一种玻璃容器内气体浓度测量装置及玻璃容器质检设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种玻璃容器内气体浓度测量装置及玻璃容器质检设备，包括激光发射模块、信号处理模块和气体发射装置，气体发射装置用于产生包裹激光发射模块与玻璃容器之间激光束的第一保护气体束以及包裹信号处理模块与玻璃容器之间激光束的第二保护气体束；所述第一保护气体束和第二保护气体束的吸收谱线处于所述激光发射模块的调谐范围之外。本实用新型专利技术解决了由于开放环境中其他气体成分的干扰使得每个周期的二次谐波呈现出无规律的上下跳动的问题，同时解决了温度、压强等环境因素变化导致二次谐波幅值一致性差的问题，最终大幅地提高了待测气体浓度检测精度和检测系统稳定度。

A device for measuring gas concentration in glass container and a quality inspection device for glass container

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃容器内气体浓度测量装置及玻璃容器质检设备
本技术属于气体检测
，尤其涉及一种玻璃容器内气体浓度测量装置及玻璃容器质检设备。
技术介绍
气体浓度检测技术在环保、石化、冶金、制药、航空等领域应用越来越广泛，可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术与其他光谱技术相比，有如下优点：非侵入式测量、对目标气体选择性高以及很好的通用性，国内外已有采用激光进行在线检测封装玻璃药瓶内氧气浓度的方法，如Lighthouse公司研制了一款药瓶氧气定量检测的仪器，能够高精度的区分不同浓度的玻璃药瓶，但是只能进行氧气浓度的静态检测，不能满足制药车间对大规模药瓶的氧气浓度在线全检；专利CN201610042058.1公开了一种玻璃药瓶内氧气含量的检测装置与方法，该方法考虑了激光检测光路上玻璃药瓶外空气对检测的影响，公开的“背景扣除”方法中，事先进行标准瓶(0％氧气浓度)模型特征测定，事后进行对当前测试量的背景噪声扣除，具有一定背景噪声抑制的短时效益，但是忽略了外部空气的时变特性和玻璃药瓶的个体差异，存在抗干扰性能不稳定的缺点，尚不能精确地测量出每个玻璃药瓶内氧气浓度，多用于玻璃药瓶内氧含量的定性判定。为了满足制药车间大规模玻璃药瓶的氧气浓度在线全检要求，需要考虑开放环境对激光吸收信号的影响，由于激光器与玻璃瓶之间、玻璃瓶和检测器之间会存在较大间距，一般各为30毫米至60毫米间，且随着药品批次、封装工艺等生产因素而改变；另一方面，待测药瓶的待测空间长度(瓶内径)约为15毫米、20毫米等规格；再者，瓶外光程中存在的气体(大多为空气，并混入车间的少量过程气体)易受到温度、压强及气流等环境因素的干扰，其中气体分子对激光的吸收光强具有很大的随机性。上述实际工况导致激光器到检测器间的光程复杂时变，进而检测器难以获得稳定的二次谐波特征，也难以确定适配的浓度阈值。因此，寻找一种能够消除开放环境因素干扰的方法，能够大幅提升氧气浓度检测精度，进而支撑TDLAS技术实现玻璃药瓶的氧气浓度在线检测，是目前亟待解决的一个技术问题。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术的目的之一在于提供一种玻璃容器内气体浓度测量装置，以解决现有技术由于开放环境因素干扰致使二次谐波不稳定的现象，导致难以确定适配的浓度阈值的技术问题。为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种玻璃容器内气体浓度测量装置，包括：激光发射模块，设置在玻璃容器的一侧，且其在一定宽度的波长范围内是可调谐的，该波长范围覆盖待测气体的吸收谱线；信号处理模块，设置于玻璃容器的另一侧，用于接收穿过玻璃容器射出的激光束，并对该激光束的光强度进行评估以确定玻璃容器内待测气体的浓度；该气体浓度测量装置还包括：气体发射装置，用于产生包裹激光发射模块与玻璃容器之间激光束的第一保护气体束以及包裹信号处理模块与玻璃容器之间激光束的第二保护气体束；所述第一保护气体束和第二保护气体束的吸收谱线处于所述激光发射模块的调谐范围之外。进一步的，所述信号处理模块包括信号产生模块、光电检测器、与光电检测器电性连接的信号解调模块以及与信号解调模块电性连接的谐波分析模块，其中：所述信号产生模块，用于驱动激光发射模块以及给信号解调模块输出高频信号二倍频信号；所述光电检测器，用于获取激光穿透玻璃容器后的透射光强并转换成电流信号；所述信号解调模块，用于提取输出电流信号的二次谐波电流信号；所述谐波分析模块，用于根据二次谐波电流信号获得氧气浓度。进一步的，所述激光发射模块包括激光器和用于控制激光器的激光控制模块，所述激光控制模块包括用于控制激光器工作电流的电流控制模块和用于控制激光器的工作温度的温度控制模块。进一步的，所述第一保护气体束、第二保护气体束与激光束的轴线重合。进一步的，所述第一保护气体束和第二保护气体束呈圆柱状。进一步的，所述信号产生模块输出的用于驱动所述激光发射模块的信号为低频锯齿波与高频正弦波的组合信号。进一步的，还包括用于使激光准直发射以穿过玻璃容器的准直透镜组件和用于会聚穿过玻璃容器的激光的聚焦透镜组件，所述的准直透镜设置于激光器与玻璃容器之间，所述的聚焦透镜组件设置于玻璃容器与光电检测器之间。进一步的，所述信号产生模块输出的用于驱动所述激光发射模块的信号为低频锯齿波与高频正弦波的组合信号。进一步的，第一保护气体束、第二保护气体束与激光束同轴。进一步的，所述激光器的中心波长为760nm。进一步的，所述玻璃容器为玻璃药瓶，所述待测气体为氧气。进一步的，所述第一保护气体束和第二保护气体束为氮气束。进一步的，所述气体发射装置包括压力气源、第一气体喷嘴和第二气体喷嘴，所述第一气体喷嘴套设在所述激光发射模块的激光发射口外，所述第二气体喷嘴套设在所述信号处理模块的激光入射口外，所述压力气源通过输送管道分别与所述第一气体喷嘴和第二气体喷嘴连接，所述输送管道上设有出气阀和压力表。进一步的，所述气体发射装置还包括压力容器，所述压力容器上设有带进气阀的进气口和连接至所述出气阀的出气口。一种玻璃容器质检设备，包括上述测量装置，利用上述测量装置对封装后的玻璃容器内的气体浓度进行测量。一种玻璃容器内气体浓度检测方法，包括如下步骤：S1：激光发射模块发射激光束并穿过玻璃容器，激光发射模块在一定宽度的波长范围内是可调谐的，该波长范围覆盖待测气体的吸收谱线；S2：从玻璃药瓶内射出的激光束被信号处理模块接收，并对激光束的光强度进行评估以确定玻璃容器内待测气体的浓度；检测过程中，激光发射模块与玻璃容器之间的激光束被第一保护气体束包裹；信号处理模块与玻璃容器之间激光束被第二保护气体束包裹；所述第一保护气体束和第二保护气体束的吸收谱线处于所述激光发射模块的调谐范围之外。进一步的，所述步骤S2中对激光束的光强度进行评估以确定药瓶内待测气体的浓度的具体过程如下：获取激光穿透玻璃容器后的透射光强；获取激光穿透玻璃容器后的电流信号；提取输出电流的二次谐波电流信号；根据所述的二次谐波电流信号获得待测气体浓度。进一步的，所述的二次谐波电流信号i2f(t)的计算公式为：i2f(t)＝i0(t)N2L2S2cos(2ωt)其中，ω为二次谐波电流信号角频率，S2为二次谐波项系数。进一步的，根据所述二次谐波电流信号获得待测气体的计算公式为：其中，N2为玻璃容器内的待测气体浓度，i2fmax为检测到的二次谐波电流信号峰值，i0(t)为激光的注入电流，L2为玻璃容器的内径、S2为二次谐波项系数。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术通过在激光发射模块与玻璃容器之间的激光束通过第一保护气体束进行包裹，信号处理模块与玻璃容器之间激光束通过第二保护气体束进行包裹；而且第一保护气体束和第二保本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃容器内气体浓度测量装置，包括：/n激光发射模块，设置在玻璃容器的一侧，且其在一定宽度的波长范围内是可调谐的，该波长范围覆盖玻璃容器内待测气体的吸收谱线；/n信号处理模块，设置于玻璃容器的另一侧，用于接收穿过玻璃容器射出的激光束，并对该激光束的光强度进行评估以确定玻璃容器内待测气体的浓度；/n其特征在于，该气体浓度测量装置还包括：/n气体发射装置，用于产生包裹激光发射模块与玻璃容器之间激光束的第一保护气体束以及包裹信号处理模块与玻璃容器之间激光束的第二保护气体束；/n所述第一保护气体束和第二保护气体束的吸收谱线处于所述激光发射模块的调谐范围之外。/n

【技术特征摘要】
1.一种玻璃容器内气体浓度测量装置，包括：
激光发射模块，设置在玻璃容器的一侧，且其在一定宽度的波长范围内是可调谐的，该波长范围覆盖玻璃容器内待测气体的吸收谱线；
信号处理模块，设置于玻璃容器的另一侧，用于接收穿过玻璃容器射出的激光束，并对该激光束的光强度进行评估以确定玻璃容器内待测气体的浓度；
其特征在于，该气体浓度测量装置还包括：
气体发射装置，用于产生包裹激光发射模块与玻璃容器之间激光束的第一保护气体束以及包裹信号处理模块与玻璃容器之间激光束的第二保护气体束；
所述第一保护气体束和第二保护气体束的吸收谱线处于所述激光发射模块的调谐范围之外。


2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述信号处理模块包括信号产生模块、光电检测器、与光电检测器电性连接的信号解调模块以及与信号解调模块电性连接的谐波分析模块，其中：
所述信号产生模块，用于驱动激光发射模块以及给信号解调模块输出高频信号二倍频信号；
所述光电检测器，用于获取激光穿透玻璃容器后的透射光强并转换成电流信号；
所述信号解调模块，用于提取输出电流信号的二次谐波电流信号；
所述谐波分析模块，用于根据二次谐波电流信号获得氧气浓度。


3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述激光发射模块包括激光器和用于控制激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗旗舞，阳春华，桂卫华，宋操，刘紫怀，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43