专利名称：采样和确定容器中污物的存在的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一个容器检测系统，用于采样和确定某些物质的存在，例如玻璃瓶或塑料瓶容器中污物的残留物。更具体地说，本发明涉及一个改进的采样和分析的系统和方法，用于确定容器中这些污物的残留物，比如，容器分拣系统中，在传统带上快速通过检测站的饮料瓶。
在包括饮料工业在内的许多工业中，产品被装入在使用后可回收、洗涤而后再使用的容器中。典型的可重新使用的容器，象饮料瓶，是由很容易清洗的玻璃做成的。这些容器清洗后要检测是否有外来物的存在。
玻璃容器有易碎，体积较大，相对较重的缺点。因此使用塑料容器是很理想的，因为它们不易碎，比相同体积的玻璃容器重量轻。但是塑料容易吸收多种有机化合物，这些物质随后会逐渐被产品吸收，对装在容器中的产品的质量产生不良影响。这些有机化合物的例子是含氮的化合物比如氨，有机氮化物和包括汽油，各种清洁剂在内的碳氢化合物。
因此，本发明的主要目的是提供一个当容器在传送带上快速送往自动清洗线或类似流水线，或从清洗线上快速出来时，在一个很宽的范围内检测容器中的特殊物质，比如含氮化合物和碳氢化合物的污物的方法和系统。
本发明的另一个目的是提供一个当瓶子沿传送带不停地或不受任何阻碍地运动时，采样和分析容器中残留物的系统和方法从而达到每分钟大约200到1000个瓶子的高速采样率。
本发明还有一个目的是提供一个采样和分析容器中的残留物的系统和方法，在沿传送带的移动过程中，被检测的容器不和任何采样和分析设备相接触。
本发明还有一个目的是提供一个采样和分析容器中的残留物的系统和方法，在沿传送带的移动过程中，不需向容器物理地插入任何探针或类似物质。
本发明还有一个目的是提供一个在很宽的范围内检测饮料中污物的系统和方法，该系统和方法受瓶中饮料成分残留物(“产品”)的挥发的影响最小。
本发明的目的是由提供一种采样和确定容器中某些物质，比如易挥发的残留物的存在的方法来实现的，该方法的步骤包括向所述容器中注入流体以便排出其中的至少一部分成分;通过抽吸抽出容器中成分的样品，然后分析抽出的样品确定其中某些残留物是否存在。
在本发明的一个最佳实施例中，注入容器的流体是压缩空气，它通过一个喷管注入，在容器内产生一个气流，这个气流产生一个包含容器内成份的气雾，出现在开口处，并在容器外通过抽吸而被抽空用作容器内成份的一个样品。
气体的注入和样品的采集可以是连续地操作，也可以分步完成。如果采用分步进行，开始向容器中喷入气体这一步的时间最好早于开始采集样品的时间，以便为样品气雾的形成提供时间。但是，注入和抽取这两步的完成在时间上可以略有重叠。另外，注入和抽取这两步也可安排在时间上隔开进行，但取决于所期望的采样率。注入和抽取两步还可同步进行，使它们同时发生且持续相同的时间。
在一个最佳实施例中，从喷管中气体的注入和抽取装置应用的抽吸在测试站上是连续的。在这个实施例中，容器或瓶子在快速运动的传送带上快速且连续地通过测试站。瓶子以每分钟200到1000个的速率通过测试站。每分钟400个瓶子的速率是较好的，且与现有的饮料瓶充入速度相一致。所希望的测试速率可根据被检测和被填充的瓶子的大小而变化。注入器的喷管被设置在从抽空器的抽吸管开始，沿传送带的运动方向的前一级，这样向每个容器中注入流体在时间上就能略先于抽空产生的样品气雾。
在本发明的另一个实施例中，被抽空的样品的一部分(大约90%被送走，留下来的部分通过一个分析器，以确定某些残留物是否存在。送走第一部分样品的目的是限制送往分析器的样品的量，使之成为可控制的数量，以完成高速分析。另外，如果样品的体积太大，可能阻塞检测器。但在开始时基本上抽空全部样品气雾是理想的，这样可清除测试站区域内那种样品气雾的成分，为接着来的容器提供一个清洁的环境。这样便消除了在时间的一个给定点与要检测的容器无关的残留物的假信号(容器污物的相互影响)。
如果需要，被送走的第一部分样品可以用管道通过一个选择空气过滤器，重新循环成压缩空气注入接着到达测试站的容器中。这样可以有效地使用被送走的第一部分样品和用于转移和压缩的泵，不必将第一部分样品排放到测试场的周围空气中去。
在又一个实施例中，大范围的污物也可被探测到，而不受产品挥发物的影响。它是通过提供一种采样并确定以前填充过饮料的容器中某些污物的挥发物的是否存在的方法来完成的，所述容器包括可用盖子封闭的开口。上述方法的步骤包括把去掉盖子的所述容器存放足够长的时间以使可检测到的饮料残留成份的易挥发物从容器中挥发或溢出;
经过所述的足够的时间后，抽取留在容器中的挥发物的样品;
将样品与化学反应物混合，引起化学反应，以产生反应物的化合光;以及光学分析由样品和反应物发出的化合光的辐射以确定所述的某些污物的挥发物是否存在，而不受饮料残留成分的挥发物的化合光的可检测程度的影响。
本发明的其它应用范围将在以后给出具体的说明中说明。但是应该明白，由于从本具体说明中，在本发明的精神和范围内的各种变化和修改对本领域技术人员来说是很显然的，所以显示本发明的最佳实施例时，具体说明和特殊的例子仅以图示说明的方式给出。
从以下给出的具体说明和仅以图示说明的附图中，本发明将更易全面理解，但不意在限制，其中
图1是本发明的采样和残留物分析系统的示意框图，示出了正沿传送带系统顺序移动通过测试站，拒收设备和清洗站的多个容器;
图2示出了在检测系统中图1系统的一个可能的实施的框图，其中被检测的污物可能是含氮化合物;以及图3是图2系统的分析器中发出的被检测到的化合光辐射的信号强度随辐射波长的变化图。
参阅图1，示出了一个沿箭头A方向运动的传送带10，其上有多个不带盖的，顶部开口的容器C(例如，容积大约1500C.C.的塑料饮料瓶)，顺序通过测试站12，拒收装置28和到清洗系统中去的传送带32。容器C中的成分典型地包括空气，污物残留物的挥发物，如果有的话，还包括例如容器中饮料的挥发物。空气注入器14是一个压缩空气源，用一个测试站12上设置在离开但对准容器C的位置的喷管16提供压缩空气。也就是说，喷管16位于容器外部和容器不相接触。喷管16向容器C中导入压缩空气，排出容器中至少一部分成分，在被检测的容器外部区域发出样品气雾18。
通过喷管16喷入容器C的空气容量对每分钟200到1000个瓶子的速率来说，典型地在10.C.C数量级左右。每分钟400个瓶子的速率最好，且与现有饮料瓶填充速度相一致。所希望的测试速率可根据被监测和填充的瓶子的大小而变化。仅有大约10.C.C.的容器中的成分被排出到瓶子外部，形成样品气雾18。
同时也提供一个抽空器采样器22，它包括一个连在采样管20上的真空泵或类似装置。该管安装在靠近，而且最好是在空气注入器14的(例如大约1/16英寸)后一级，以便与容器C顶部的开口处附近的样品气雾18形成气流贯通。
不论是喷管16或管20在测试站12都不与容器C接触;但两者都被安置到容器外部非常接近开口处的位置。这样做的优点是不需和容器C有任何物理连接，或是向容器中插入探针因为那样就会妨碍它们沿传送带10的快速移动并减慢采样速率。每分钟200到1000个瓶子的高速采样率对本发明的系统和方法来说是可能的。传送带10在实现这些速率时最好被连续驱动而不是在测试站停止或减慢瓶子的速率。
分流线24用于和抽空器采样器联通，以便使从气雾18进入管20的样品的预定部分(最好是大约90%)能通过分流线24被送走。余下的样品部分通过残留物分析器26，确定特殊物质是否存在，而后被排放掉。从气雾18中送走大部分样品的一个目的是减少流经从抽空采样器22到残留物分析器26的样品的量，以实现高速分析。这样做是为残留物分析器26提供检测样品的可控制的程度。送走一部分样品的另一目的是从抽空器22从测试站区域送走基本上是全部的样品气雾18，并通过分流线24转移多余部分。在一个最佳实施中通过分流线24的样品的多余部分返回空气注入器14，通过喷管16引入沿传送带10运动的接着来的容器中。但也可能简单地从分流线24排入空气中。
微处理控制器34用于控制空气注入器14，抽空器采样器22、残留物分析器26，拒收装置28和附加风扇15的操作。包括并置的辐射源和光检测器的容器传感器17，跨过传送带10与一反射器(未示出)相对。当一个容器到达测试站并迅速扰动反射到光检测器上的辐射线时，传感器17告知控制器34，附加风扇15用于向样品气雾18产生一个空气气流，而且最好是沿容器C运动的方向，以便在容器C被采样后帮助把样品气雾18从测试站12附近吹走。这样清除了从测试站区域开始的空气，不使当前的样品气雾18在接下来的容器C到达测试站采样时污染测试站区域。因此，容器间遗留下来的样品就被排除。风扇15的操作的工作循环由微处理器34控制，如图1中的图解所示。风扇15最好在本系统其它部分操作时的整个时间内连续工作。
当残留物分析器26确定一个瓶子被各种类型的不希望的残留物污染时，拒收装置28就会收到来自微处理器34的拒收信号。拒收装置28将把被污染的拒收的瓶子转移到传送带30上，并允许未受污染的可接收的瓶子通过传送带32到清洗器(未示出)。
另一个可选的方案是把瓶子测试站放到瓶子清洗器沿传送带运动方向的下一级，或者把另一个测试站，样品和残留物分析系统放到清洗器后面。事实上，当监测瓶子污染时，把测试站和系统放在清洗器后面是最好位置。例如，如果污染物是碳氢化合物，比如不溶于水的汽油，在瓶子被清洗以后很容易发现碳氢化合物的残留物。这是由于在清洗过程中，瓶子被加热且用水清洗，可溶性的化学挥发物当加热后溶于水而从瓶中放出。另一方面，某些不溶于水的碳氢化合物可被清洗器下一级的采样器22采样，而不包括被溶解的可溶性化学物质。因此，如果瓶子在被测试前先通过清洗器，象碳氢化合物的检测就可不受来自其它溶于水的化学物的潜在干扰而得以完成。
参阅图2，示出使用图1所示的采样和分析系统的检测系统的特殊的实施例，其中相同的数字指的是相同的部分。如图所示，喷管16用于向被监测的容器(未示出)中产生空气气流。通过喷管16的空气可以被加热也可不被加热，热空气对某些应用有利。和喷管16并置的是包括一个过滤器40在内的采样吸入管20，在过滤器40的出口过滤出样品中的微粒。抽吸从泵82的抽吸端提供给管20且与残留物分析器26相连。
如图1中有关部分所述，样品的一部分(例如，每分钟大约6000C.C.的总流量的90-95%)靠泵46的抽吸端连接的分流线24被送走。泵46通过一个收集器8，一个通常是打开的气流控制阀50，和返回气流输出喷管16重新循环空气。一个压力调节器54帮助控制通过喷管16的气流压力且排放多余空气到排放装置57。气流控制阀50通过线50A收到来自微处理器控制器34的控制信号，通常情况下保持阀的打开状态，允许空气到喷管的流动。
电源经过与电路断路器76的输出端相连的线46A提供给泵46，开关76依次与交流过滤器74和交流电源PS相连。
图2中实施例的检测器组件27是以化合光的方法检测选定的化合物残留物(例如，容器中含氮化合物)的分析器。这类检测器是通常所知的，且包括一个用于混合臭氧和氧化氮，或与臭氧反应的其它化合物的反应室，以允许它们反应，一个辐射发送元件(带有合适的过滤器)，和一个用于检测来自反应产物的化合光的辐射检测器。例如，当存在氧化剂(如空气中的氧时，由加热氮化物(如氨)产生的一氧化氮和臭氧进行化学反应，在预定波长，比如在波长大约为0.6-2.8微米的范围内特征光辐射被发出。选定部分发出的化合光辐射和它的强度能被一个光测器管检测到。
因此，在图2的系统中，周围的空气经过入口60和空气过滤器62被吸入到一个臭氧发生器64中。臭氧是靠向空气中放电产生的，并通过臭氧过滤器66和流量控制阀68输入检测系统27中，在那里和通过吸入管20，过滤器40，流量限制器42及转换器44的来自容器的样品相混合。来自吸入管20的样品通过一个转换器44，例如一个被电加热的镍管，其中的样品在被输入检测组件27之前温度上升到大约800℃-900℃。温度在400℃-1400℃的范围内也是可以接受的。当含氮化合物，比如氨被加热时，产生NO(一氧化氮)，并提供给检测组件27的反应室。除NO外的化合物与O3发生反应并在转换器44中产生化合光，有机化合物从汽油或清洁剂残留物的加热中产生出来。
通过一个变换器72提供给电源的温度控制器70，用于控制转换器44的温度。
在检测器组件27中的样品通过反应室后，被经一个收集器85和泵82输出到一个臭氧洗涤器56，和一个排放输出口57以便为图1所示的下一个沿传送带10运动的容器的下一个采样的检测清除残留物。(如上所述，一个(附加)风扇，图2中未示出可用于帮助清除任何在采样入口管20附近的剩余的样品气雾)。从与测试结果有关的检测器组件27的输出通过一个前置放大器84提供给微处理器34，微处理器34把这一信息以一种适当的方式馈送给记录器83。该记录器83最好是传统的带状记录器或类似装置，显示被分析的样品的相对时间的信号幅度。
微处理器34可以被编程来识别作为一个“选中”(hit)或特殊的残留物的检测的来自检测器系统27的光测器的一个信号尖峰，该信号尖峰出现在一个预定的时间间隔(根据在测试站上探测容器的到达)并且其斜率和幅度达到预定的值时在规定的时间内保持在这个水平。
微处理器控制器34也有一个到瓶子排出器28的输出以拒收受污染的瓶子并把它们从去清洗器的路线上分离出来。
一个校准端86是为残留物分析器26提供的，用于调节与检测器组件有关的高压供电26A。还有一个和微处理器控制器34相连的记录器衰减输入端88用于调节记录器的操作。检测器组件27接收来自高压供电26A的电力。
附加控制包括操作者控制台90，其包括一个键盘板和显示部分，允许一个操作者以一合适的形式控制检测器组件27的操作。
通过和电源供应PS相连的DC电源78向所有合适的元件提供直流(DC)电。
一个附加警告报告器80A用于向操作者显示受污染的容器的存在。该附加警告报告器80A通过输出控制线80C和微处理器控制器34的输出相连。一个故障警告80B也被连到微处理器控制器34上，当压力超出某一预定极限时，接收比如来自压力开关58或真空开关87的故障或失灵信号。
其它安全装置如真空计89，和压力控制阀54也被提供，用于保证系统正常操作。
图2系统的大部分组件最好被封在一个防锈的不锈钢柜92中。该柜被一个具有密封的分离的部分91A和91B的对流热交换器冷却，其中反向空气流由合适的风扇提供。
在一个最佳实施例中，如前述图2所示的系统是用于检测一个样品中，如可重复填充的饮料瓶中，含氮化合物的存在。但是，用图2所示的系统检测尽可能宽的范围内的污物，包括潜在的污物也是理想的。这些污物在辐射光谱区发出化合光，这些光可能与装在饮料瓶中的饮料(以下称为“产品”)的成分的化合光相交叠。
这是根据本发明，用图3中部分示出的方法来完成的，并将在下面进行描述。
参阅图3，是辐射信号的强度(毫伏)随化合光的波长的变化图，可以看出含氮化合物(反应NO+O3)发出的化合光辐射大约在0.6-2.8微米的范围内(近红外到红外辐射)。因此，当使用图2的系统和检测器组件27时，要想仅找出含氮化合物，就要使用截止滤波器100从到达检测器系统27的光电倍增器检测器的化合光辐射中滤去波长低于大约1微米的样品的所有的化合物光。如果氮化物的检测是主要的，上述结果则是所希望的。因为波长1微米以下(可见光到近红外)发出的化合光辐射大致是从可重复填充的饮料瓶中抽取的样品中的“产品”残留物发出的。因此，1微米的截止滤波器100除去了测试中的瓶子里“产品”残留物的高电平(high level)引起的错误的拒收信号。除去可重复填充的瓶子中受污染的部分或使错误的拒收信号减到最小自然是很重要的，从而减少可充瓶子的浪费。
但是，如果饮料瓶以不盖盖的状态，即顶盖未盖上，在用图2的系统测试前存放一个足够长的时间，“产品”残留物的挥发物就能从瓶中充分消散，这样在造成错误拒收信号的足够的电平上是检测不到的，这是本发明的一个发现。也就是说，如果去掉该1微米滤波器100，而由一个具有0.19微米截止特征的石英截止滤波器代替，则若瓶子无盖存放一个足够长的时间后，“产品”挥发物将不会大量存在，因而不足以产生拒收信号。这段存放时间的长短根据不同的“产品”而变化。但是，大约15小时间的开盖存放时间在测试中将得到好的结果。从包括宽范围的污物和“产品”残留物的饮料瓶中抽取的样品的这些结果将列在下表中。
＊第2-4栏的数字是毫伏单位＊＊ OS＝off Sc
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表Ⅰ的第一栏上半部分列出的“样品”包括能用本发明的方法和系统检测的饮料瓶中的可能的污物。这些污物以及含氮化合物在内都是可检测的。标记“未加盖”表明瓶中的残留物在未盖瓶盖的状态下存放了一个指定时间;未标注的项表明污物存在，瓶盖在测试前很矩的时刻打开。
第一栏“样品”的下半部分包括被测试的饮料产品的例子，瓶子是否盖盖的指示和如果未盖瓶盖，含有残留的瓶子的存放时间，比如15小时。标记“加盖”表明该瓶子是在饮料的残留物存在的情况下测试的，仅在测试前很短的时间瓶盖打开。标记“新鲜”表明瓶子是在打开后立刻测试的，包括液体状的新鲜的产品，即是基本上充满饮料的瓶子而不是旧的发酵的产品。
表Ⅰ的第二栏示出用检测器组件中，在输入端窗口有0.19微米石英截止滤波器102的光电倍增器管104测得的以毫伏表示的信号的强度。可以看出这些加盖或未加盖的饮料瓶中污物的可检测到的信号电平。
第二栏中的数据也显示了“未加盖”存放15小时的饮料瓶的数据。其中的“产品”挥发物用光电倍增器管104是测不到的(0毫伏)。
表Ⅰ的第四栏示出了包括1微米滤波器100系统的测试结果，和第一栏中各种污物或“产品”的以毫伏表示的可检测到的电平。可以看出基本上所有的与表Ⅰ中的污物有关的有用的信号数据，在通过1微米滤波器100时丢失掉。
表Ⅰ的第三栏示出用安装在光电倍增管104输入端，用于代替滤波器100或102的0.4微米截止滤波器106得出的结果。可以看到当用0.4微米截止滤波器106时，一些有用的污物数据是可以被检测到的。
因此，本发明发现，即饮料瓶以未加盖的状态存放消除了从“产品”发挥物中产生错误拒收信号的可能性，这是一个很有意义且很有益的发现。也就是说，本发明的方法体现了把未加盖的饮料瓶存放足够长的时间以允许“产品”挥发物消散的概念，这使宽范围的其它污物，如表Ⅰ中所列的，及含氮化合物在内的污物的检测成为可能。
本发明尽管这样描述，但很显然也可以有许多不同方式的描述。例如，其它形式的高速分析器，比如电子跟踪检测器或光电离子检测器都可以代替图2中所述的化合光分析器。
被吸入管20的样品也可分成两个或更多的分流并输入多个分析器26中。因此，每个分析器26都能用来检测不同类型的污物。
另外，将要被检测的物质不限于容器中的物质。例如，本发明的方法和系统能够用于检测碎条或细小的树脂中吸收的挥发物，或将要被重新循环用于生产新的塑料饮料瓶的塑料材料。这些碎条或碎塑料材料能被直接放到传送带10上，通过图1所示的测试站12;或放到蓝子里，把蓝子或其它类型的容器放到传送带上成批进行检测。
另外，被检测的瓶子还可以是从未盛过饮料的新瓶子。因此，新瓶子可以检测可能是其生产过程中的副产品的醛酸(acidaldehyde)成分。
这样的变化不是脱离本发明的精神和范围的，而且所有这类改动，对本领域的技术人员来说很显然是属于本发明要求保护的范围的。
权利要求
1.一种采样和确定曾盛过饮料的容器中某些污物挥发物的存在的方法，所述容器包括一个可用盖子盖好的开口。该方法包括把所述容器不加盖存放一个足够长的时间，以允许饮料的残留物挥发物从所述容器中蒸发和外溢；经历过所述的一段足够的时间后，抽吸留在容器中的挥发物的样品；以及分析抽吸的样品以确定某些污物是否存在。
2.根据权利要求1的方法，其中所述分析步骤包括把样品与一化学反应物混合，引起一个化学反应以便产生反应物的化合光;以及分析样品和反应物发出的化合光辐射，确定所述某些污物挥发物是否存在，并且不受饮料挥发物化合光的干扰。
3.根据权利要求2所述的方法，其中分析步骤包括对样品化合光发出的辐射滤波，以检测波长大约在0.19微米以上的辐射的存在;以及从在特征波长大约在0.19微米以上的被检测辐射中鉴别所述某些污物是否存在。
4.根据权利要求2所述的方法还包括在所述混合步骤前加热样品到大约400℃-1400℃的步骤，其中化学反应物是臭氧。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述足够长的时间是大约15小时。
6.一种采样和确定曾盛过的饮料的容器中某些污物挥发物的存在的方法，所述容器包括一个可用盖子盖好的开口。该方法包括把所述容器不加盖存放一个足够长的时间，以允许饮料的残留物挥发物从所述容器中蒸发和外溢;经历过所述的一段足够的时间后，向所述容器的开口喷入气体，以排出其中的至少一部分挥发物;以及抽吸排出的挥发物的样品。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述分析步骤包括把样品与一化学反应物混合，引起一个化学反应以便产生反应物的化合光;以及分析样品和反应物发出的化合光辐射，确定所述某些污物挥发物是否存在，并且不受饮料残留物挥发物的化合光的干扰。
8.根据权利要求6所述的方法，其中分析的步骤包括滤波样品化合光发出的辐射，以检测波长大约在0.19微米以上的辐射的存在;以及从在特征波长大约在0.19微米以上的被检测辐射中鉴别所述某些污物是否存在。
9.根据权利要求6所述的方法还包括在所述混合步骤前加热样品到大约400℃-1400℃的步骤，其中化学反应物是臭氧。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述足够长的时间是大约15小时。
全文摘要
一种采样和确定容器中某些污物残留物的存在的方法包括向所述容器中喷入压缩空气以便排出一部分成分；利用抽吸抽空排出的样品；并分析该样品以确定某些残留物是否存在。压缩空气是通过喷管向容器的开口喷入的，以排出一部分成分形成样品气雾。该样品气雾至少一部分被抽吸并用于分析污物是否存在。
文档编号G01N33/00GK1080723SQ9310622
公开日1994年1月12日 申请日期1993年5月29日 优先权日1992年6月1日
发明者斯泰芬·J·马克德纳得, 丹尼尔·B·丹尼斯, 大卫·H·费恩, 大卫·R·罗伯尔, 格瑞格·J·温德勒 申请人:可口可乐公司