器调节，使得经光纤耦合器返回的测量光和参考光的偏振方向相同且都为线偏振光后经光纤头FC/APC输出，再经所述准直透镜准直为平行光，准直光以特定角度入射到所述反射光栅表面，所述反射光栅须固定在角度调整架上，通过调整角度使光的衍射效率达到最大，经过反射光栅衍射后的干涉光入射到所述聚焦透镜，所述聚焦透镜须放置于使得所述反射光栅中心位于该透镜的焦点处的位置，经所述反射光栅衍射的衍射光进入所述线阵传感器完成光信号到模拟电信号的转变。

可选的，所述相干光源采用一个输出波长随时间高速扫描的窄线宽扫频光源。

可选的，所述光谱测量单元包括偏振控制器和高速光电测量器，所述干涉光通过所述偏振控制器调节，使得经光纤耦合器返回的测量光和参考光的偏振方向相同且都为线偏振光后经光纤头APC输出，再经所述高速光电测量器记录每一个波长的信号进而得到干涉光谱，完成光信号到模拟电信号的转变。

可选的，所述数据采集单元包括计算机分析和显示单元和报警剔除单元，所述数据采集单元将所述光谱测量单元的模拟信号转换为数字信号，并进行分析和显示，得出最终结果，当检测到瓶装口服液内异物时，发出报警并标记剔除。

本发明提供了一种瓶装口服液内异物检测系统，具备以下有益效果：

该检测系统采用超外差探测技术，接收测量光被瓶表面和内部的散射信号，通过数据处理直接对待检测口服液瓶内部结构进行空间高分辨的检测方法，对口服液瓶内异物进行检测。此方法的优点如下：首先系统利用的是相干光源，通过光干涉的原理进行测量，环境杂散光对探测没有影响，其次其能够获取深度方向待测物体的物质光散射信息，可以获得空气与瓶底，瓶底和药液以及药液与可能存在的异物界面位置和尺寸信息。且其不论对何种颜色的口服液同样适用，不需要像视觉成像需根据不同颜色的药液调整算法。最后，整个系统比较紧凑，体积小，检测效率高，误判率低，且只需要瓶装口服液匀速地平移运动，不需要像视觉检测那样需要对口服液瓶进行旋转运动。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的一种瓶装口服液内异物检测系统组成整体结构图；

图2是本发明实施例提供的一种瓶装口服液内异物检测系统中相干光源为低相干光源的具体组成结构图；

图3是本发明实施例提供的一种瓶装口服液内异物检测系统中相干光源为一个输出波长随时间高速扫描的窄线宽扫频光源的具体组成结构图。

图4是本发明实施例提供的一种瓶装口服液内异物检测系统最终测量分析所得光谱和波峰图。

具体实施方式

本发明的一个实施例，请参阅图1和图2，本发明提供技术方案：一种瓶装口服液内异物检测系统，包括：

低相干光源1为超辐射发光二极管，经带FC/APC法兰头的单模光纤输出的光源经光隔离器2和50/50光纤耦合器3被分为两路，分别作为参考光和测量光，并经带FC/APC法兰头的单模光纤输出；

参考臂单元4，其与参考光分路相连；

测量臂单元9，其与测量光分路相连；

待测物体单元14，测量臂单元9的光射入待测物体单元14，并将产生的散射光经测量臂单元9返回；

光谱测量单元16，其与测量臂单元9返回的光以及参考臂单元4返回的光经50/50光纤耦合器3汇合后的总路相连；

数据采集处理单元22，与光谱测量单元16相连，分析光谱测量单元16反馈的数据，并得出测量结果。

参考臂单元4包括偏振控制器5，准直透镜6，聚焦透镜7和反射镜8，参考光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入光纤偏振控制器5调整偏振方向；经准直透镜6输出为自由空间准直光，准直光经聚焦透镜7聚焦再垂直入射到固定在二维角度调整架上的所述反射镜8，保证光原路返回并重新耦合入光纤。

测量臂单元9包括光纤偏振控制器10、准直透镜11、扫描振镜12和聚焦场镜13，测量光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入光纤偏振控制器10调整偏振方向后经准直透镜11成为平行光束；经扫描振镜12后再通过聚焦场镜13打到瓶装口服液15的底部。测量臂单元9接收测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射的光，原路返回，并与参考臂单元4返回的参考光重新耦合入光纤输出干涉光。

待测物体单元14线性排列有若干匀速水平运动的待测瓶装口服液15，经测量臂单元9的测量光射入待测瓶装口服液15的底部，测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射，散射光被测量臂单元9接收。

光谱测量单元16包括偏振控制器17、准直透镜18、反射光栅19、聚焦透镜20以及线阵传感器21，干涉光通过偏振控制器17调节，使得经50/50光纤耦合器3返回的测量光和参考光的偏振方向相同且都为线偏振光；经光纤头APC输出，再经准直透镜18准直为平行光，准直光以特定角度入射到反射光栅19表面，反射光栅19须固定在角度调整架上，通过调整角度使光的衍射效率达到最大，经过反射光栅19衍射后的干涉光入射到聚焦透镜20，聚焦透镜20须放置于使得反射光栅19中心位于聚焦透镜20的焦点处的位置，经反射光栅19衍射的衍射光进入线阵传感器21完成光信号到模拟电信号的转变。

数据采集处理单元22包括计算机分析和显示单元23、报警剔除单元24，数据采集处理单元22将光谱测量单元16的模拟信号转换为数字信号，并进行分析和显示，得出最终结果，当检测到瓶装口服液内异物时，报警剔除单元24发出报警并标记剔除。

综上，该一种瓶装口服液内异物检测系统，工作流程细节如下：首先低相干光源1，本实施例采用超辐射发光二极管，发出的光由带FC/APC头的单模光纤输出；利用法兰盘接入光纤隔离器2，光输出后经法兰盘接入50/50光纤耦合器3，经50/50光纤耦合器3输出的光依次作为参考光和探测光，分别接入参考臂单元4和探测臂单元9。

参考光经FC/APC光纤头输出后经法兰盘注入光纤偏振控制器5，先经偏振控制器5调整偏振方向后经准直透镜6输出为自由空间准直光，准直光经聚焦透镜7聚焦再垂直入射到反射镜8，反射镜8固定在二维角度调整架上，保证光原路返回并重新耦合入光纤。

探测光从光纤FC/APC光纤头输出后先经法兰盘耦合入光纤偏振控制器10；经准直透镜11成为平行光束，平行光束经反复扫描的反射振镜12后再通过聚焦场镜13打到瓶装口服液15的底部，在瓶装口服液15横向运动的过程中，利用反射振镜12在与瓶装口服液15平移方向相互垂直的方向对瓶装口服液15的底部进行扫描，即可获取整个瓶装口服液15竖直方向不同界面对光的散射信息，包括空气与瓶底部的界面，瓶底部和口服液的界面，以及口服液和可能存在的异物之间的界面的光散射信息，通过这些散射信息即可以获得整个瓶底部的位置，也可以识别可能存在的瓶内的异物的位置和尺寸信息。散射后的光再重新被聚焦场镜13收集后耦合入光纤。返回的参考光和探测光经50/50光纤耦合器3汇合后再从50/50光纤耦合器3另一个端口输出，汇合后输出的光为干涉光。

干涉光进入光谱测量单元16，此时调节偏振控制器17，使得探测光和参考光的偏振反向相同且都为线偏振光。干涉光从光纤头APC输出后经准直透镜18准直为平行光，准直光以特定角度入射到反射光栅19表面，反射光栅19须固定在角度调整架上，通过调整角度使光的衍射效率达到最大，经过反射光栅19衍射后的干涉光入射到聚焦透镜20，该透镜须放置合适的位置，使得反射光栅19中心位于该聚焦透镜20的焦点处，经反射光栅19衍射的衍射光进入线阵传感器21，本实施例中线阵传感器21采用CMOS传感器，完成光信号到模拟电信号的转变。

模拟信号进入到数据处理分析单元22数字化，数字化的波形信号通过高速传输总线实时上传给计算机分析和显示模块22，进行分析转化，实现频域到空间域的转换，得到空气与瓶底部的界面，瓶底部和口服液的界面，以及口服液和可能存在的异物之间的界面的光谱信息，根据空间域波峰的中心位置以及强度即判断是否有异物，分析结果参照图4，如果有异物，报警剔除系统24发出报警并标记剔除。

本发明的另一个实施例，请参阅图1和图3，本发明提供技术方案：一种瓶装口服液内异物检测系统，包括：

相干光源为一个输出波长随时间高速扫描的窄线宽扫频光源1，经带FC/APC法兰头的单模光纤输出的光源经光隔离器2以及50/50光纤耦合器3被分为两路，分别作为参考光和测量光，并经带FC/APC法兰头的单模光纤输出；

参考臂单元4，其与参考光分路相连；

测量臂单元9，其与测量光分路相连；

待测物体单元14，测量臂单元9的光射入待测物体单元14，并将产生的散射光经测量臂单元9返回；

光谱测量单元16，其与测量臂单元9返回的光以及参考臂单元4返回的光经50/50光纤耦合器3汇合后的总路相连；

数据采集处理单元19，与光谱测量单元16相连，分析光谱测量单元16反馈的数据，并得出测量结果。

参考臂单元4包括偏振控制器5，准直透镜6，聚焦透镜7和反射镜8，参考光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入光纤偏振控制器5调整偏振方向，经准直透镜6输出为自由空间准直光，准直光经聚焦透镜7聚焦再垂直入射到固定在二维角度调整架上的所述反射镜8，保证光原路返回并重新耦合入光纤。

测量臂单元9包括光纤偏振控制器10、准直透镜11、扫描振镜12和聚焦场镜13，测量光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入光纤偏振控制器10调整偏振方向后经准直透镜11成为平行光束，平行光束经扫描振镜12后再通过聚焦场镜13打到瓶装口服液15的底部。测量臂单元9接收测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射的光，原路返回，并与参考臂单元4返回的参考光重新耦合入光纤输出干涉光。

待测物体单元14线性排列有若干匀速水平运动的待测瓶装口服液15，经测量臂单元9的测量光射入待测瓶装口服液15的底部，测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射，散射光被测量臂单元9接收。

光谱测量单元16包括偏振控制器17和高速光电探测器18，干涉光通过偏振控制器17调节，使得经50/50光纤耦合器3返回的测量光和参考光的偏振方向相同且都为线偏振光后经光纤头APC输出，高速光电探测器18表面有光照射时，将光信号转变为电信号。

数据采集处理单元19包括计算机分析和显示单元20、报警剔除单元21，数据采集处理单元20将光谱测量单元16的电信号转换为数字信号，并进行分析和显示，得出每一个波长的信号进而得到干涉光谱，当检测到瓶装口服液内异物时，报警剔除单元21发出报警并标记剔除。

综上，该一种瓶装口服液内异物检测系统，工作流程细节如下：首先扫频光源1，发出的光由带FC/APC头的单模光纤输出，利用法兰盘接入光纤隔离器2，光输出后经法兰盘接入50/50光纤耦合器3，经50/50光纤耦合器3输出的光依次作为参考光和探测光，分别接入参考臂单元4和探测臂单元9。

参考光经FC/APC光纤头输出后经法兰盘注入光纤偏振控制器5，先经偏振控制器5调整偏振方向后经准直透镜6输出为自由空间准直光，准直光经聚焦透镜7聚焦再垂直入射到反射镜8，反射镜8固定在二维角度调整架上，保证光原路返回并重新耦合入光纤。

探测光从光纤FC/APC光纤头输出后先经法兰盘耦合入光纤偏振控制器10，经准直透镜11成为平行光束，平行光束经反复扫描的反射振镜12后再通过聚焦场镜13打到瓶装口服液15的底部，在瓶装口服液15横向运动的过程中，利用反射振镜12在与瓶装口服液15平移方向相互垂直的方向对瓶装口服液15的底部进行扫描，即可获取整个瓶装口服液15竖直方向不同界面对光的散射信息，包括空气与瓶底部的界面，瓶底部和口服液的界面，以及口服液和可能存在的异物之间的界面的光散射信息。散射后的光再重新被聚焦场镜13收集后耦合入光纤。返回的参考光和探测光经50/50光纤耦合器3汇合后再从50/50光纤耦合器3另一个端口输出，汇合后输出的光为干涉光。

干涉光进入光谱测量单元16，此时调节偏振控制器17，使得探测光和参考光的偏振反向相同且都为线偏振光。干涉光从光纤头APC输出后经高速光电探测器18转换为电信号。

电信号进入到数据处理分析单元19数字化，数字化的波形信号通过高速传输总线实时上传给计算机分析和显示模块20，进行分析转化，实现频域到空间域的转换，得到空气与瓶底部的界面，瓶底部和口服液的界面，以及口服液和可能存在的异物之间的界面的光谱信息，根据空间域波峰的中心位置以及强度即判断异物信息，分析结果参照图4，如果有异物，报警剔除系统21发出报警并标记剔除。

Claims (10)

1.一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，包括：

相干光源，其经过合二分二光纤耦合器，被分为两路；

测量臂单元，其与所述相干光源经合二分二光纤耦合器的一个分路相连；

参考臂单元，其与所述相干光源经合二分二光纤耦合器的另一个分路相连；

待测物体单元，其通过经所述测量臂单元的光扫射，并将产生的散射光经所述测量臂单元返回；

光谱测量单元，其与所述测量臂单元返回的光以及所述参考臂单元返回的光经二分二光纤耦合器汇合后的总路相连；

数据采集处理单元，与所述光谱测量单元相连，分析所述光谱测量单元反馈的数据，并得出测量结果。

2.根据权利要求1所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述相干光源经过分配比例为50/50的合二分二光纤耦合器分为两路，分别作为参考光和测量光，并经带FC/APC法兰头的单模光纤输出。

3.根据权利要求1所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述参考臂单元包括偏振控制器，准直透镜，聚焦场镜和反射镜，所述相干光源经过合二分二光纤耦合器出来的参考光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入所述光纤偏振控制器调整偏振方向；经所述准直透镜输出为自由空间准直光；再经所述聚焦透镜聚焦再垂直入射到固定在二维角度调整架上的所述反射镜，保证光原路返回并重新耦合入光纤。

4.根据权利要求1所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述测量臂单元包括光纤偏振控制器、准直透镜、扫描振镜和聚焦场镜，所述相干光源经过合二分二光纤耦合器出来的测量光经带FC/APC法兰头的单模光纤注入所述光纤偏振控制器调整偏振方向后经所述准直透镜成为平行光束，再经所述扫描振镜后再通过所述聚焦场镜打到口服液瓶的底部，测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射的光，原路返回，并与所述参考臂单元返回的参考光重新耦合入光纤输出干涉光。

5.根据权利要求1所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述待测物体单元线性排列有若干匀速水平运动的待测瓶装口服液，经所述测量臂单元的测量光射入待测瓶装口服液底部，测量光经瓶底、药液及可能存在的异物表面散射，散射光被所述测量臂单元接收。

6.根据权利要求2所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述相干光源采用低相干光源。

7.根据权利要求6所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述光谱测量单元包括偏振控制器、准直透镜、反射光栅、聚焦透镜和线阵传感器，所述干涉光通过所述偏振控制器调节，使得经光纤耦合器返回的测量光和参考光的偏振方向相同且都为线偏振光；经光纤头FC/APC输出，再经所述准直透镜准直为平行光，准直光以特定角度入射到所述反射光栅表面，所述反射光栅须固定在角度调整架上，通过调整角度使光的衍射效率达到最大，经过反射光栅衍射后的干涉光入射到所述聚焦透镜，所述聚焦透镜须放置于使得所述反射光栅中心位于该透镜的焦点处的位置，经所述反射光栅衍射的衍射光进入所述线阵传感器完成光信号到模拟电信号的转变。

8.根据权利要求2所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述相干光源采用一个输出波长随时间高速扫描的窄线宽扫频光源。

9.根据权利要求8所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述光谱测量单元包括偏振控制器和高速光电测量器，所述干涉光通过所述偏振控制器调节，使得经光纤耦合器返回的测量光和参考光的偏振方向相同且都为线偏振光，经光纤头FC/APC输出，再经所述高速光电测量器记录每一个波长的信号进而得到干涉光谱，完成光信号到模拟电信号的转变。

10.根据权利要求1所述的一种瓶装口服液内异物检测系统，其特征在于，所述数据采集单元包括计算机分析和显示单元和报警剔除单元，所述数据采集单元将所述光谱测量单元的模拟信号转换为数字信号，并进行分析和显示，得出最终结果，当检测到瓶装口服液内异物时，发出报警并标记剔除。

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