基于可调谐激光的封装玻璃药瓶残氧量在线检测方法及应用研究

The residual oxygen in packaged glass medicine bottle is the major factor which influenced the drug's shelf life and once beyond the industry standard, the drug is likely to deteriorate in the warranty period, even endanger the life safety of patients. To solve the current problems in pharmaceutical enterprises using off-line sampling methods to detect the residual oxygen in the packaged glass bottle, an on-line detection method based on tunable laser is presented in this application project. The main research items include wavelength modulation technology on tunable laser and optimization method of system parameters, methods which quickly and efficiently implement  weak signal extraction and filtering in high noise background, establishing  the calculation model of oxygen concentration inversion which combines temperature compensation and multi harmonic signal eigenvalue, forming a set of on-line detection method of residual oxygen in packaged glass bottle with independent intellectual property rights,finally developing an online detection device based on ARM processor which is used in automatic packaging production line of glass bottle with a speed of 300 bottles every minutes. The completion of the project is of great theoretical significance to the development of related disciplines such as spectroscopy, electronics, control science and etc. It will also bring significant economic and social benefits for enterprises, and ultimately provide an important guarantee for human health.

封装玻璃药瓶内残氧量是直接影响药品保质期的主要因素，一旦超出行业标准，药品很可能在保质期内变质，危及病人的生命安全。本申请项目针对目前制药企业采用离线抽样分析法检测封装玻璃药瓶内残氧量存在的诸多问题，提出基于可调谐激光的在线检测方法，研究激光波长调制技术及系统工作参数优化方法，研究高强噪声背景下弱信号析取和快速有效的滤波处理方法，建立融合温度补偿和多谐波信号特征值的氧气浓度反演计算模型，形成一套拥有自主知识产权的封装玻璃药瓶内残氧量在线检测方法，研制一台以ARM处理器为核心的在线检测装置，并在生产能力为300瓶/分钟的玻璃药瓶自动封装生产线上应用。项目的完成对促进光谱学、电子学、控制科学等相关学科的发展具有重要的理论意义，将为企业带来显著的经济和社会效益，最终为人类的健康生活提供重要保障。

封装玻璃药瓶内残氧量是直接影响药品保质期的主要因素，一旦超出行业标准，药品很可能在保质期内变质，危及病人的生命安全。本项目主要研究激光波长调制模型构建及系统参数优化方法，弱信号析取与波形校正方法，融合温度补偿和多谐波信号特征值的浓度反演建模方法，开发一套以 ARM 处理器为核心的封装玻璃药瓶残氧量在线检测装置。经过四年的研究，取得如下重要进展和研究成果：. 针对开放的单光路短光程检测系统中被测信号受系统参数严重制约问题，根据氧分子吸收特性以及氧气激光器的特性，确定了氧气最佳中心波长以及激光器的工作温度和工作电流；通过对二次谐波信号幅值、峰宽、信噪比、对称性与调制参数之间关系的研究，确定了各调制参数的优值选取范围。. 针对检测过程中的微弱有效吸收光谱信号受复杂工业噪声影响严重难以析取问题，提出了一种基于自校正S-G滤波和压缩感知相结合的信号重建方法，在保证滤波效果的同时，满足了自动灯检机的在线检测速度。. 针对开放的单光路短光程条件下，谐波信号幅值与气体浓度的严格线性关系消失问题，以调制深度为桥梁通过二次谐波信号的峰宽对其谐波的幅值特征进行修正，选择出了最有利于气体浓度判别的二次谐波信号数据特征子集。. 针对玻璃药瓶残氧量检测下受到环境温度影响的问题，提出了基于理论校正因子补偿方法、基于实验校正函数补偿方法，提高了系统合格性判别的准确性。. 基于上述方法和技术，开发了一套以 ARM 处理器为核心的封装玻璃药瓶内残氧量检测原型机，满足了现场检测氧气浓度的精度和速度要求。. 通过对该项目的研究，在国内外学术期刊发表论文7篇，获授权国家发明专利3项；培养硕士生 3 名、 博士生1 名。