瓶内气体浓度检测系统技术方案

本申请涉及一种瓶内气体浓度检测系统。所述系统包括：探测单元、信号处理单元和信号采集反演单元。探测单元用于输出激光光束，控制激光光束倾斜且会聚射入待测样品，并检测激光光束经过待测样品后的光强信号，将光强信号转化为电压信号后，将电压信号传输至所述信号处理单元。信号处理单元用于在接收电压信号后，对电压信号进行信号处理，得到样品信号，并向信号采集反演单元发送样品信号。信号采集反演单元则用于在接收样品信号后，根据样品信号，确定待测样品内的待测气体的浓度。采用本系统能够提高测量精度，使单次测量的精度满足气体检测需要，进而提高了测量效率。进而提高了测量效率。进而提高了测量效率。

【技术实现步骤摘要】
瓶内气体浓度检测系统


[0001]本申请涉及光谱检测
，特别是涉及一种瓶内气体浓度检测系统。

技术介绍

[0002]在制药产业中，西林瓶有玻璃瓶和密封胶塞组成，常用于粉剂药物和液体药物的包装。在制药过程中，为了避免西林瓶中的药品与空气接触从而变质，通常采用抽真空或者填充氮气的方式对药品进行保护，但在生产过程中由于机械故障、瓶体的微小瑕疵等原因，封装完毕的西林瓶可能存在气体泄漏现象，在药品的生产和储藏过程中，由于西林瓶的气体泄漏现象，空气可以进入西林瓶内部，空气中的氧气会与药品接触，进而降低其药效，严重的会使药品变质，产生严重的药品安全问题。
[0003]为保证药品安全，需要对装有药品的西林瓶进行检测，以判断西林瓶是否发生泄漏从而污染药品，其中，常用方法为检测西林瓶顶部的气体是否与外界发生了质量交换，例如，检测西林瓶内氧气的浓度。目前，常用的气体浓度检测方法有高压电火花、微生物入侵法、色水渗透、真空质量提取法以及可调谐半导体激光器吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy，TDLAS)。由于自动化技术的不断进步和广泛应用，药品生产的速度加快，现有的西林瓶内氧气浓度检测方法的检测速度受到挑战，在上述检测方法中，基于微生物培养、色水渗透方法的检测周期长，难以满足高速检测的需求，高压电火花法存在难以量化，检测精度低的问题，激光TDLAS技术与上述其它技术相比，具有非接触性、非破坏性、检测精度高、检测速度快等优点。
[0004]激光TDLAS技术是一种通过测量气体分子的吸收光谱，对该气体的浓度进行检测的方法，在传统的激光TDLAS技术中，激光光束在对待测样品进行检测时，瓶身会使激光光束多次反射，导致标准具效应，进而严重影响了测量精度，为了达到所需的测量精度，采用多次测量降低噪声的方式，来提高测量的信噪比，以提高测量精度，但多次测量会降低检测速度，也即传统的激光TDLAS技术无法同时满足快速、高精度检测的需求。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种检测精度高、检测速度快的瓶内气体浓度检测系统。
[0006]本申请提供了一种瓶内气体浓度检测系统。所述系统包括：探测单元、信号处理单元和信号采集反演单元；其中，
[0007]所述探测单元，用于输出激光光束，控制所述激光光束倾斜且会聚射入待测样品，并检测所述激光光束经过所述待测样品后的光强信号，将所述光强信号转化为电压信号后，将所述电压信号传输至所述信号处理单元；
[0008]所述信号处理单元，用于在接收所述电压信号后，对所述电压信号进行信号处理，得到样品信号，并向所述信号采集反演单元发送所述样品信号；
[0009]信号采集反演单元，用于在接收所述样品信号后，根据所述样品信号，确定所述待
测样品内的待测气体的浓度。
[0010]在其中一个实施例中，所述探测单元包括：可调谐激光器和光电探测器；其中，
[0011]所述可调谐激光器和所述光电探测器分别位于运输线的两侧，所述运输线用于以一定速度运送所述待测样品；
[0012]所述可调谐激光器，用于输出所述激光光束；
[0013]所述光电探测器，用于检测所述激光光束经过所述待测样品后的光强信号，并将所述光强信号转化为所述电压信号。
[0014]在其中一个实施例中，所述信号采集反演单元包括：采集卡和反演单元；其中，
[0015]所述采集卡，用于对所述样品信号进行模拟数字转换处理，将所述样品信号转化为数字化样品信号；
[0016]所述反演单元，用于根据所述数字化样品信号，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度。
[0017]在其中一个实施例中，所述反演单元还用于对所述数字化样品信号进行高斯直线拟合，得到拟合曲线，并根据所述拟合曲线，确定指示值；
[0018]所述反演单元还用于根据所述指示值，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度。
[0019]在其中一个实施例中，所述根据所述指示值，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度，包括：
[0020]根据所述待测气体的各参照拟合曲线，确定所述待测气体的浓度与所述指示值之间的线性关系，其中，所述参照拟合曲线为根据所述待测气体的已知浓度对应的样本数字化样品信号进行高斯直线拟合所得到的曲线；
[0021]根据所述线性关系和所述指示值，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度。
[0022]在其中一个实施例中，所述系统还包括：
[0023]激光控制单元，用于调控所述可调谐激光器的系统参数，以控制所述激光光束的输出频率为所述待测气体的吸收谱线对应的频率。
[0024]在其中一个实施例中，所述激光控制单元包括：下位机、粗调单元、电流控制器和温度控制器；其中，
[0025]所述下位机，用于向所述电流控制器和所述温度控制器发送命令信号，以控制所述电流控制器和所述温度控制器对所述系统参数进行调节，所述系统参数包括所述可调谐激光器的中心电流和所述可调谐激光器的温度；
[0026]所述电流控制器，用于接收所述命令信号，并响应于所述命令信号调整所述可调谐激光器的所述中心电流；
[0027]所述电流控制器，还用于产生扫描信号和调制信号，将所述扫描信号和所述调制信号输入至所述可调谐激光器，并根据所述扫描信号和所述调制信号控制所述可调谐激光器的电流围绕所述中心电流变化；
[0028]所述温度控制器，用于接收所述命令信号，并响应于所述命令信号调整所述可调谐激光器的所述温度。
[0029]在其中一个实施例中，所述信号处理单元包括：滤波器和相敏检波放大器；其中，
[0030]所述滤波器，用于对所述电压信号进行滤波处理，以去除所述电压信号中的噪声；
[0031]所述相敏检波放大器，用于从所述电压信号中提取所述样品信号，所述样品信号为所述待测气体的吸收谱信号。
[0032]在其中一个实施例中，所述探测单元还包括：聚焦透镜，所述聚焦透镜位于所述可调谐激光器与所述运输线之间，所述聚焦透镜用于对所述可调谐激光器发射的原始激光光束进行会聚，以得到所述激光光束，所述激光光束的焦点位于所述待测样品的中心位置。
[0033]在其中一个实施例中，所述激光光束与水平方向呈预设角度倾斜射入所述待测样品，所述预设角度大于或者等于30
°
。
[0034]上述瓶内气体浓度检测系统中，包括探测单元、信号处理单元和信号采集反演单元，探测单元输出激光光束，且控制激光光束倾斜且会聚入射待测样品，激光光束经过待测样品后，探测单元会检测激光光束的光强信号，并将光强信号转化为电压信号，向信号处理单元发送电压信号。信号处理单元会对接收到的电压信号进行信号处理，并将得到的样品信号发送至信号采集反演单元。信号采集反演单元则可以根据样品信号，确定待测样品内的待测气体的浓度。基于本申请实施例提供的瓶内气体浓度检测系统，探测单元控制激光光束倾斜射入待测样品本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种瓶内气体浓度检测系统，其特征在于，所述系统包括：探测单元、信号处理单元和信号采集反演单元；其中，所述探测单元，用于输出激光光束，控制所述激光光束倾斜且会聚射入待测样品，并检测所述激光光束经过所述待测样品后的光强信号，将所述光强信号转化为电压信号后，将所述电压信号传输至所述信号处理单元；所述信号处理单元，用于在接收所述电压信号后，对所述电压信号进行信号处理，得到样品信号，并向所述信号采集反演单元发送所述样品信号；信号采集反演单元，用于在接收所述样品信号后，根据所述样品信号，确定所述待测样品内的待测气体的浓度。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述探测单元包括：可调谐激光器和光电探测器；其中，所述可调谐激光器和所述光电探测器分别位于运输线的两侧，所述运输线用于以一定速度运送所述待测样品；所述可调谐激光器，用于输出所述激光光束；所述光电探测器，用于检测所述激光光束经过所述待测样品后的光强信号，并将所述光强信号转化为所述电压信号。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集反演单元包括：采集卡和反演单元；其中，所述采集卡，用于对所述样品信号进行模拟数字转换处理，将所述样品信号转化为数字化样品信号；所述反演单元，用于根据所述数字化样品信号，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述反演单元还用于对所述数字化样品信号进行高斯直线拟合，得到拟合曲线，并根据所述拟合曲线，确定指示值；所述反演单元还用于根据所述指示值，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据所述指示值，确定所述待测样品内的所述待测气体的浓度，包括：根据所述待测气体的各参照拟合曲线，确定所述待测气体的浓度与所述指示值之间的线性关系，其中，所述参照拟合曲线为根据所述待测气体的已知浓度对应的样本数字化样品信号进行高斯直线拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建伟，赵天罡，戴昌志，陈付志，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：