СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗА
METHOD AND DEVICE FOR MEASURING GAS CONCENTRATION

Изобретение, раскрытое в данном документе, относится к способу измерения концентрации газа в контейнере, имеющем стенку с, по меньшей мере, одной деформируемой частью. В соответствии с дополнительными аспектами изобретение относится к способу получения герметизированного контейнера, содержащего некоторый объем газа-заполнителя, имеющий концентрацию контролируемого газа, находящуюся в заданном диапазоне концентраций, и к устройству для выполнения способов.
В ряде применений имеются специфические требования к составу газа, имеющегося в контейнере для упаковывания чувствительного содержимого, такого как лекарственные средства или пищевой продукт. Например, при управлении процессом или контроле качества существует потребность в определении концентрации газа в контейнере перед упаковыванием, во время упаковывания или после упаковывания. Концентрация соответствующего газа может представлять собой, например, концентрацию кислорода в случае, если содержимое контейнера может подвергаться окислению и подвергаться разложению вследствие этого. Низкая концентрация кислорода также может обеспечить подавление активности бактерий или грибов.
Примером известного метода является инфракрасная абсорбционная спектроскопия, которая подходит для определения концентрации конкретных контролируемых газов в контейнере и которая позволяет определить концентрацию газа непроникающим способом, то есть при отсутствии необходимости ввода части измерительного устройства в контейнер. Только инфракрасное излучение проходит через стенки контейнера и через газ, подлежащий анализу. Интенсивность излучения, представляющего собой инфракрасное излучение, уменьшается в полосах поглощения, специфических для разных газообразных веществ.
Контейнеры, имеющие гибкие или деформируемые стенки, довольно часто используются для упаковывания чувствительных продуктов, таких как фармацевтические препараты или пищевые продукты. Такие контейнеры могут представлять собой мешки/пакеты, лотки с закрывающей фольгой или полужесткие контейнеры, например, контейнеры, имеющие стенки, содержащие пластик или картон. Поскольку результирующее поглощение зависит от концентрации газа и от расстояния, которое проходят испускаемые лучи в газе, точное измерение концентрации газа в контейнерах, имеющих деформируемые стенки, затруднено. Такие контейнеры могут иметь значительную вариацию измерений между отдельными контейнерами. В частности, если процесс заполнения такого контейнера с деформируемым стенками содержимым еще не закончен, объем содержимого и связанный с ним ряд размеров контейнера могут изменяться от измерения к измерению или даже во время одного измерения, что влияет на расстояние, проходимое испускаемыми лучами в газе, и вследствие этого на степень поглощения излучения.
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ измерения концентрации газа в контейнере, имеющем стенку с, по меньшей мере, одной деформируемой частью, который устраняет некоторые затруднения, связанные с известными способами.
Эта задача решается посредством способа согласно пункту 1 формулы изобретения.
Способ согласно изобретению представляет собой способ измерения концентрации газа в контейнере, имеющем стенку с, по меньшей мере, одной деформируемой частью, при этом контролируемый газ поглощает электромагнитное излучение, по меньшей мере, в определенном спектральном диапазоне. Способ включает этапы:
- размещения деформируемой части и дополнительной части стенки, противоположной по отношению к указанной деформируемой части, между противоположными установочными поверхностями, посредством чего образуется ограниченный объем контейнера между указанными противоположными установочными поверхностями;
- пропускания электромагнитного излучения через ограниченный объем и приема пропущенного или отраженного излучения из прошедшего излучения из ограниченного объема вдоль соответствующих траекторий лучей в течение времени измерения;
- перемещения, по меньшей мере, одной из деформируемой части и дополнительной части и, по меньшей мере, одной из траекторий лучей друг относительно друга в течение времени измерения; и
- определения концентрации газа исходя из принятого излучения.
Автор изобретения осознал, что посредством данного способа концентрации газа могут быть измерены с высокой точностью. В частности, низкие концентрации контролируемого газа, приводящие к только слабому поглощению интенсивности, могут быть определены с незначительной погрешностью. За счет относительного перемещения, по меньшей мере, одной из деформируемой части стенки контейнера или дополнительной части стенки контейнера относительно, по меньшей мере, одной из траекторий лучей исключаются путем усреднения возмущающие воздействия, источником которых являются отражения и рассеяние на материале частей стенки, через которые проходит электромагнитное излучение. Следующие друг за другом измерения для одного и того же контейнера являются более воспроизводимыми. Незначительное отклонение точной формы или структуры поверхности разных контейнеров одного и того же типа оказывает меньшее влияние на определяемую концентрацию газа. Автор изобретения осознал, что эффекты интерференции между различными возможными траекториями лучей могут быть ошибочно интерпретированы как поглощение в газе. Погрешность данного типа становится существенной при измерении низких концентраций газа или при измерении при малой длине пути лучей внутри газа. Эффекты интерференции могут стать значительными при применении высококогерентного электромагнитного излучения, такого как лазерное излучение. Способ согласно изобретению обеспечивает эффективное уменьшение погрешности данного типа.
Посредством этапа размещения деформируемой части и дополнительной части стенки, противоположной по отношению к деформируемой части, между противоположными установочными поверхностями создается контакт с установочными поверхностями в двух частях стенки, которые расположены напротив друг друга по отношению к объему содержимого в контейнере. При этом длина траектории лучей внутри объема содержимого может быть задана надлежащим образом даже для контейнера имеющего очень гибкие стенки, например, подобного пакету для хранения жидкости.
Этап размещения деформируемой части и дополнительной части стенки, противоположной по отношению к деформируемой части, между противоположными установочными поверхностями может быть выполнен различными способами. Например, заполнение контейнера жидкостью представляет собой возможный способ обеспечения размещения.
Само собой разумеется, предполагается, что стенки контейнера являются, по меньшей мере частично, проницаемыми или полупроницаемыми для электромагнитного излучения в определенном спектральном диапазоне, используемом в данном способе.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, относительное перемещение выполняют при циклическом перемещении, имеющем продолжительность цикла, соответствующую времени измерения или части времени измерения.
При циклическом перемещении положения перемещающихся объектов будут снова теми же через время, равное продолжительности цикла или кратное продолжительности цикла. При данном варианте осуществления все положения перемещающегося участка стенки, которые достигаются во время цикла перемещения, вносят вклад в измерение. Посредством данного варианта осуществления обеспечивается эффективное исключение воздействий, зависящих от точного положения участков стенки, за счет усреднения.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, относительное перемещение вызывается воздействием на стенку контейнера посредством манипуляционного элемента.
Манипуляционный элемент может быть использован, например, для толкания стенки контейнера или для оттягивания некоторой части стенки контейнера, чтобы вызвать перемещение, по меньшей мере, одной из деформируемой части или дополнительной части стенки. Манипуляционный элемент может представлять собой манипуляционный элемент, используемый для автоматизированного манипулирования контейнером, например, для транспортирования контейнера между различными станциями автоматизированной системы заполнения. Манипуляционный элемент может быть выполнен с возможностью манипулирования, по меньшей мере, частью стенки контейнера после вставки контейнера между противоположными установочными поверхностями.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, относительное перемещение вызывается перемещением первой установочной поверхности из противоположных установочных поверхностей относительно второй установочной поверхности из противоположных установочных поверхностей, при этом длина траектории лучей поддерживается по существу постоянной.
В данном варианте осуществления перемещение первой установочной поверхности эффективно сообщается, по меньшей мере, одной из противоположных частей стенки. Поскольку две установочные поверхности перемещаются друг относительно друга, различные части стенки контейнера могут быть переустановлены в различных положениях друг относительно друга во время данного перемещения, что приводит к различным конфигурациям, связанным с возможными способами распределения траекторий лучей по контейнеру. Длина траектории лучей поддерживается по существу постоянной, в результате чего изменяются только нежелательные воздействия при сохранении постоянства имеющей решающее значение длины траектории, представляющей собой траекторию лучей. Возможные перемещения, обеспечивающие поддержание по существу постоянной длины траектории лучей, представляют собой, например, поступательное перемещение, перпендикулярное к траектории лучей, поворот вокруг оси, проходящей вдоль траектории лучей, или наклон вокруг точки, задающей траекторию лучей, такой как точка на отражателе. В альтернативном варианте микроскопические поступательные перемещения, параллельные траектории лучей, также позволяют сохранять по существу постоянной имеющую решающее значение длину траектории, представляющей собой траекторию лучей.
Относительное перемещение установочных поверхностей может быть непрерывным или поэтапным, например, с интервалом времени без перемещения на каждом этапе.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, этап определения концентрации базируется на излучении, принятом в моменты времени, соответствующие разным положениям, по меньшей мере, одной из деформируемой части и дополнительной части стенки, достигнутым во время перемещения.
Согласно данному варианту осуществления принятый сигнал, например, сигнал, принятый детектором, функционально соединенным с аналого-цифровым преобразователем, может накапливаться в течение некоторого времени, и накопленный сигнал может быть оценен в конце времени измерения. Альтернативная возможность состоит в оценке ряда результатов измерений для получения ряда соответствующих предварительных концентраций и вычислении, например, среднего значения из ряда предварительных концентраций. Способ обработки сигнала согласно данному варианту осуществления можно рассматривать как низкочастотную фильтрацию сигналов, полученных в детекторе, при этом отфильтровываются сигналы, имеющие частоту, соответствующую относительному перемещению.
В зависимости от рассматриваемого варианта осуществления положение, по меньшей мере, одной из частей стенки может зависеть от положения манипуляционного элемента или положения противоположных установочных поверхностей.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, пропускание выполняют посредством источника электромагнитного излучения, в частности, лазера, имеющего спектральную ширину полосы, которая меньше данного определенного спектрального диапазона, и при настраиваемой частоте излучателя, и при этом осуществляют периодическое качание частоты излучателя в данном определенном спектральном диапазоне.
Узкополосный источник излучения, который может применяться в данном варианте осуществления способа, может представлять собой, например, перестраиваемый диодный лазер. В этом случае качание частоты может быть выполнено посредством изменения тока возбуждения диодного лазера. Таким образом могут быть применены технологии модуляции длин волн. Периодическое качание может выполняться с частотой повторения в герцовом диапазоне. Может быть применена наложенная на периодическое качание модуляция более высокой частоты, например, в килогерцовом диапазоне. Во втором случае сигналы, имеющие частоту модуляции и/или имеющие более высокий порядок, боковые полосы частот модуляции могут быть точно детектированы в принятом сигнале, например, посредством синхронного усилителя. Посредством такого способа модуляции длин волн сигналы в определенном спектральном диапазоне, принятые, но исходящие из возмущающих источников, могут быть отфильтрованы на основе их частотной характеристики. Анализ, например, соотношения интенсивностей для боковых полос частот первого порядка и второго порядка может обеспечить возможный способ измерения поглощения, связанного с газом, при отсутствии информации об абсолютной доле излучения, которое достигает детектора.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, этап размещения выполняют посредством заполнения контейнера, по меньшей мере частично, газом-заполнителем и увеличения диаметра контейнера посредством этого, пока диаметр не достигнет расстояния между противоположными установочными поверхностями.
Данный вариант осуществления обеспечивает эффективное сочетание заполнения контейнера газом-заполнителем с последующим измерением концентрации контролируемого газа. Концентрация контролируемых газообразных веществ или нежелательных газообразных веществ в заполненном контейнере может быть выше концентрации данных газообразных веществ, имеющихся в газе-заполнителе перед его вводом в контейнер, поскольку могут существовать остатки контролируемого газа в контейнере, прилипшие к стенке контейнера, или газ, выделяющийся из жидкого или твердого содержимого контейнера.
В одном варианте осуществления способа согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, этап размещения выполняют посредством перемещения, по меньшей мере, одной из противоположных установочных поверхностей по направлению к, по меньшей мере, одной из деформируемой части и дополнительной части стенки.
Этот вариант осуществления может быть, например, использован для измерения концентрации газа в уже заполненном и герметизированном контейнере, например, при контроле качества.
Кроме того, в пределах объема изобретения находится способ получения герметизированного контейнера, содержащего некоторый объем газа-заполнителя, имеющий концентрацию контролируемого газа, в частности, кислорода, находящуюся в заданном диапазоне концентраций, в частности, концентрацию ниже 100 частей на миллион, в частности, ниже 10 частей на миллион, кроме того, в частности, ниже 1 части на миллион, при этом способ включает:
а) обеспечение наличия газа-заполнителя, имеющего концентрацию контролируемого газа, находящуюся в заданном диапазоне концентраций;
b) по меньшей мере, однократное заполнение контейнера имеющимся газом-заполнителем;
с) применение этапов способа согласно изобретению или любого из вариантов его осуществления для определения концентрации контролируемого газа,
при этом, если концентрация находится за пределами заданного диапазона концентраций:
d) отвод, по меньшей мере, части имеющегося газа-заполнителя из контейнера и повторение этапов b) и с) или,
если концентрация находится в заданном диапазоне концентраций:
е) герметизацию контейнера.
При данном способе процесс упаковывания и этап контроля качества эффективно объединяются. Герметизированные контейнеры с заданной концентрацией газа могут быть получены данным способом в качестве подготовительного этапа для процесса упаковывания. Контейнер с чувствительным содержимым может быть получен данным способом так, что будет гарантирован большой срок годности при хранении и целостность содержимого контейнера.
Кроме того, в пределах объема изобретения находится способ получения герметизированного контейнера, содержащего жидкое или твердое содержимое и некоторый объем газа-заполнителя, имеющий концентрацию контролируемого газа, в частности, кислорода, находящуюся в заданном диапазоне концентраций, в частности, концентрацию ниже 100 частей на миллион, в частности, ниже 10 частей на миллион, кроме того, в частности, ниже 1 части на миллион, при этом способ включает заполнение контейнера жидким или твердым содержимым с последующим выполнением способа получения герметизированного контейнера, содержащего некоторый объем газа-заполнителя, имеющий концентрацию контролируемого газа, раскрытую выше.
Изобретение дополнительно направлено на устройство для выполнения способов согласно изобретению или вариантов их осуществления. Такое устройство содержит:
- первую установочную поверхность и вторую установочную поверхность, по меньшей мере, первого установочного элемента, при этом первая и вторая установочные поверхности определяют границы некоторого пространства между ними;
- излучатель электромагнитного излучения в определенном спектральном диапазоне и детектор электромагнитного излучения в определенном спектральном диапазоне, при этом излучатель и детектор расположены с возможностью задания траектории лучей, проходящей через данное пространство на пути от излучателя к детектору;
- приводной элемент, механически соединенный с манипуляционным элементом, выполненным с возможностью манипулирования, по меньшей мере, частью стенки контейнера после вставки контейнера между первой и второй установочными поверхностями, посредством чего обеспечивается перемещение участка стенки контейнера относительно, по меньшей мере, одной из траекторий лучей и поперек, по меньшей мере, одной из траекторий лучей, при этом данный участок является соседним с, по меньшей мере, одной из первой и второй установочных поверхностей;
- блок управления, функционально соединенный с излучателем, с детектором и с приводным элементом;
- блок оценки, функционально соединенный с детектором и выполненный с возможностью определения концентрации газа на основе электромагнитного излучения, принятого детектором.
Излучатель электромагнитного излучения может представлять собой лазер, в частности, перестраиваемый диодный лазер. Детектор может представлять собой фотодиод, в частности, кремниевый фотодиод. Электромагнитное излучение может представлять собой излучение в ближней инфракрасной области спектра, в частности, в диапазоне вблизи спектральной линии поглощения для контролируемого газа. В случае, если контролируемым газом является кислород, определенный спектральный диапазон может представлять собой диапазон, охватывающий длины волн от нескольких нанометров до приблизительно 760 нанометров. Могут быть выбраны другие спектральные диапазоне, такие как спектральные диапазоны, содержащие полосы поглощения для водяного пара, диоксида углерода, моноксида углерода и т.д.
Излучатель и/или детектор могут быть соединены соответственно с излучающей головкой и принимающей головкой посредством оптических волокон. В этом случае оптические волокна представляют собой часть траектории лучей между излучателем и детектором. Оптические волокна не вызывают узкополосного поглощения излучения, характерного для поглощения газа.
Излучатель и детектор или соответственно излучающая головка и принимающая головка могут быть расположены на противоположных установочных поверхностях. Излучатель и детектор или соответственно излучающая головка и принимающая головка могут быть расположены на одной и той же из установочных поверхностей, и отражатель, такой как зеркало, может быть размещен на другой из установочных поверхностей. При использовании отражателя, являющегося полуотражающим по отношению к электромагнитному излучению в определенном спектральном диапазоне, на стороне излучателя и детектора или соответственно излучающей головки и принимающей головки и полностью отражающего отражателя на противоположной стороне возможна конфигурация с траекторией лучей, проходящей несколько раз, например, четыре или шесть раз вдоль диаметра контейнера. Могут быть выполнены дополнительные установочные поверхности, такие как третья и четвертая установочные поверхности. Дополнительные установочные поверхности могут быть полезными при задании более сложной траектории лучей, например, траектории лучей, пересекающей контейнер несколько раз.
Пространство, ограниченное между установочными поверхностями, может быть адаптировано к приему деформируемой части стенки между ними. Деформируемая часть стенки может ограничивать переменный объем содержимого контейнера. Манипуляционный элемент может представлять собой манипуляционный элемент, используемый для захвата контейнера или для автоматизированного манипулирования контейнером, например, для транспортирования контейнера между различными станциями автоматизированной системы заполнения.
Манипуляционный элемент выполнен с возможностью манипулирования, по меньшей мере, частью стенки контейнера таким образом, что участок стенки контейнера будет перемещаться относительно, по меньшей мере, одной из траекторий лучей. Часть стенки, подвергаемая манипулированию, может быть удалена от участка стенки, который подвергается перемещению относительно траектории лучей. Перемещение данного участка стенки происходит поперек, по меньшей мере, одной из указанных траекторий лучей. Участок стенки находится рядом с, по меньшей мере, одной из первой и второй установочных поверхностей. Данный участок стенки может также находиться рядом с дополнительными установочными поверхностями в случае их наличия. Манипуляционный элемент может быть, например, выполнен с возможностью обеспечения перемещения части стенки контейнера вместе с излучателем электромагнитного излучения, так что траектория лучей, испускаемых из излучателя, «перемещается» по участку стенки, расположенному напротив перемещаемой части стенки контейнера. В другом примере манипуляционный элемент может быть выполнен с возможностью оттягивания части стенки, непосредственно примыкающей к участку стенки, который подвергается относительному перемещению относительно, по меньшей мере, одной из траекторий лучей.
В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, первая установочная поверхность расположена на манипуляционном элементе, при этом манипуляционный элемент выполнен с возможностью перемещения относительно второй установочной поверхности, в частности, выполнен с возможностью поступательного перемещения и/или с возможностью вращения и/или с возможностью поворота относительно второй установочной поверхности.
Этот вариант осуществления позволяет эффективным образом обеспечить перемещение части стенки и траектории лучей друг относительно друга.
В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, первая и вторая установочные поверхности являются плоскими и расположены по существу параллельно друг другу.
В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, первый установочный элемент выполнен с возможностью поступательного перемещения параллельно второй установочной поверхности.
Этот вариант осуществления позволяет, например, обеспечить большое перемещение части стенки перпендикулярно к траектории лучей при сохранении по существу постоянной длины траектории лучей внутри контейнера.
В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, по меньшей мере, одна из первой и второй установочных поверхностей жестко соединена с отражателем электромагнитного излучения.
Траектория лучей может быть независимой от точного положения отражателя, поскольку местоположение точки отражения не перемещается при перемещении отражателя в направлении, перпендикулярном к оптической оси. Согласно данному варианту осуществления возможна траектория лучей, пересекающая внутренний объем контейнера, по меньшей мере, дважды.
В одном варианте осуществления устройства согласно изобретению, который может быть скомбинирован с любым из ранее раскрытых вариантов осуществления и любым из вариантов осуществления, которые еще будут раскрыты, в случае, если они не противоречат друг другу, устройство дополнительно содержит устройство ввода потока газа, выполненное с возможностью соединения с входной частью контейнера и выполненное с возможностью приведения в действие для заполнения контейнера газом и выпуска газа из контейнера.
При данном варианте осуществления заполнение контейнера газом или продувка контейнера газом возможны в устройстве, которое выполняет измерение концентрации газа. Заполнение контейнера газом может применяться на этапе размещения в способе согласно изобретению.
Изобретение дополнительно направлено на установку для заполнения, предназначенную для заполнения контейнеров, при этом контейнеры имеют стенку, ограничивающую внутренний объем контейнеров, при этом стенка имеет, по меньшей мере, одну деформируемую часть, при этом установка для заполнения содержит устройство согласно изобретению или любой из вариантов осуществления устройства.
Устройство может быть применено для выполнения контроля качества или этапа управления процессом в автоматизированной установке для заполнения, выполненной с возможностью манипулирования контейнерами, имеющими стенки с, по меньшей мере, деформируемой частью. Установка для заполнения согласно изобретению обеспечивает точное определение концентрации газа в контейнерах, например, в гибких мешках/пакетах, для которых определение концентрации газа обычно затруднено.
Изобретение далее будет дополнительно проиллюстрировано с помощью фигур. Фигуры показывают:
фиг.1 - схему последовательности операций способа согласно изобретению;
фиг.2 - схематическое изображение ситуации, возникающей в течение времени измерения в способе согласно изобретению;
фиг.3 - схематическое изображение варианта осуществления устройства согласно изобретению;
фиг.4.а)- 4.с) - схематические изображения разных схем расположения, определяющих траекторию лучей;
фиг.5 - схематическое изображение дополнительного варианта осуществления устройства согласно изобретению;
фиг.6.а)- 6.с) - схематические изображения ситуации, возникающей на этапах варианта осуществления способа согласно изобретению;
фиг.7 - схему последовательности операций способа получения герметизированного контейнера, содержащего некоторый объем газа-заполнителя, имеющий концентрацию контролируемого газа в заданном диапазоне концентраций.
Фиг.1 показывает схематически и в упрощенном виде схему последовательности операций способа 100 согласно изобретению. Способ 100 представляет собой способ измерения концентрации газа в контейнере, имеющем стенку с, по меньшей мере, одной деформируемой частью. Газ поглощает электромагнитное излучение, по меньшей мере, в определенном спектральном диапазоне. Сначала выполняют этап размещения 101 деформируемой части и дополнительной части стенки, противоположной по отношению к деформируемой части, между противоположными установочными поверхностями. Посредством этого образуется ограниченный объем контейнера между противоположными установочными поверхностями. В течение времени 110 измерения три процесса выполняются одновременно. Эти процессы представляют собой:
- пропускание 102 электромагнитного излучения через ограниченный объем,
- прием 103 пропущенного или отраженного излучения из прошедшего излучения из ограниченного объема вдоль соответствующих траекторий лучей; и
- перемещение 104, по меньшей мере, одной из деформируемой части и дополнительной части и, по меньшей мере, одной из указанных траекторий лучей друг относительно друга.
Последним этапом является определение 105 концентрации газа исходя из принятого излучения.
Фиг.2 показывает схематически и в упрощенном виде изображение ситуации, возникающей в течение времени измерения в способе согласно изобретению. Траектория 6 лучей начинается в излучателе 4 электромагнитного излучения и заканчивается в детекторе 5 электромагнитного излучения. Первая 1 и вторая 2 противоположные установочные поверхности определяют границы объема для приема, по меньшей мере, части контейнера. Сечения элементов, образующих установочные поверхности, показаны диагональной штриховкой, сечения установочных поверхностей видны в виде линий на данной фигуре. Установочные поверхности расположены напротив друг друга. Контейнер 20 размещают между первой 1 и второй 2 установочными поверхностями. В результате предшествующих этапов способа первый участок 21 стенки контейнера находится в контакте с первой установочной поверхностью. С противоположной стороны предназначенного для содержимого объема контейнера 20 второй участок 22 стенки контейнера находится в контакте со второй установочной поверхностью 2. Таким образом, надлежащим образом задается участок траектории лучей внутри контейнера. Манипуляционный элемент 16 перемещается посредством приводного элемента 12 к стенке контейнера, как показано двойной стрелкой 17. Это перемещение вызывает обозначенное двойной стрелкой 24 перемещение участка стенки контейнера относительно траектории лучей.
Фиг.3 показывает схематический и выполненный с частичным разрезом вид варианта осуществления устройства согласно изобретению. В этом варианте осуществления первая установочная поверхность 1 представляет собой поверхность манипуляционного элемента 16 и выполнена с возможностью перемещения параллельно второй установочной поверхности 2, которая представляет собой поверхность первого установочного элемента 1'. Излучатель 4 и детектор 5 размещены в фиксированном положении относительно первого установочного элемента 1'. Создается траектория 6 лучей, проходящая от излучателя 4 к детектору посредством отражателя 11, посредством чего она дважды пересекает объем внутри контейнера 20. Отражатель 11 выполнен с возможностью перемещения вместе со второй установочной поверхностью 2. Перемещение отражателя не вызывает существенного изменения длины траектории лучей, поскольку данное перемещение происходит почти перпендикулярно к траектории лучей и не влияет на положение точки отражения на отражателе. Приводной элемент 12 механически соединен с манипуляционным элементом 16. Манипуляционный элемент выполнен с возможностью поступательного перемещения в направлении, показанном двойной стрелкой 17. Блок 8 управления функционально соединен с излучателем 4, детектором 5 и приводным элементом 12, как показано пунктирными линиями. Блок 9 оценки функционально соединен с детектором 5. На данной фигуре показана ситуация в течение времени измерения. Электромагнитное излучение проходит по траектории лучей, показанной стрелками, и манипуляционный элемент 16 перемещается, как показано посредством двух немного смещенных контуров. Это перемещение вызывает незначительное перемещение, по меньшей мере, участка 22 стенки контейнера 20. Контейнер 20, показанный в данном случае, может представлять собой, например, пакет, изготовленный из пластика, герметично закрытый и содержащий газ под давлением, избыточным по отношению к окружающей его среде.
Фиг.4.а)- 4.с) показывают схематические изображения разных схем расположения, определяющих траекторию лучей. Для простоты ориентирования эти схемы расположения показаны по отношению к упрощенному изображению варианта осуществления устройства, показанного на фиг.3, однако схемы расположения могут быть также скомбинированы с другими вариантами осуществления.
Фиг.4.а) показывает схему расположения излучателя 4 и детектора, каждый из которых расположен вблизи первой 1 и второй 2 установочных поверхностей. Траектория 6 лучей один раз проходит через пространство между первой и второй установочными поверхностями в направлении, перпендикулярном к установочным поверхностям.
В схеме расположения на фиг.4.b) показана конфигурация, аналогичная фиг.4.а). В данном случае вместо излучателя и детектора в соответствующих положениях размещены излучающая головка 14 и принимающая головка 15. Излучатель 4 и детектор 5 размещены на некотором расстоянии, и два оптических волокна 13 соединяют соответственно излучатель 4 с излучающей головкой 14 и детектор 5 с принимающей головкой 15.
Фиг.4.с) показывает схему расположения, содержащую два зеркала 11, расположенные на каждой из противоположных установочных поверхностей 1, 2. В данном случае траектория 6 лучей проходит через пространство между установочными поверхностями четыре раза на пути от излучателя 4 к детектору 5.
Фиг.5 показывает схематическое изображение дополнительного варианта осуществления устройства 10 согласно изобретению. В отличие от варианта осуществления, показанного на фиг.3, устройство дополнительно содержит устройство 7 ввода потока газа. Устройство ввода потока газа выполнено с возможностью приведения в действие для заполнения контейнера 20 газом или выпуска газа из контейнера 20. В данном случае показана ситуация в течение времени измерения. В качестве подготовительного этапа контейнер 20, имеющий деформируемые стенки, был заполнен газом посредством устройства 7 ввода потока газа так, чтобы противоположные стенки контейнера находились в контакте с первой 1 и второй 2 установочными поверхностями. Посредством данного варианта осуществления устройства концентрация газа внутри контейнера может быть измерена непосредственно после ввода газа-заполнителя. Последовательно выполняемые заполнение газом и выпуск газа могут применяться для продувки контейнера газом-заполнителем, пока не будет достигнут ранее заданный состав газа внутри контейнера. Этот состав может иметь, например, низкую концентрацию кислорода, например, концентрацию кислорода ниже 1؉ или даже ниже 100 частей на миллион, в частности, ниже 10 частей на миллион, кроме того, в частности, ниже 1 части на миллион.
Фиг.6.а)- 6.с) показывают схематические изображения ситуации, возникающей на этапах варианта осуществления способа согласно изобретению. Пустой контейнер, который может иметь форму гибкого мешка/пакета, размещают между противоположными установочными поверхностями 1, 2. Контейнер 20 соединяют с устройством 7 ввода потока газа. На фиг.6.b) контейнер заполняют газом посредством ввода газа через входную часть 23 контейнера. Посредством этого диаметр D2 контейнера увеличивается до тех пор, пока он не совпадет с расстоянием D1 между первой и второй установочными поверхностями, которое показано на фиг.6.а). Фиг.6.с) показывает ситуацию в течение времени измерения, при этом электромагнитное излучение 30 излучается из излучателя 4 к детектору 5 посредством отражения на отражателе 11.
Фиг.7 показывает способ 200 получения герметизированного контейнера, содержащего некоторый объем газа-заполнителя, имеющий концентрацию контролируемого газа, в частности, кислорода, находящуюся в заданном диапазоне концентраций, в частности, концентрацию ниже 100 частей на миллион, в частности, ниже 10 частей на миллион, кроме того, в частности, ниже 1 части на миллион. Способ включает последовательность этапов:
а) обеспечения 201 наличия газа-заполнителя, имеющего концентрацию контролируемого газа, находящуюся в заданном диапазоне концентраций;
b) по меньшей мере, однократного заполнения 202 контейнера имеющимся газом-заполнителем;
с) применения 203 этапов способа согласно изобретению или любому из вариантов его осуществления для определения концентрации контролируемого газа.
После этого в зависимости от определенной концентрации принимается решение 210.
Если концентрация находится за пределами заданного диапазона концентраций (стрелка «нет»), то выполняется этап
d) отвода 204, по меньшей мере, части имеющегося газа-заполнителя из контейнера, и повторяются этапы b) и с), чтобы снова «прийти» к точке принятия 210 решения.
Если концентрация находится в заданном диапазоне концентраций (стрелка «да»), то выполняется этап
е) герметизации 205 контейнера.
В результате получают герметизированный контейнер, удовлетворяющий заданным требованиям, относящимся к концентрации газа, представляющего собой контролируемый газ.
Перечень ссылочных позиций
1
первая установочная поверхность
1'
первый установочный элемент
2
вторая установочная поверхность
2'
второй установочный элемент
3
пространство между первой и второй установочными поверхностями
4
излучатель
5
детектор
6
траектория лучей
7
устройство ввода потока газа
8
блок управления
9
блок оценки
10
устройство
11
отражатель
12
приводной элемент
13
оптическое волокно
14
излучающая головка
15
принимающая головка
16
манипуляционный элемент
17
перемещение манипуляционного элемента
20
контейнер
21
первый участок стенки
22
второй участок стенки
23
входная часть
24
перемещение участка стенки
30
электромагнитное излучение
D1
расстояние (между первой и второй установочными поверхностями
D2
диаметр (контейнера)
100
способ (измерения концентрации газа)
101, 102, 103, 104, 105
этапы способа
110
время измерения
200
способ (получения герметизированного контейнера)
201, 202, 203, 204, 205
этапы способа
210
принятие решения