一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法

1.本发明涉及无损西林瓶泄露检测技术领域，尤其是涉及一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法。


背景技术：

2.西林瓶是一种玻璃管制注射剂瓶与胶塞封口的小瓶子，多用于疫苗、粉针剂、生物制剂、冻干等药品的包装。由于瓶内药物与外界氧气接触多会使药物变质，甚至带入细菌污染药物，这将对使用者产生一定危害。
3.目前对西林瓶的检漏主要采用的方法有电化学法、化学比色法、气相色谱法、微生物侵入法和高压电火花放电法等，大多数属于侵入式检测，存在会破坏药品、测量精度不高及无法实现快速在线检测等问题。
4.针对上述中的相关技术，本发明提供一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法。


技术实现要素：

5.本发明提供一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法，便于解决现有的传统西林瓶检测技术损坏样品、无法定量测量、无法在线检测等问题和无损检测技术探测灵敏度低的问题。
6.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
7.鉴于上述和/或现有西林瓶检测中存在的问题，提出了本发明。
8.因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置。
9.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于小型化多光程池的西林瓶检测装置，包括，
10.西林瓶检测机构，其包括箱体外壳、主控制面板、电源、翻转箱门、维护箱门、西林瓶传动组件和激光探测组件，所述箱体外壳的前端安装有主控制面板，主控制面板下方装有维护箱门，且箱体外壳的侧面有翻转箱门，所述翻转箱门的表面设置有操作握把，西林瓶传动组件的出入端穿过箱体外壳置于内腔中，
11.箱体外壳的内腔中嵌入安装有激光驱动电路和调制与解调电路，所述激光探测组件包括弧形设备定位板、定位板固定架、多光程池、探测器、激光器和准直器，所述多光程池安装在弧形设备定位板上通过定位板固定架与待测样品托盘相固定。
12.基于上述技术特征：装置在对西林瓶进行检测时，可先将待测西林瓶样品放入待测样品托盘中再由传动齿轮分别将单个西林瓶送入到激光检测组件中进行光谱检测，在检测完成后由传动齿轮对西林瓶进行分拣，将合格品传送到合格品托盘，将不合格品传送到
不合格品托盘，且与一般的检测装置相比，不会损坏待测样品，节省检测成本，使用激光吸收光谱的方法做到快速实时在线检测，不仅可以做到定量检测并且使用了小型化多光程池，大大提高了探测灵敏度。
13.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中：所述装置内部装有两套激光探测组件，每次可同时对两个西林瓶进行检测，探测信号由与后腔盖相连的光电探测器进行接收。
14.基于上述技术特征：在检测时，西林瓶由传动齿轮运送到光程池中，激光束经过准直器射入到小型化多光程池中经过多次反射后由探测器接收信号，探测信号经过数据处理后将西林瓶内气体的检测结果反映在主控制面板的数值显示屏上。
15.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中：所述弧形定位板上预留有多处接口，可根据检测速度需要加装激光探测组件，提高检测效率。
16.基于上述技术特征：弧形定位板与定位板支架相连，定位板支架具有高度调节功能，根据不同西林瓶的尺寸信息，可将定位板支架调节到合适高度，以满足对西林瓶的顶空检测。
17.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中：所述多光程池采用两块介质膜反射镜，具有在红外波段高反射率的特性，可减少光强损失，有效提高吸收光程，增加探测灵敏度。
18.基于上述技术特征：通过调节准直器与前腔盖后对丝来调节入射角度，以改变光束在多光程池内的反射次数，以达到探测要求，其中光程池内的光斑分布为竖直线形分布，做到完全通过西林瓶中心，避免了瓶壁对光束的几何偏折干扰。
19.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中：所述传动齿轮的上端带有调节握把，其运转由箱内的电机驱动，其转速由检测速度决定，可通过主控制面板进行调节。
20.基于上述技术特征：当对不同尺寸的西林瓶进行检测时，可使用传动齿轮上的调节握把将齿轮取下进行更换，以便提高检测效率。
21.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中：所述激光器采用可调谐半导体激光器，所述箱体外壳内壁做涂黑处理。
22.基于上述技术特征：激光器的波段由西林瓶内待测气体决定，例如氧气、水蒸气和二氧化碳等。
23.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中：所述激光驱动电路包括温度控制模块和电流控制模块，其中温度控制模块采用tec温控芯片，电流控制模块采用反馈放大电路，所述调制与解调电路包括信号产生模块、探测器接收模块和解调模块。
24.基于上述技术特征：温度控制模块采用tec温控芯片，具有小型化、安全系数高、精确、开关频率高、低噪声、稳定性好等优点；电流控制模块采用反馈放大，将电流根据所需进行调整放大，内部采用防反接设计，保证激光器安全。利用mcu实时监控温度电流，超出安全范围及时发出警告。所述调制解调电路包括信号产生模块、探测器接收模块和解调模块，其中信号产生模块包含正弦信号产生；探测器接收模块包含信号多级放大；解调模块对输入
信号进行解调。
25.作为本发明所述一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的一种优选方案，其中，还包括一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的方法，具体包括以下步骤：
26.步骤s1：打开电源，将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件放入多光程池内；
27.步骤s2：使用触控显示屏打开激光器进行校准与标定；
28.步骤s3：关闭激光器，将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件中取出并将待测西林瓶样品放入多光程池内；
29.步骤s4：使用触控显示屏打开激光器，通过触控显示屏观察待测西林瓶内气体浓度信息。
30.优选地，采集西林瓶内气体浓度的具体过程为：使用可调谐半导体激光器作为光源，利用激光驱动电路调节驱动温度与电流来扫描不同的光谱范围。使调制解调电路产生三角波信号叠加正弦波信号形成调制信号提供给激光驱动器，激光通过多光程池与西林瓶后由探测器接收并传输给锁相放大器调制解调电路进行解调，解调后的2f信号通过与浓度间的关系得到待测西林瓶内的气体浓度信息并传输给触控显示屏。
31.优选地，信号数据处理的具体步骤为：
32.步骤一：平均：将对同一个待测西林瓶进行多次扫描探测后进行平均处理，以平均得到的2f信号作为探测信号，目的是避免单次测量可能引起的误差；
33.步骤二：去背景：测定箱体内部的无待测西林瓶条件下的扫描信号，将步骤一得到的扫描信号减去背景信号，用于消除背景的影响；
34.步骤三：卡尔曼滤波：利用卡尔曼滤波的方法将步骤二得到的2f探测信号进行滤波，目的是进一步提高探测信号的信噪比，提上探测灵敏度。
35.优选的，根据西林瓶尺寸信息设计多光程池的矢量计算方法：
36.步骤1：首先，要使多光程池内光束被完全束缚在腔体内稳定传播，需要满足光腔的稳定条件：
37.0＜g1·
g2＜1
38.其中
[0039][0040]
式中，g1、g2为共轴球面腔的几何参数；l为两反射镜间的距离；r1、r2为两反射镜的曲率半径，默认使用两相同反射镜，曲率半径为r，
[0041]
步骤2：由于西林瓶壁为柱面，横向传播会产生几何偏折损耗，因此要使光路分布与西林瓶纵向平行，通过将y轴方向上的入射角度α设为0度来实现；
[0042]
步骤3：光束经过n次反射后，相邻两点m
n-1
(x
n-1
,y
n-1
,z
n-1
)与mn(xn,yn,zn)间的单程距离为dn，可用下式表示：
[0043][0044]
其中，an，bn，cn为光束在第n次反射时，分别在x，y，z轴上的方向向量；
[0045]
步骤4：根据反射镜的曲率半径r以及反射镜与对称轴的相对位置r可得到曲面方
程：
[0046][0047]
步骤5：通过选取x，y，z其中一个方向，将直线方程与曲面方程联立求解，便可得到其位于轴上的坐标位置，下式以y轴方向为例：
[0048][0049]
其中
[0050][0051][0052]
步骤6：由于光束通过西林瓶时会受到瓶壁厚度t的影响，光束发生折射并在z方向上会产生偏移，因此我们引入了修正因子g来描述实际光束传播情况，zn的位置由下式给出：
[0053][0054]
其中
[0055][0056][0057]
其中，yn的值由步骤5的公式得到，t为西林瓶的瓶壁厚度，n2为西林瓶材质的折射率；
[0058]
步骤7：k
1n
,k
2n
,k
3n
分别是曲面法向量在x，y，z轴方向上的分量，其值由下式给出：
[0059][0060]
步骤8：通过第n-1次反射时的方向向量an，bn，cn和曲面在m
n-1
的法向量k
1n
，k
2n
，k
3n
可用得到第n次反射时的方向向量，
[0061]an
＝a
n-1
+k
1n
·
τ,bn＝b
n-1
+k
2n
·
τ,cn＝c
n-1
+k
3n
·
τ，
[0062]
其中
[0063][0064]
步骤9：通过步骤5与步骤3的公式可计算得到xn的分布位置，由下式给出：
[0065][0066]
步骤10：由于所用于西林瓶检测系统的多光程池为开放光路，所以多次反射同样会增加除瓶外的自由空间的光程长度，因此，采用瓶内有效光程ly与总光程长度ls的比值k作为衡量标准之一，当k》50％时则认为该多光程池有效增加了瓶内光程长度，如下式所示：
[0067][0068]
其中
[0069][0070][0071]
其中，d为西林瓶瓶身直径，结合步骤5公式和上述公式可以得到瓶身直径d与r、r之间的关系；
[0072]
步骤11：利用上述矢量计算的方法，可以根据初始条件计算得到每个光斑的位置信息，根据待测西林瓶尺寸信息，瓶身直径d和瓶壁厚度t，通过简单的调整入射位置灵活的构造所需多光程池。
[0073]
综上所述，本发明包括以下至少一种有益效果：
[0074]
1、本发明的检测装置在对西林瓶内气体进行检测时，可先将待测西林瓶样品放入待测样品托盘中再由传动齿轮分别将单个西林瓶送入到激光检测组件中进行光谱检测，在检测完成后由传动齿轮对西林瓶进行分拣，将合格品传送到合格品托盘，将不合格品传送到不合格品托盘，且与一般的检测装置相比，不会损坏待测样品，节省检测成本，使用激光吸收光谱的方法做到快速实时在线检测，不仅可以做到定量检测并且使用了小型化多光程池，大大提高了探测灵敏度，根据西林瓶的尺寸特征，调整传动齿轮的型号，并且根据所需光程将多光程调节合适固定，不仅可以高效的进行快速检测，并且能实现对西林瓶内气体的高精度定量测量。
[0075]
2、本发明的检测方法利用可调谐半导体激光光谱技术，通过设计好的小型化多光程池，对西林瓶内气体进行检测，实现高精度、快速、在线检测等优点基于可调谐半导体激
光光谱技术的方法，解决了传统西林瓶检测技术破坏样品，无法定量测量，无法在线测量等问题；基于矢量计算的方法，可根据西林瓶的尺寸信息定制适合的小型化多光程池，解决了激光单程检测光程过短，灵敏度低的问题。
附图说明
[0076]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0077]
图1为本发明整体结构图；
[0078]
图2为本发明图1的的正视图；
[0079]
图3为本发明西林瓶传动组件结构示意图；
[0080]
图4为本发明西林瓶传动组件上视图；
[0081]
图5为本实用新型多光程池结构示意图；
[0082]
图6是本发明的小型化多光程池光斑分布及辐照度仿真图；
[0083]
图7是本发明的小型化多光程池光路仿真图；
[0084]
图8是本发明的小型化多光程池矢量计算原理图；
[0085]
图9是本发明的考虑西林瓶尺寸的小型化多光程池矢量计算原理图；
[0086]
图10是本发明的装置对不同浓度氧气的测量结果图；
[0087]
图11是本发明的装置对不同浓度氧气的标定结果图。
[0088]
附图标记说明：1、西林瓶检测机构；11、箱体外壳；111、移动滚轮；112、激光驱动电路；113、调制与解调电路；12、主控制面板；13、电源；14、翻转箱门；15、维护箱门；16、西林瓶传动组件；161、待测样品托盘；162、合格品托盘；163、不合格品托盘；164、传动齿轮；1641、调节握把；17、激光探测组件；171、弧形设备定位板；172、定位板固定架；173、多光程池；1731、前腔盖；1732、后腔盖；1733、入射端反射镜；1734、出射端反射镜；174、探测器；175、激光器；176、准直器。
具体实施方式
[0089]
以下结合附图1-11对本发明作进一步详细说明。
[0090]
实施例1
[0091]
参照图1，本发明公开一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，包括，
[0092]
西林瓶检测机构1，其包括箱体外壳11、主控制面板12、电源13、翻转箱门14、维护箱门15、西林瓶传动组件16和激光探测组件17，所述箱体外壳11的前端安装有主控制面板12，主控制面板12下方装有维护箱门15，且箱体外壳11的侧面有翻转箱门14，所述翻转箱门14的表面设置有操作握把141，西林瓶传动组件16的出入端穿过箱体外壳11置于内腔中，装置在对西林瓶进行检测时，可先将待测西林瓶样品放入待测样品托盘161中再由传动齿轮164分别将单个西林瓶送入到激光检测组件17中进行光谱检测，在检测完成后由传动齿轮164对西林瓶进行分拣，将合格品传送到合格品托盘162，将不合格品传送到不合格品托盘163，且与一般的检测装置相比，不会损坏待测样品，节省检测成本，使用激光吸收光谱的方
法做到快速实时在线检测，不仅可以做到定量检测并且使用了小型化多光程池，大大提高了探测灵敏度。
[0093]
参照图2，箱体外壳11的底部设有移动滚轮111方便对整体装置进行移动，箱体外壳11的内腔中嵌入安装有激光驱动电路112和调制解调电路113。激光驱动电路112包括温度控制模块和电流控制模块，其中温度控制模块采用tec温控芯片，具有小型化、安全系数高、精确、开关频率高、低噪声、稳定性好等优点；电流控制模块采用反馈放大，将电流根据所需进行调整放大，内部采用防反接设计，保证激光器安全。利用mcu实时监控温度电流，超出安全范围及时发出警告。所述调制解调电路113包括信号产生模块、探测器接收模块和解调模块，其中信号产生模块包含正弦调制信号产生；探测器接收模块包含信号多级放大；解调模块对输入信号进行解调。
[0094]
参照图3-图5，西林瓶传动组件16包括待测样品托盘161用于盛放待测西林瓶样品，合格品托盘162用于接收分拣结果为合格的西林瓶，不合格品托盘163用于接收分拣结果为不合格的西林瓶，传动齿轮164将位于待测样品托盘161的西林瓶送入激光检测组件17中进行光谱检测，调节握把1641用于手动调节传动齿轮。激光探测组件17包括弧形设备定位板171、定位板固定架172、多光程池173、探测器174、激光器175和准直器176，多光程池173安装在弧形设备定位板171上通过定位板固定架172与待测样品托盘161相固定。多光程池173包括前腔盖1731、后腔盖1732、入射端反射镜1733和出射端反射镜1734，其中入射端反射镜1733和出射端反射镜1734的镜面上打有位置不同的入射/出射孔，且为沉头孔以实现更大的入射和出射角度。所述前腔盖1731后端带有螺丝与对丝用于调节角度。准直器176与前腔盖1731相连，准直器176后端带有螺丝与对丝用于调节角度。
[0095]
激光驱动电路112包括温度控制模块和电流控制模块，其中温度控制模块采用tec温控芯片，电流控制模块采用反馈放大电路，调制与解调电路113包括信号产生模块、探测器接收模块和解调模块，其中信号产生模块包含正弦信号产生；探测器接收模块包含信号多级放大；解调模块对输入信号进行解调。
[0096]
实施例2
[0097]
本实施例是对实施例1作进一步说明，激光器175采用可调谐半导体激光器，所述箱体外壳11内壁做涂黑处理。激光器175的波段由西林瓶内待测气体决定，例如氧气、水蒸气和二氧化碳等。
[0098]
实施例3
[0099]
一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法，该检测方法的具体步骤为：
[0100]
步骤s1：打开电源13，将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件16放入多光程池173内；
[0101]
步骤s2：使用触控显示屏12打开激光器175进行校准与标定；
[0102]
步骤s3：关闭激光器175，将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件16中取出并将待测西林瓶样品放入多光程池173内；
[0103]
步骤s4：使用触控显示屏12打开激光器175，通过触控显示屏12观察待测西林瓶内气体浓度信息。
[0104]
本实施方式中，以对西林瓶内氧气的测量为例，所用标准气体为氧气与氮气的混合气，其不同浓度测量结果如图10所示，标定结果如图11所示。
[0105]
实施例4
[0106]
本实施例是对实施例4作进一步说明，参阅图6-图9所示，采集西林瓶内气体浓度的具体过程为：使用可调谐半导体激光器作为光源，利用激光驱动电路调节驱动温度与电流来扫描不同的光谱范围。使调制解调电路产生三角波信号叠加正弦波信号形成调制信号提供给激光驱动器，激光通过多光程池与西林瓶后由探测器接收并传输给锁相放大器调制解调电路进行解调，解调后的2f信号通过与浓度间的关系得到待测西林瓶内的气体浓度信息并传输给触控显示屏。
[0107]
信号数据处理的具体步骤为：
[0108]
步骤一：平均：将对同一个待测西林瓶进行多次扫描探测后进行平均处理，以平均得到的2f信号作为探测信号，目的是避免单次测量可能引起的误差；
[0109]
步骤二：去背景：测定箱体内部的无待测西林瓶条件下的扫描信号，将步骤一得到的扫描信号减去背景信号，用于消除背景的影响；
[0110]
步骤三：卡尔曼滤波：利用卡尔曼滤波的方法将步骤二得到的2f探测信号进行滤波，目的是进一步提高探测信号的信噪比，提上探测灵敏度。
[0111]
根据西林瓶尺寸信息设计多光程池的矢量计算方法：
[0112]
步骤1：首先，要使多光程池内光束被完全束缚在腔体内稳定传播，需要满足光腔的稳定条件：
[0113]
0＜g1·
g2＜1
[0114]
其中
[0115][0116]
式中，g1、g2为共轴球面腔的几何参数；l为两反射镜间的距离；r1、r2为两反射镜的曲率半径，默认使用两相同反射镜，曲率半径为r，
[0117]
步骤2：由于西林瓶壁为柱面，横向传播会产生几何偏折损耗，因此要使光路分布与西林瓶纵向平行，通过将y轴方向上的入射角度α设为0度来实现；
[0118]
步骤3：光束经过n次反射后，相邻两点m
n-1
(x
n-1
,y
n-1
,z
n-1
)与mn(xn,yn,zn)间的单程距离为dn，可用下式表示：
[0119][0120]
其中，an，bn，cn为光束在第n次反射时，分别在x，y，z轴上的方向向量；
[0121]
步骤4：根据反射镜的曲率半径r以及反射镜与对称轴的相对位置r可得到曲面方程：
[0122][0123]
步骤5：通过选取x，y，z其中一个方向，将直线方程与曲面方程联立求解，便可得到其位于轴上的坐标位置，下式以y轴方向为例：
[0124][0125]
其中
[0126][0127][0128]
步骤6：由于光束通过西林瓶时会受到瓶壁厚度t的影响，光束发生折射并在z方向上会产生偏移，因此我们引入了修正因子g来描述实际光束传播情况，zn的位置由下式给出：
[0129][0130]
其中
[0131][0132][0133]
其中，yn的值由步骤5的公式得到，t为西林瓶的瓶壁厚度，n2为西林瓶材质的折射率；
[0134]
步骤7：k
1n
,k
2n
,k
3n
分别是曲面法向量在x，y，z轴方向上的分量，其值由下式给出：
[0135][0136]
步骤8：通过第n-1次反射时的方向向量an，bn，cn和曲面在m
n-1
的法向量k
1n
，k
2n
，k
3n
可用得到第n次反射时的方向向量，
[0137]an
＝a
n-1
+k
1n
·
τ,bn＝b
n-1
+k
2n
·
τ,cn＝c
n-1
+k
3n
·
τ，
[0138]
其中
[0139]
[0140]
步骤9：通过步骤5与步骤3的公式可计算得到xn的分布位置，由下式给出：
[0141][0142]
步骤10：由于所用于西林瓶检测系统的多光程池为开放光路，所以多次反射同样会增加除瓶外的自由空间的光程长度，因此，采用瓶内有效光程ly与总光程长度ls的比值k作为衡量标准之一，当k》50％时则认为该多光程池有效增加了瓶内光程长度，如下式所示：
[0143][0144]
其中
[0145][0146][0147]
其中，d为西林瓶瓶身直径，结合步骤5公式和上述公式可以得到瓶身直径d与r、r之间的关系；
[0148]
步骤11：利用上述矢量计算的方法，可以根据初始条件计算得到每个光斑的位置信息，根据待测西林瓶尺寸信息，瓶身直径d和瓶壁厚度t，通过简单的调整入射位置灵活的构造所需多光程池。
[0149]
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：包括，西林瓶检测机构，其包括箱体外壳、主控制面板、电源、翻转箱门、维护箱门、西林瓶传动组件和激光探测组件，所述箱体外壳的前端安装有主控制面板，主控制面板下方装有维护箱门，且箱体外壳的侧面有翻转箱门，所述翻转箱门的表面设置有操作握把，西林瓶传动组件的出入端穿过箱体外壳置于内腔中，箱体外壳的内腔中嵌入安装有激光驱动电路和调制与解调电路，所述激光探测组件包括弧形设备定位板、定位板固定架、多光程池、探测器、激光器和准直器，所述多光程池安装在弧形设备定位板上通过定位板固定架与待测样品托盘相固定。2.根据权利要求1所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：所述西林瓶传动组件包括待测样品托盘、合格品托盘、不合格品托盘和传动齿轮，传动齿轮带有调节握把。3.根据权利要求1所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：所述多光程池包括前腔盖、后腔盖、入射端反射镜和出射端反射镜，其中入射端反射镜和出射端反射镜的镜面上打有位置不同的入射/出射孔，且为沉头孔，所述前腔盖后端带有用于调节角度的螺丝与对丝。4.根据权利要求1所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：所述箱体外壳的底部设有移动滚轮，所述准直器与前腔盖相连，准直器后端带有用于调节角度的螺丝与对丝。5.根据权利要求1所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：所述激光器采用可调谐半导体激光器，所述箱体外壳内壁做涂黑处理。6.根据权利要求1所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法，其特征在于：所述激光驱动电路包括温度控制模块和电流控制模块，其中温度控制模块采用tec温控芯片，电流控制模块采用反馈放大电路，所述调制与解调电路包括信号产生模块、探测器接收模块和解调模块，其中信号产生模块包含正弦信号产生；探测器接收模块包含信号多级放大；解调模块对输入信号进行解调。7.根据权利要求1-6任一所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：还包括一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置的方法，具体包括以下步骤：步骤s1：打开电源，将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件放入多光程池内；步骤s2：使用触控显示屏打开激光器进行校准与标定；步骤s3：关闭激光器，将装有标准气的西林瓶通过西林瓶传动组件中取出并将待测西林瓶样品放入多光程池内；步骤s4：使用触控显示屏打开激光器，通过触控显示屏观察待测西林瓶内气体浓度信息。8.根据权利要求7所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：采集西林瓶内气体浓度的具体过程为：使用可调谐半导体激光器作为光源，利用激光驱动电路调节驱动温度与电流来扫描不同的光谱范围，使调制解调电路产生三角波信号叠加正弦波信号形成调制信号提供给激光驱动器，激光通过多光程池与西林瓶后由探测器接收并传输给锁相放大器调制与解调电路进行解调，解调后的2f信号通过与浓度间的关系得到待测西林瓶内的气体浓度信息并传输给触控显示屏。
9.根据权利要求8所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：信号数据处理的具体步骤为：步骤一：平均：将对同一个待测西林瓶进行多次扫描探测后进行平均处理，以平均得到的2f信号作为探测信号；步骤二：去背景：测定箱体内部的无待测西林瓶条件下的扫描信号，将步骤一得到的扫描信号减去背景信号；步骤三：卡尔曼滤波：利用卡尔曼滤波的方法将步骤二得到的2f探测信号进行滤波。10.根据权利要求7所述的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置，其特征在于：根据西林瓶尺寸信息设计多光程池的矢量计算方法：步骤1：首先，要使多光程池内光束被完全束缚在腔体内稳定传播，需要满足光腔的稳定条件：0＜g1·
g2＜1其中式中，g1、g2为共轴球面腔的几何参数；l为两反射镜间的距离；r1、r2为两反射镜的曲率半径，默认使用两相同反射镜，曲率半径为r，步骤2：由于西林瓶壁为柱面，横向传播会产生几何偏折损耗，因此要使光路分布与西林瓶纵向平行，通过将y轴方向上的入射角度α设为0度来实现；步骤3：光束经过n次反射后，相邻两点m
n-1
(x
n-1
,y
n-1
,z
n-1
)与m
n
(x
n
,y
n
,z
n
)间的单程距离为d
n
，可用下式表示：其中，a
n
，b
n
，c
n
为光束在第n次反射时，分别在x，y，z轴上的方向向量；步骤4：根据反射镜的曲率半径r以及反射镜与对称轴的相对位置r可得到曲面方程：步骤5：通过选取x，y，z其中一个方向，将直线方程与曲面方程联立求解，便可得到其位于轴上的坐标位置，下式以y轴方向为例：其中步骤6：由于光束通过西林瓶时会受到瓶壁厚度t的影响，光束发生折射并在z方向上会
产生偏移，因此我们引入了修正因子g来描述实际光束传播情况，z
n
的位置由下式给出：其中其中其中，y
n
的值由步骤5的公式得到，t为西林瓶的瓶壁厚度，n2为西林瓶材质的折射率；步骤7：k
1n
,k
2n
,k
3n
分别是曲面法向量在x，y，z轴方向上的分量，其值由下式给出：步骤8：通过第n-1次反射时的方向向量a
n
，b
n
，c
n
和曲面在m
n-1
的法向量k
1n
，k
2n
，k
3n
可用得到第n次反射时的方向向量，a
n
＝a
n-1
+k
1n
·
τ,b
n
＝b
n-1
+k
2n
·
τ,c
n
＝c
n-1
+k
3n
·
τ，其中步骤9：通过步骤5与步骤3的公式可计算得到x
n
的分布位置，由下式给出：步骤10：由于所用于西林瓶检测系统的多光程池为开放光路，所以多次反射同样会增加除瓶外的自由空间的光程长度，因此，采用瓶内有效光程l
y
与总光程长度l
s
的比值k作为衡量标准之一，当k>50％时则认为该多光程池有效增加了瓶内光程长度，如下式所示：
其中其中其中，d为西林瓶瓶身直径，结合步骤5公式和上述公式可以得到瓶身直径d与r、r之间的关系；步骤11：利用上述矢量计算的方法，可以根据初始条件计算得到每个光斑的位置信息，根据待测西林瓶尺寸信息，瓶身直径d和瓶壁厚度t，通过简单的调整入射位置灵活的构造所需多光程池。

技术总结
本发明公开了无损西林瓶泄露检测技术领域的一种小型化多光程池的西林瓶泄露检测装置及方法，箱体外壳的内腔中嵌入安装有激光驱动电路和调制与解调电路，所述激光探测组件包括弧形设备定位板、定位板固定架、多光程池、探测器、激光器和准直器，利用可调谐半导体激光光谱技术，通过设计好的小型化多光程池，对西林瓶内气体进行检测，实现高精度、快速、在线检测等优点基于可调谐半导体激光光谱技术的方法，解决了传统西林瓶检测技术破坏样品，无法定量测量，无法在线测量等问题；基于矢量计算的方法，可根据西林瓶的尺寸信息定制适合的小型化多光程池，解决了激光单程检测光程过短，灵敏度低的问题。灵敏度低的问题。灵敏度低的问题。


技术研发人员：李传亮 邱选兵 郭古青 杨天悦
受保护的技术使用者：太原科技大学
技术研发日：2022.05.12
技术公布日：2022/11/1