用于识别密封容器是否存在泄漏的方法和装置

摘要

一种用于识别密封容器是否存在泄漏的方法，包括以下步骤：限定将放置密封容器(CT)的检测区域(13)；使所述检测区(13)通过至少一个管道(21)与至少一个气体传感器(219a、219b)连通；通过所述至少一个导管(21)将冲洗气体引入所述检测区(13)；将容器(CT)放置在所述检测区(13)中；通过所述导管(21)从所述检测区(13)抽吸气流并将其传送到第一传感器(219a、219b)，其中，该方法还包括已经到达第一传感器的所述气流被传送到第二传感器或被第二次传送到第一传感器的步骤，并且，处理由这两个传感器产生的信号或由同一传感器产生的两个信号，以确定所述容器(CT)中是否存在气体泄漏。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于识别密封容器是否存在泄漏的方法和装置。根据本发明的方法和装置，其能够识别密封容器是否存在流体泄漏。更具体但非排他性地，所述流体可以是气体或蒸气状态，并且可以由气体或气体混合物、或由蒸气或蒸气混合物、或由气体和蒸气混合物组成。所述容器可以是刚性容器，例如玻璃罐或瓶子，也可以是具有至少一个柔性壁部分的容器，例如，不同种类的塑料桶、袋和柔性包装。

背景技术

目前，许多饮料和用作食品或用于其他用途的产品主要通过以下包装方式之一进行保存。

根据主要用于保存液体的第一种方式，对刚性或半刚性容器通过设置在容器中的合适开口装入要保存的物质。随后，开口通过合适的封闭元件，例如盖子密封。在其他情况下，要保存的产品用带子或薄膜包裹或被引入柔性塑料材料管中，随后，由此获得的包装通过沿着一条或多条连接线熔接密封。在其他情况下，已知使用预先形成的塑料材料桶。该桶通过其中提供的开口填充，随后该开口通过熔接到桶壁的塑料膜密封。

更普遍而言，食品，但不仅仅是食品，被保存在密封包装中，其目的是尽可能长时间地保持产品在包装时的化学物理特性不变。

因此，在应用上述方法时遇到的主要问题之一是如何获得包装的最佳密封，以避免受到外部环境的污染。在许多应用中，最佳密封导致封闭件必须在保持包装的外部压力下或在包装正常使用、运输和储存期间其经受的压力下基本上是密封的。例如，在食用产品的情况下，包装在大气压下必须基本上是气密的，以防止包装内部的环境与外部环境连通，从而导致物质和空气从一种环境传递到另一种环境，从而防止污染所包装的产品及其感官特性腐败的风险。

在容器通过熔接密封的情况下，例如由于熔接过程的错误执行而导致的熔接不善可能危及包装的气密密封。设置熔接温度的错误、粘合剂熔接材料的选择错误、熔接区域接触面的平整度不佳以及熔接区域中存在杂质或异物都是可能影响容器气密性的因素。

如果是刚性或半刚性容器，例如众所周知的由盖子封闭的瓶子，则气密密封可能由于，例如要施加盖子的区域中该盖子或瓶子的畸形，或由于封盖机的操作问题，例如盖子施加步骤中的对齐问题而受到损害。

通常，细心的操作员甚至通过目视就可以容易地检测出由于容器封闭件的明显缺陷而发生的容器的物质缺损。这种缺损通常会导致物质从容器中明显溢出。因此，在这种情况下，负责监督包装生产线的细心的操作员可以轻松识别有缺陷的容器，并在必要时立即在填充和密封步骤的下游将其移除，主要是为了丢弃它们以防止将它们提供给消费者，或是将它们提交给进一步检查或给维修。

很容易理解，容器的泄漏检测对于操作者来说泄漏越小越困难，例如由于微裂缝和微孔导致的泄漏。这些泄漏被定义为微泄漏，即容器中的极少量泄漏，由于它们不会导致明显的液体或其他物质溢出，因此无法立即检测到，但从长远来看，它们会损害产品质量。这种微泄漏通常是由大约10微米甚至小到几微米，例如3-7微米的裂缝引起的。

为了解决如何有效地检测密封容器是否存在微泄漏问题，迄今为止已经提出了几种解决方案。

第一种已知解决方案是例如在US 3708949(A)中公开了如何检测热密封容器的泄漏问题。该文献公开了一种用于形成并随后检查热密封封套的密封性的方法和装置。该文件中公开的方法基本上包括：在引入改性气氛之后密封容器的步骤；使容器承受机械压力以减小由容器壁封闭的体积并因此增加封闭在容器中的气体的压力，从而在如果存在微裂缝时，则会促进它们溢出的步骤；气体检测器检测在容器外部的存在于改性气氛中的示踪气体的存在的步骤；以及移除未通过检查的容器的步骤。

WO2013/011329(A2)中公开了另一种已知的用于测试热密封容器的密封性的方法。根据该文献的教导，容器填充有示踪气体并经受压缩以促进气体通过可能存在于密封区域中的微裂缝溢出。合适的检测器，包括成对的电极，位于更可能发生气体微泄漏的容器区域附近。检测器电极上电压的变化使得能检测到示踪气体的存在。

WO2017125386(A2)公开了一种方法，其中将通常呈条带形式的化学物质施加到容器上。该物质的物理和/或化学性质根据与该物质接触的气体，例如氧气的浓度而变化。物质性质的变化引起发射的电磁辐射的频率、波长或相位的变化，其可被位于容器外部的检测器检测到。

DK201570808(A1)公开了一种用于检测来自引入了示踪气体的密封容器的气体泄漏的装置。该装置包括：分析室，在气密密封性测试期间容器被容纳在分析室中；以及能够在分析室内产生真空的装置。气体检测器被设置为与该分析室连通以检测示踪气体的存在。

因此，根据现有技术的教导，检测微泄漏的步骤通常会借助在容器被密封之前引入容器的示踪气体，通常是二氧化碳(CO

本发明的第一个目的是提供一种用于识别密封容器是否存在泄漏的方法和装置，其不受上述现有技术的限制和缺陷的影响。

本发明的另一个目的是提供一种上述类型的方法和装置，其能检测来自不同种类的容器的泄漏，无论容器是刚性还是柔性，论是否对容器进行机械挤压，甚至泄露是由于小的或非常小的裂缝，即，对应于微泄漏，并且是由几微米的开口引起的。

本发明的又一个目的是提供一种用于识别密封容器是否存在泄漏的方法和装置，如果与现有技术相比，其可以改善操作速度，即如果有泄露的话，其是可以更快地检测出泄漏的方法和装置，从而最大限度地提高生产或容器加工厂的操作速度。

本发明的再一个目的是提供一种上述类型的方法和装置，即使在周围环境的条件发生扰动或改变的情况下，其也能以较高精度实现泄漏检测。

本发明还有一个但不是最后一个目的是提供一种可靠且可以廉价使用的方法和装置，从而它们可以被大规模工业应用。

通过如所附权利要求中所要求保护的方法和装置来实现上述目的和其他目的。

发明内容

识别密封容器泄漏的方法主要包括限定放置密封容器的检测区的步骤和从所述检测区抽吸气流的步骤。气流被传送到第一传感器，该第一传感器被布置成产生指示在通过传感器的气流的混合物中存在给定气体的电信号。

根据本发明的第一实施例，提供了至少两个传感器，它们被布置成产生指示示踪气体的存在的相应信号。从检测区抽吸的同一气流通过串联的两个传感器，因此，第二传感器，即位于第一传感器下游的传感器，产生相对于第一传感器延迟的信号。

在本发明的第二实施例中，提供单个传感器，并且通过使来自检测区的同一气流首先沿一个方向，然后沿相反方向通过该同一传感器来获得延迟。

根据本发明的第一实施例，该方法还包括将到达第一传感器的所述气流传送到第二传感器的步骤，第二传感器也被布置为产生指示通过传感器的气流混合物中存在给定气体的电信号。

根据本发明的第二实施例，该方法还包括将所述气流第二次传送到第一传感器的步骤。

此外，始终根据本发明，由两个传感器产生的信号或由同一传感器产生的两个信号在电子控制单元中被处理，以确定所述容器中是否存在气体泄漏。

仍然根据本发明，该方法包括：检测区通过至少一个空气管道与第一气体传感器连通，并且如果提供有第二气体传感器，还与第二气体传感器连通的步骤；待检查的容器被放置在所述检测区中的步骤；以及通过所述至少一个管道从所述检测区抽吸气流以传送到第一传感器，并且如果提供有第二传感器的话，传送到第二传感器的步骤。

根据本发明，优选的是，从检测区抽吸的气流从第一传感器到第二传感器的传送以无缝方式进行，即连续进行，不中断。

根据本发明的第二实施例的第一变形例，从检测区抽吸的所述气流第一次沿第一方向传送到第一传感器，并且第二次沿相反方向传送到第一传感器。

根据本发明，优选的是，由两个传感器产生的两个信号，或由相同的传感器在气流第一和第二次通过时产生的两个信号相互比较，以在第二信号的电平超过第一信号的电平时的同一时刻，生成指示发生气体泄漏的信号。

根据本发明，更优选的是，当第二信号的电平超过第一信号的电平的条件已连续重复至少两次时的同一时刻，产生指示存在气体泄漏的信号。

根据本发明的更优选实施例，当第二信号的电平超过第一信号的电平的条件已经以高于预定噪声阈值的速率连续重复至少两次时的同一时刻，产生指示存在气体泄漏的信号。

用于识别密封容器是否存在泄漏的装置主要包括：适于接收密封容器的检测区；以及适于从所述检测区抽吸气流的抽风机。该装置还包括能够产生指示存在气体的信号的第一气体传感器和与所述检测区及所述第一气体传感器相连通的管道，其中，由抽风机抽吸的气流通过所述第一气体传感器，所述抽风机位于检测区的下游和传感器的下游。

根据本发明的第一实施例，该装置还包括第二传感器，该第二传感器能够产生指示气体的存在的信号，并且布置在第一传感器和抽风机之间。

根据本发明的第二实施例，该装置包括能够将已经从所述检测区抽出并离开第一传感器的空气流传送回第一传感器的装置。

根据本发明，该装置还包括处理装置，用于处理由两个传感器产生的信号或由同一传感器产生的两个信号，以确定所述容器中是否存在气体泄漏。

根据本发明的第一实施例的变形例，优选地，第一和第二传感器沿着单个管道串联布置，并且总是优选第一传感器在空气被抽风机抽吸的方向上位于第二传感器的上游。

根据本发明的第二实施例的变形例，优选地，所述装置包括可逆风扇或可逆抽风机，其能够在与气流从检测器传送到传感器的方向相反的方向上产生气流。

优选地，根据本发明的装置包括电子控制单元，其被编程为比较由两个传感器产生的信号或由同一传感器产生的两个信号，并且在第二个信号的电平超过了第一个信号的电平时的同一时刻产生指示存在气体泄漏的信号。

有利的是，本发明能检测来自容器的柔性壁上偶然出现的小尺寸孔，即，尺寸小到几微米，例如3-7μm的数量级的微孔的气体或气体混合物的泄露，哪怕少量泄漏，即微泄漏。

根据本发明的识别方法能够显著提高识别灵敏度。这种方法能有利地提高测量灵敏度，从而使得能够检测由于所述示踪气体从样品容器的微泄漏而在检测区域内的气氛中出现的低的示踪气体浓度。

因此，本发明允许识别其中示踪气体浓度略高于外部环境中的浓度的容器中产生的气体微泄漏。根据本发明，这样的测量方法可以在没有或结合改变容器附近的气体混合物成分的功能的情况下实施。

附图说明

本发明的一些优选实施例将参照附图以非限制性示例的方式提供，其中：

图1是结合了本发明的装置的设备的侧视立体图；

图2是根据本发明的装置的优选实施例的示意图；

图3A-3E是尽可能多的示踪气体浓度信号图；

图4是比较两种不同强度的示踪气体浓度信号的曲线图；

图5A-5C是不指示泄漏的尽可能多的气体浓度信号的曲线图；

图6是本发明第二实施例的比较电路图；

图7是本发明第二实施例中由一对传感器产生的一对气体浓度信号的曲线图。

在所有图中，相同的附图标记用于表示相同或功能等效的组件。

具体实施方式

参照图1，根据所示的本发明的实施例，通过定位组件51将待测试样品容器放置在检测区13中，检测区13限定在结合了本发明装置的设备10中。根据该实施例，定位组件51包括一对传送带53、55，分别用于将容器引入或使其进入检测区13以及将所述容器从检测区13中取出或使其退出。优选所述定位组件51还包括一对侧面引导件55a、55b，以用于将容器正确定位在检测区13中，优选位于区13的中心。

可选的是，根据本发明的方法包括样品容器经受压缩或挤压的步骤，以促进可能的气体溢出。优选所述挤压步骤通过包括可旋转辊的挤压组件来执行。

现在将参照图2来描述装置11的优选实施例，该装置11根据本发明的特定实施例制成并且被布置为实施能够显著增加识别装置本身的灵敏度的识别泄漏的方法。

参照图2，其示意性地示出了根据本发明的优选实施例制造并且包括检测区13的检测装置11。检测区13被布置成接收密封容器CT，该密封容器CT将接受检查以确定是否存在可能的泄漏，即，能够使容器CT的内容物与容器外部的周围环境连通的开口。根据本发明的优选实施例，检测区13由包括框架17的支撑结构15限定，并且它与外部环境连通。

在图2中，标记219a和219b表示串联连接在同一管道21中的两个气体传感器，以用于来自检测区13的气体。

两个气体传感器219a、219b被布置成产生电信号，该电信号指示通过所述传感器219a、219b的气体混合物中存在的特定气体。在本发明的特定实施例中，所述气体是CO

在所示的实施例中，装置11包括抽风机25，该抽风机25具有：与管道21连通的进口25a，通过该进口25a抽吸空气；以及出口25b，用于将吸入的空气排出到外面。始终参照所示实施例，管道21包括连接在检测区13和第一传感器219a之间的第一段21a、连接在传感器219a和第二传感器219b之间的第二段21b和连接在第二传感器219b和抽风机25之间的第三段21c。

在本发明的该优选实施例中，段21a通过扩散器29与检测区13连通。根据本发明，单个检测区13可以配备有多个扩散器29。例如，可以设置围绕通过区13的容器CT的扩散器29，使得通过区13的容器CT的基本上整个侧表面都受到扩散器29的空气抽吸的影响。

下面对本发明的检测方法的本实施例的操作原理进行更详细的说明。

参照图3A，其示出了通过由所述CO

根据本发明的方法的优选实施例，根据本发明制造的装置11的检测区13在时间T

在时间T

在时间T

参照图3B，现在参照通过装置11的检测区13的待测试的样品容器，该容器包含示踪气体，假定该示踪气体为CO

图3B示出了通过CO

以上参照图3A和3B描述的装置11的操作循环也可以通过使用压缩空气(400ppm，图3B中的虚线)代替纯氮气(图3B中的实线)作为冲洗气体，或使用其中CO

参考图3C，其示出了在两个通过的样品显示出不同量，即少量(虚线)和大量(实线)的气体泄漏的情况下，传感器219a或219b测量到的CO

参照图3D和3E，示出了当在间隔T

特别参照图3D，显示了在两个通过的样品表现出不同量，即少量(虚线)和大量(实线)的气体泄漏的情况下，当在间隔T

特别参照图3E，示出了在两个通过的样品表现出不同量，即少量(虚线)和大量(实线)的气体泄漏的情况下，当间隔T

从图4可以看出，基于示踪气体浓度的固定阈值的检测方法有许多限制。首先，由于阈值固定，这种检测方法对背景气体偏移非常敏感。其次，传感器发出的、指示示踪气体浓度的信号超过固定阈值并因此发出发生泄漏信号的时刻，取决于示踪气体浓度，即取决于泄漏量。始终参照图4，其中显示了指示少量泄漏(虚线)和大量泄漏(实线)的信号，并且阈值由水平实线Th标识，发出发生泄漏信号的时刻实际上具有随示踪气体浓度变化而变化的时移T→T'。

此外，这种相对于气体传感器产生的信号设置固定的阈值的方法在极少量的微泄漏的情况下几乎没有出色性能，而且会引起误报问题，即泄漏发生的假信号。更具体地，参照图5A，示出了一个示例，其中由于容器中的微开口造成的气体传感器处的示踪气体浓度的微小变化不足以实现识别容器没有正确密封以及因此导致的有可能被丢弃。图5B显示了一个例子，其中由于容器外部的原因造成的与引入容器中的示踪气体相同种类的气体的浓度波动，被误解为泄漏，因为它足以在气体传感器处产生一其值超过设定的固定阈值的信号。图5C显示了与前一个类似的示例，其中由于容器外部原因导致的背景气体湍流被误解为泄漏。

因此，固定阈值太低会导致实际上不可能区分由微泄漏引起的转换与大多数情况下由背景噪声引起的转换。因此，背景噪声的存在迫使将阈值设置为显著区别于零的值，并且无论如何，其绝对值高于噪声“峰值”。因此，在特定情况下，这意味着只有当泄漏量远大于背景波动时，才会识别出泄漏。

能够显著提高检测本身的灵敏度的本发明的替代实施例的测量方法，运用了能精确建立发生泄漏的时刻，即时间的原理。建立能发出发生泄漏的精确且可重复的时间，这能显著缩短受待检测的泄漏影响的样品容器的通道附近的移动样品上的测量的分析间隔。精确的时间选择使测量方法对环境湍流不那么敏感，即便环境湍流可能产生与泄漏的信号特征非常相似的信号，并因此可能被误解为泄漏指示信号。

如之前参照图4所述，通过假设固定阈值Th，超过该阈值则触发信号示意示踪气体的存在，随着指示由泄漏引起的气体的存在的信号的幅度改变，由于超过阈值而发出泄漏信号的时刻T、T'的延迟也发生变化。更具体而言，所述延迟随着信号幅度的减小而增加。假设传感器219a或219b产生的信号被发送到比较器装置，该比较装置被设置成当比较器的输入信号强度低于设定的阈值时，该比较器装置产生逻辑信号“0”，当比较器的输入信号强度超过设定的阈值时，产生逻辑信号“1”，由于上面指出的延迟，从逻辑状态“0”到“1”的转换之间的时间间隔与传感器处示踪气体浓度发生变化的正确时间间隔不对应。这种计时依赖于信号幅度的效应在科学文献中被称为“游走”效应，并且如上所述，基于固定阈值的定时技术受到显著的“游走”效应的影响。

此外，由气体传感器产生的信号通常会受到显著的背景噪声的影响，这会导致时间上同样显著的“抖动”效应，即波动。

尽管信号幅度发生变化，但指示到达传感器的气体混合物中示踪气体浓度的信号曲线形状的基本相似性有利地允许采用基本无游走的计时技术，包括当信号超过一阈值时，发生时间逻辑信号的转换，其中，理想情况下，对于每个信号，该阈值使其自身适应曲线最大值的定义部分，例如在信号达到其最终幅度的一半时。

提供这种“浮动”阈值与所谓的“恒比定时”或“恒比定时”(CFD)相当。

现在将再次参照图2来描述根据本发明的特定实施例制造的装置11的优选实施例，其被布置为实施能够显著提高检测本身的灵敏度的检测方法。

如前所述，装置11包括一对传感器219a和219b，它们通过管道段21b彼此连接，管道段21b的内部容积是已知的：即所述管道段21b的长度和横截面尺寸是已知的并且是恒定的。这种将传感器219a和219b分开的管道段21b基本上形成了气体沿着管道21传播的相应延迟线。

还参照图6，来自两个传感器219a和219b的相应信号M

该技术有利地允许具有独立于幅度并且对抖动和游走较不敏感的甄别时间点。

此外，CFD甄别使系统在低强度泄漏信号情况下的性能更出色，并提高了测量灵敏度。此外，该检测方法受外部CO

在图7所示的示例中，两个切换，即比较器的两个转换0→1在适当的测量间隔内发生。然而，这种切换发生在与进行读取的时刻不同的时间点。如果切换发生在太近的时刻，系统会认为它们是由背景噪声引起的，而不是由CO2泄漏决定的事件引起的。

在根据本发明的该特定实施例制造的装置的替代实施例中，第二传感器的信号被第一传感器的第二信号代替，其中气流以相反方向第二次通过。换句话说，根据这样的替代实施例，来自检测区13的气流借由沿管道在第一方向上朝抽风机25流动，然后在相反方向上朝传感器219a流动而流过第一传感器219a。显然，在该实施例中，甚至可以提供单个且独有的传感器。

在该实施例中，该布置类似于图2中所示的布置，但没有标记为219b的传感器。延迟线21a和21b重合，并且该单条线可以具有任意长度。以此方式，同一线21a、21b变成气体积聚室。当气流反向时，已经从左到右通过第一且唯一的传感器219a的高斯损耗峰值再次沿相反方向从右到左通过同一传感器。传感器219a获得了具有已知的延迟的两个信号，此时，可以通过再现恒比定时来处理这些信号。由于已经获得了两个高斯峰值，一个是由于在一个方向上的通过，一个是由于在另一个方向上的通过，因此可以通过再现恒比定时对它们进行数字处理。

工业适用性

本发明在多个领域都具有工业应用，用于检测基本上任何类型的容器的泄漏和微泄漏，无论容器是可压缩的还是刚性的。本发明还可以用于检测来自加压刚性容器的液体，例如水或饮料的泄漏。

所描述和图示的本发明可以在相同发明原理内的进行多种变化和修改。