СПОСОБ ДЛЯ НЕИНВАЗИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ГАЗА В ПРОЗРАЧНЫХ УПАКОВКАХ
METHOD FOR THE NON-INVASIVE MEASUREMENT OF THE GAS CONTENT IN TRANSPARENT CONTAINERS

2
2
Настоящее изобретение относится к способу для неинвазивного измерения содержания, по меньшей мере, одного газа, выбранного из О, СО, аминов, оксидов азота, сернистых соединений в прозрачных упаковках, состоящих из полимерных пленок или других светопропускающих материалов, при условии, что материалы под давлением являются деформируемыми, в котором чувствительный к содержанию газа внутри упаковки сенсорный материал возбуждается посредством попадающего на него возбуждающего светового импульса для испускания флуоресцентного или люминесцентного излучения, это испускаемое флуоресцентное или люминесцентное излучение обнаруживается во взаимодействующем с сенсором детектирующем устройстве, после чего упакованные материалы или изготовленные материалы в зависимости от определенного в соединенном с детектирующим устройством блоке обработки результатов содержания газа подвергаются сортировке и при необходимости подсчету.
Известные способы измерения для измерения содержания газа упакованных в проницаемые для возбуждающего светового импульса емкости материалов, которые содержат чувствительные по отношению к измеряемому газу, например, кислороду, оксидам азота, аммиаку или тому подобным материалам или образуют также подобного рода газы в качестве продуктов разложения, в настоящее время контролируются не непрерывно действующими способами в отношении содержания интересующего газа. Эти способы, с одной стороны, являются медленными и, с другой стороны, могут осуществляться по необходимости - каждую пробу нужно исследовать отдельно и обособленно - только в выборочных проверках упакованных материалов или совместно проверяется вся партия с очень большим количеством отдельных продуктов. В частности, в случае продуктов питания и в фармацевтической области требуется проверять, удовлетворяют ли продукты строго требуемому стандарту, и обычным образом, если находится дефектный продукт, то должна выбраковываться вся партия, поскольку неизвестно, являются ли, соответственно, в каком количестве другие пробы также дефектными, соответственно, имеют ли выходящие за определенные предельные значения содержания газов.
Из ЕР 2 256 042 А1 стала известной упаковочная машина с устройством для измерения концентрации газа, у которой предусмотрено устройство измерения, которое имеет измерительную головку для считывания расположенного внутри камеры, внутри упаковки и/или внутри газопровода индикатора для концентрации газа посредством электромагнитного излучения. С помощью подобного устройства можно измерять содержание газа упаковки без необходимости извлекать пробу из нее.
Из US 2007/212789 А1 может быть позаимствован переносной измерительный прибор, с помощью которого может считываться расположенное внутри упаковки люминесцирующее соединение и, следовательно, концентрация кислорода в упаковке может измеряться как функция температуры.
Из US 5 407 829 А1 узнан бесконтактный сенсор для измерения содержания газа внутри упаковки.
Другой важный критерий при исследовании материалов относительно желаемого содержания газа состоит в том, что измерения могут проводиться не инвазивно, поскольку в противном случае существует опасность загрязнения вредными веществами, соответственно, упаковки после в случае необходимости инвазивно проведенных способов имеют повреждение, так что содержащиеся в них материалы после тестирования в свою очередь также должны отбраковываться. Также здесь существует проблема, что должна отбраковываться не только исследуемая упаковка, если слишком высокие содержания подлежащего исследованию газа содержаться в упаковке, а вся партия, так как исследование всех проб является не возможным по экономическим соображениям.
При этом, использованное здесь понятие содержащихся в упаковках «материалов» не ограничено определенным агрегатным состоянием содержимого упаковок, а включает в себя твердые, полутвердые и жидкие материалы, также как и растворенные в жидкости газы, в частности, жидкости, содержащие растворенные подлежащие измерению газы. Кроме того, понятие «материал» не ограничено продуктами питания или фармацевтикой, а может также включать в себя анализируемые вещества или, например, консервирующие и/или очищающие жидкости.
Настоящее изобретение направлено теперь на то, чтобы предоставить в распоряжение неинвазивный способ измерения, с помощью которого удается непрерывно исследовать все без исключения однотипные материалы, которые упакованы в полимерную пленку или другие светопропускающие материалы, и целенаправленно отбраковывать дефектные продукты, соответственно, продукты со слишком высоким содержанием подлежащего исследованию газа без необходимости отбраковывать всю партию и без необходимости осуществлять при исследовании повреждение упаковки или упакованного продукта.
Для решения этой задачи служит соответствующий изобретению способ по существу характеризующийся тем, что выполняются следующие этапы:
а) при необходимости, глубокая вытяжка упаковки,
b) размещение сенсорного материала на внутренней стороне перекрытия для упаковки или на внутренней стороне упаковки, а также, при необходимости, сушка сенсорного материала,
c) укладка подлежащих упаковыванию материалов в упаковки,
d) газонепроницаемое запечатывание упаковки с упомянутым перекрытием при подаче модифицированной атмосферы из подлежащего измерению газа,
e) помещение упаковки на транспортирующее и сортирующее устройство,
f) возбуждение сенсорного материала посредством, по меньшей мере, одного расположенного на заданном расстоянии от упаковки источником возбуждающего светового импульса,
g) бесконтактное обнаружение интенсивности испущенного сенсорным материалом в зависимости от содержания газа внутри упаковки флуоресцентного или люминесцентного излучения посредством расположенного на заданном расстоянии от транспортирующего устройства детектирующего устройства, во время транспортировки упаковки к сортирующему устройству,
h) электрическое или электронное преобразование зарегистрированных в детектирующем устройстве измеренных величин в блоке обработки результатов,
i) приложение давления к упаковке,
j) а также повторное осуществление этапов f) -h)
k) выдача подтверждающего или отклоняющего сигнала от блока обработки результатов, и
l)направление упаковок дальше для дальнейшей обработки или утилизации в зависимости от вычисленного блоком обработки результатов содержания газов в упаковке.
За счет того, что соответствующий изобретению способ осуществляется таким образом, что сенсорный материал наносится на внутреннюю сторону перекрытия для упаковки и этот сенсорный материал, если необходимо, подвергается сушке, удается предоставить в распоряжение сенсор в непосредственном контакте с содержащимися в упаковке, подлежащими исследованию материалами, который (сенсор) после газонепроницаемого запечатывания упаковки непосредственно на транспортирующем и сортирующем устройстве может возбуждаться с помощью возбуждающего и детектирования блока для испускания флуоресцентного или люминесцентного излучения и испускаемое флуоресцентное или люминесцентное излучения может считываться. При этом, возбуждающий и детектирующий блок имеет расположенный в одной и той же части прибора, по меньшей мере, один источник возбуждающего света, который в зависимости от содержания газа внутри упаковки возбуждает сенсорный материал для испускания флуоресцентного или люминесцентного излучения, а также расположенное с указанным, по меньшей мере, одним источником возбуждающего светового импульса на общем носителе детектирующее устройство, которое расположено на заданном расстоянии от транспортирующего устройства и, в частности, вместе с источником возбуждающего светового импульса и блоком измерения, соответственно, обработки результатов формирует детектирующий и обрабатывающий результаты блок. После получения соответствующего флуоресцентного, соответственно, люминесцентного сигнала и вычисления измеренной величины, эта измеренная величина затем электронно или электрически преобразуется в детектирующем устройстве и блоком обработки результатов выдается подтверждающий или отклоняющий сигнал. В случае получения подтверждающего сигнала, то есть содержание газа в упаковке находится внутри предварительно заданных границ, с транспортирующего и сортирующего устройства упакованный в полимерную пленку или другой светопропускающий материал чувствительный материал распределяется на дальнейшую обработку, например, на дальнейшую упаковку в большие групповые упаковки, или для непосредственного употребления, или в случае отклоняющего сигнала направляется непосредственно на утилизацию. С помощью подобного рода способа удается не только неинвазивно исследовать каждый отдельный продукт, но и использовать способ с такой скоростью, что измерение может производиться непосредственно на ленточном транспортере и продукты, соответственно, упакованные материалы не должны подвергаться никакому другому отдельному этапу детектирования, вследствие чего может предоставляться в распоряжение особенно эффективный и экономящий время способ для определения содержания газа внутри упаковки.
Кроме того, согласно изобретению после газонепроницаемого запечатывания упаковки к перекрытию упаковки прикладывается давление, вследствие чего в случае утечки, соответственно, неполного запечатывания упаковки после прекращения давления на упаковку внутрь упаковки проникает газ/воздух. Таким образом, надежно и достоверно определяется герметичность при выполненном следом, втором измерении флуоресцентного или люминесцентного сигнала, поскольку получается измерительный сигнал, который соответствует отличному от первого измеренного значения содержанию газа. Тем самым может определяться негерметичная упаковка, без того, чтобы было необходимо, например, ждать до тех пор, пока в результате проникновения через малые негерметичности или в результате биологического разложения содержащихся внутри упаковки продуктов возникнет отклонение концентрации отдельных остатков газов в упаковке.
Выражение «содержание газа» в связи с настоящей заявкой рассматривается как равнозначное выражению «концентрация соответствующего газа».
Согласно одному усовершенствованию способа сенсорный материал наносится посредством известных самих по себе способов нанесения, как например, тампонная печать, трафаретная печать, офсетная печать, глубокая печать, нанесение щетками или точеное нанесение или даже этикетирование на перекрытие упаковки. Все способы нанесения известны сами по себе, причем в связи с соответствующим изобретению способом существенным является то, что выбирается непрерывный способ нанесения, который в состоянии наносить достаточно тонкие, соответственно, небольшие сенсоры на упаковку и может обеспечить быструю сушку сенсорного материала, чтобы не прерывать непрерывное упаковывание подлежащих исследованию материалов, как например, пищевых продуктов или медикаментов, а также одновременно предоставить в распоряжение сам сенсор для надежного и достоверного детектирования содержания газа внутри упаковки без повреждения упакованного материала или самой упаковки.
2
2
3
2
Согласно одному усовершенствованию изобретения, в качестве сенсорного материала наносится реагирующий на О, СО, NН, амины или NO сенсорный материал на перекрытие - в частности, внутреннюю сторону, которая впоследствии находится в контакте с подлежащими исследованию материалами, которые подвергаются упаковыванию, вследствие чего содержание газа внутри упаковки может измеряться надежно и достоверно.
Для точного и, в частности, обратимого измерения содержания газа в упаковке и, в частности, чтобы измерять, превышает ли содержание подлежащих измерению газов допустимое в упаковке предельное значение, перед измерением упаковка во время запечатывания нагружается модифицированной атмосферой из подлежащего измерению газа. При подобного рода проведении способа обеспечивается то, что, с одной стороны, может устанавливаться, является ли запечатывание герметичным, а, с другой стороны, может устанавливаться, испускают ли содержащиеся внутри упаковки продукты подлежащие измерению газы в процессе своего разложения, соответственно, разрушения, в результате чего продукты в свою очередь должны быть утилизированы.
Излишне указывать, что содержание газа могло быть считано также в более поздний момент времени, например, после определенного срока хранения, чтобы выявлять, имеется ли протечка или имеет ли место, соответственно, имел ли место распад, соответственно, разложение упакованного продукта.
Чтобы обеспечить непрерывное проведение способа, этот способ проводится по существу таким образом, что измерение содержания газа осуществляется в результате последовательного возбуждения и детектирования (обнаружения) флуоресцентного или люминесцентного излучения через остающийся неизменным временной интервал от 20 мс до 80 мс, предпочтительно 50 мс. При подобного рода проведении способа обеспечивается то, что генерируется большое количество измеренных величин и, кроме того, обеспечивается то, что каждая упаковка, а также содержащиеся в ней, соответственно, упакованные в нее материалы надежно и достоверно измеряются, после чего в результате обработки полученных измеренных величин может устанавливаться, удовлетворяет или нет упакованный продукт, соответственно, собственно упаковка или групповая упаковка требованиям качества.
При этом, как это соответствует одному усовершенствованию изобретения, в блоке обработки результатов полученные измеренные величины сопоставляются (согласовываются) с абсолютными величинами концентраций и в зависимости от установленного содержания газа на сортировочном устройстве, в частности, на сортировочной стрелке, выдается подтверждающий или отклоняющий сигнал. В результате подобного рода проведения способа дефектные (некачественные) продукты надежно отбраковываются и, с другой стороны, соответствующие продукты направляются на дальнейшую обработку, как например, на упаковывание в групповую упаковку или на отгрузку.
Устройство, которое подходит для осуществления подобного рода способа, может иметь, по меньшей мере, один источник возбуждающего светового импульса на заданном расстоянии от расположенного внутри упаковки сенсорного материала, может иметь установленный с указанным, по меньшей мере, одним источником возбуждающего светового импульса на одном общем держателе детектирующий блок, в частности, фотодиод, для взаимодействия с испущенным сенсорным материалом флуоресцентным или люминесцентным излучением, а также электронный блок обработки результатов, и содержащая сенсорный материал упаковка может быть размещена на двигающейся с постоянной заданной скоростью транспортной системе. Существенные признаки состоят в том, что сенсорный материал отдельно от источника возбуждающего светового импульса и блока обработки результатов расположен в непосредственном контакте с подлежащими измерению материалами, и что содержащая сенсорный материал упаковка размещается на двигающейся с постоянной заданной скоростью транспортной системе и расположена с возможностью передвижения относительно возбуждающего и детектирующего блока. При этом, способ проводиться по существу таким образом, что возбуждающий световой импульс от упомянутого, по меньшей мере, одного источника возбуждающего светового импульса попадает на сенсорный материал, после чего он во время прохождения мимо возбуждается для испускания флуоресцентного или люминесцентного излучения и одновременно испущенный флуоресцентный или люминесцентный сигнал в блоке обработки результатов детектируется и преобразуется в электрический, соответственно, электронный сигнал, который подается в блок обработки результатов и в дальнейшем бесконтактно и немедленно (в режиме реального времени) обнаруживается содержание имеющегося в упаковке вредного газа.
Для надежных и стабильных и, в частности, выполняемых с возможностью воспроизведения результатов измерения соответствующее изобретению устройство может быть выполнено по существу таким образом, что предусмотрены два светоизлучающих диода (LED) в качестве источников возбуждающего светового импульса. С помощью подобного рода устройства возбуждающий световой импульс попадает на каждый отдельный сенсорный участок и каждая отдельная подлежащая исследованию упаковка облучается возбуждающим световым импульсом, чтобы обеспечить возможность измерения содержание газа внутри каждой отдельной упаковки.
За счет того, что устройство может быть выполнено так, что перед детектирующим блоком включено множество линз и/или оптических фильтров, достигается фокусировка флуоресцентного, соответственно, люминесцентного излучения в направлении детектирующего блока, вследствие чего может получаться дополнительно унифицированный, соответственно, улучшенный результат измерения.
Для одновременного обеспечения того, что большое количество излученных через одинаковые временные интервалы световых импульсов попадает на упаковки, устройство может быть усовершенствовано таким образом, что предусмотрен, по меньшей мере, один импульсный датчик, чтобы периодически излучать возбуждающий световой импульс. С помощью подобного устройства излучаются световые импульсы через заданные временные интервалы, в частности, между 20 мс и 80 мс, предпочтительно 50 мс, так что каждый отдельный сенсорный участок нагружается возбуждающим световым импульсом и, по меньшей мере, один флуоресцентный или люминесцентный сигнал посредством возбуждающего светового импульса возбуждается на каждом отдельном сенсорном участке, чтобы иметь возможность надежно исследовать каждую отдельную упаковку в отношении содержания газа у нее внутри.
За счет того, что блок обработки результатов может быть соединен с сортирующим и счетным устройством для упаковок, удалось, кроме того, отсортировать (отбраковать) измеренные упаковки в зависимости от их содержания газа, причем упаковки, которые имеют содержание газа в допустимом диапазоне, направляются на дальнейшую обработку, как например, упаковывание в групповую упаковку, а упаковки, которые имеют слишком высокое, соответственно, слишком низкое содержание газа, могут отсортировываться. Аналогичным образом, блок обработки результатов может содержать счетное устройство, с помощью которого может определяться не только количество упаковок в целом, но и может определяться число отсортированных, соответственно, допустимых упаковок.
Далее, изобретение более подробно поясняется на основании примера осуществления изобретения, а также чертежей, которые показывают:
Фиг.1 схематичное изображение измерительной системы согласно изобретению, и
Фиг.2 диаграмму, которая показывает результаты измерения содержания подлежащих исследованию газов в пробе.
Пример 1
Имеющие содержание кислорода в колбасе упаковки
2
Служащая в качестве покровной пленки для колбасной упаковки полимерная пленка на своей являющейся после упаковывания колбасного продукта внутренней стороной поверхности посредством точечного нанесения покрывается, по меньшей мере, одной дискретной небольшой точкой сенсорного материала. Для этого, с помощью тактированного устройства для цветового точечного нанесения (капельно-струйная печать) на формирующую внутреннюю сторону перекрытия пленку бесконтактно наносятся сенсорные точки. Эти точки подвергаются сушке в течение двух секунд в потоке теплого воздуха, в то время как покровная пленка транспортируется дальше к упаковочному устройству, где пищевые продукты, например, колбаса, укладываются в нижнюю часть упаковки и затем в упаковку подается модифицированная атмосфера из подлежащего измерению газа, в данном случае О, и запечатывается при нагреве. Изготовленная таким образом упаковка на первом этапе непосредственно после упаковывания укладывается на транспортирующее устройство и во время транспортирования подвергается бесконтактному измерению содержания кислорода внутри упаковки. Для этого, расположенным на расстоянии от упаковки источником возбуждающего светового импульса все 50 мс излучается световой импульс, причем это возбуждающий световой импульс возбуждает расположенный внутри упаковки сенсорный материал в зависимости от имеющегося внутри упаковки содержания кислорода для испускания флуоресцентного излучения. Флуоресцентное излучение фокусируется на фотодиодах посредством расположенного вместе с источниками возбуждающего светового излучения на одном и том же держателе множества линз, соответственно, зеркал. В фотодиодах вырабатывается электрический импульс, который в связанной с фотодиодами электронике обрабатывается в цифровой форме в измеренную величину, соответствующую концентрации кислорода внутри упаковки.
Подобного рода устройство изображено на фиг.1. В этом устройстве попеременно испускаемый источником 1 возбуждающего светового излучения возбуждающий световой импульс попадает на расположенный внутри схематично изображенной упаковки 3 сенсор 2, причем испущенное сенсором 2 флуоресцентное излучение, которое схематично обозначено позицией 4, посредством множества линз или зеркал 5 попадает на детектирующее устройство 6. В детектирующем устройстве 6 флуоресцентное излучение преобразуется в электронный сигнал, который оценивается в блоке 7 обработки результатов относительно своей интенсивности и в результате сравнения с полученными во время процесса калибровки опорными значениями из интенсивности сигнала рассчитывается абсолютная концентрация подлежащего измерению содержания кислорода в пробе.
2
2
2
2
При этом, блок 7 обработки результатов во время прохождения большого количества упаковок 3 под измерительным блоком выдает измерительный сигнал, каждый раз когда сенсор 2 возбуждался возбуждающим световым импульсом 1 для испускания флуоресцентного излучения. Схематичная диаграмма измерительных сигналов изображена на фиг.2. При этом, вычисленная в детектирующем устройстве измеренная величина сопоставляется с абсолютной измеренной величиной за свет того, что сенсоры, которые были вводились для упаковок 3, заранее калибровались за счет своего нагружения и измерения различными концентрациями газа, и эти измеренные величины сопоставлялись с определенными концентрациями газа. При этом, в отношении концентрации кислорода в нормальном воздухе принимается во внимание приблизительно 20% О и калибровка предпринимается в диапазоне между 0,1% О и 20% О, поскольку внутри упаковок должно быть содержание О от 0,2%. На полученной с помощью подобного блока обработки результатов диаграммы между фазой «-20» и «+13» изображен «шум», соответственно, представлен диапазон, в котором не имеется сенсора, между «13» и «50» представлен диапазон, в котором содержание кислорода внутри пробы значительно является слишком высоким и эти пробы должны быть отбракованы, и величины, которые имеют фазу выше «50» и являются теми величинами, которые соответствуют допустимой концентрации кислорода внутри упаковки и тем самым определяют величины, которые являются надлежащими. Из фиг.2 является очевидным, что проба имела слишком высокое содержание кислорода внутри упаковки, которая в дальнейшем непосредственно устройством отсортировывалась и отбраковывалась.
Пример 2
Содержание кислорода в растворе для очистки и хранения контактных линз, который содержится в упаковке согласно изобретению
Покровная пленка для служащей в качестве емкости для хранения контактных линз стеклянной емкости на своей обращенной после упаковывания контактных линз, соответственно, после наполнения раствором для очистки и хранения к наполнению поверхности подвергается нанесению соответственно одной дискретной точки сенсорного материала. Этот нанесение осуществляется посредством трафаретной печати и сформированные сенсорные точки подвергаются сушке в потоке теплого воздуха прежде, чем они будут размещены на емкости для хранения контактных линз, которая содержит кроме контактных линз также жидкость для хранения.
2
В этом случае, жидкость для хранения насыщается подлежащим измерению газом, в представленном случае - кислородом. Она имеет известное содержание кислорода и измерение содержания кислорода происходит относительно содержания кислорода в окружающей среде, причем различия в содержании О между внутренним объемом емкости и внешней стороной, составляющие меньше чем 5%, являются достаточными, чтобы подтвердить, что проба, которая удовлетворяет предварительно заданным критериям, то есть содержание кислорода внутри емкости для хранения, в частности, растворенного содержания кислорода, не превышает определенное предельное значение в 5%.
Заполненные и запечатанные подобным образом стеклянные емкости в последствие ставятся на транспортирующее устройство и каждый отдельный сосуд подвергается бесконтактному измерению, как это описывалось в Примере 1, и результаты записываются. При этом, источники возбуждающего светового импульса периодически испускают возбуждающий световой импульс, причем ширина импульса составляет 40 мс, чтобы гарантировать, что все без исключения пробы также были измерены. Сам способ измерения осуществляется точно так, как описано в Примере 1. Полученная измерительная диаграмма, в случае эксперимента по Примеру 2, показывает, находится ли концентрация кислорода в растворе для очистки и хранения контактных линз слишком высокой или слишком низкой или находится в желаемом диапазоне.
Для получения абсолютной гарантии, что изготовленная упаковка действительно является газонепроницаемой/герметичной, способ также может проводиться таким образом, что непосредственно после упаковывания выполняется первое измерение, как описано выше, затем проба нагружается давлением и после этого выполняется второе измерение. Если запечатывание упаковки не является плотным по всему периметру, то после приложения давления в любом случае кислород набирается внутрь упаковки, после чего вторая измеренная величина больше не соответствует первой измеренной величине и поясняет, что упаковка не является герметичной, после чего продукт может быть непосредственно отбракован.
Излишне указывать, что не является обязательно необходимым калибровать сенсоры, и что даже исключительное выполнение относительных измерений дает желаемые результаты о том, имеет ли содержимое упаковки находящиеся в допустимом диапазоне газовые комбинации.
Та же самая система может применяться, например, также для измерения содержания газа в медицинских изделиях, фармацевтике и электронных компонентах.
Пример 3
Измерение содержания кислорода в заполненной аргоном промежуточной камере состоящих из двух стекол изоляционных окон
При этом, сенсорный материал клеится или печатается на обращенной к промежуточной камере между стеклянными панелями стороне стеклянной панели и - как описано в Примере 1 или 2 - возбуждается снаружи и считывается. Это подходит для контроля того, является ли степень наполнения инертным газом достаточно большой.