基于“量子嗅觉”的包装质量检测产品

点击次数：82 发布时间：2021-02-28

包装产线泄漏检测

水浴法还是黑科技——量子嗅觉？

文：海尔欣科技

气雾剂产品市场

气雾剂产品被广泛应用于包括个人护理，家庭日化，汽车工业，食品，油漆和医疗行业。2019年，气雾剂产品的市场规模为865.5亿美元。

气雾剂产品

就销量而言，个人护理分部在2019年占据大市场份额，为36.6％。驱动因素是对护发产品和香氛除臭产品的需求不断增长。由于生活方式的改变，消费者支出的增加以及对美妆产品的重视，新兴经济体对个人护理气雾剂产品的需求正在增加。欧洲在2019年占据大市场份额，为33.0％。该地区还是气雾剂的生产国。它的较大市场份额主要归因于个人护理，化妆品消费量较高，香水行业的快速增长以及消费者支出的增长等因素正在推动地区增长。

美国气雾剂产品市场

亚太地区将是未来增长飞快的地区之一，预计2020至2027年，复合年增长率为8.7％。中国和印度一直致力于促进有利于此行业的投资，在预测期内，将创造很多增长机会。亚洲新兴经济体消费者支出的增长，正在推动个人护理，汽车和喷涂行业中对气雾剂产品的旺盛需求。

为什么要做气雾罐检漏？

运载气雾罐的车辆发生爆炸（英国）

在气雾剂灌装生产过程中，需要对诸如填充气雾剂、压缩气体的罐类产品进行无损的密封完整性检测，以确保安全性和产品质量。气雾剂罐中的推进剂通常是高度危险品（例如，丙丁烷混合物、二甲醚等），一旦释放出易燃气体或爆炸性气体或液体，可能引起火灾和爆炸的危险，造成巨大的生命财产损失。因此，欧盟和上关于危险品的运输法规要求在出厂前对每个气雾罐进行密封性测试。

水浴法的痛点是什么？

热水浴测试是为此目的开发的传统工艺方法：将每个已填充的气雾罐浸入大桶的热水中进行压力检查，以检测是否有泄漏的气体而产生的气泡。研究表明，热水浴方法能够检测到低至8 x 10^-3 mbarLs^-1的泄漏率，也即在水浴池中每一秒钟产生一气泡，这足以防止在运输、分销或消费者使用中发生火灾。

费电又占地的传统热水浴方法及水浴池（请将左图嵌入右图右上角）

然而，目前的水浴测试仍然依赖人工目检，可以想见即使在低速产线上，由于水的搅动、检查员的注意力不集中或疲劳，已经容易产生漏网之鱼。若生产线速度升至当前的运行标准（每分钟超过60罐），并且以每秒一个的速度形成气泡时，水浴将具有极高挑战性。因此，先进国家一般建议每20分钟轮换一次检查员（例如：英国气雾罐生产商协会BAMA的建议）。对生产商而言，运行一个足够安全的产线十分费时费力。

依赖人工的水浴法容易出现误检和错检

从根本上来说，对气雾罐加热本身就存在一定的危险性，虽然如今相关的意外已经非常罕见，历史上的确发生过几次大规模的热水浴爆炸，通常由于恒温器故障和严重的过热，而一个罐子的爆炸或密集效应导致数十个甚至数百个周围的罐子也爆炸的情况并不少见。当今某些开发中国家的气雾罐产线可能无法达到前面所述的高标准，若监控不到位，热水浴的安全隐患依然存在。

另一方面，热水浴法还存在诸多让人诟病的问题。首先热水浴是一项非常昂贵的投资，且在使用过程中，持续耗费成本，在厂房内占据大量空间，维持所需的水温122°F（50°C）需要大量的能源消耗，当以每分钟500罐的速度运行时，典型功耗为50 kW以上，一年的用电量消耗预计在3~4万美金左右。为了避免罐体上的锈蚀、变色、水痕，并保持水质清洁不影响目检，通常需要添加昂贵的化学品。由于需要加温，热水浴还无法使用于热敏性的产品。因此，上各大制罐厂一直在寻求更安全、经济、高效的解决方案。

“量子嗅觉”技术可以如何解决问题？

“量子嗅觉”技术在痕量气体分析领域已经获得了更广泛的应用。其基本原理是通过分析量子激光被目标气体吸收的光谱强度获得痕量气体的浓度。“量子嗅觉”是一种光学传感器，特点是灵敏度高、反应时间快，并且能够实现非接触式的测量，非常适合于气雾罐产线上的实时气雾剂满罐泄漏检测。

激光“量子嗅觉”技术示意图

宁波海尔欣光电专注于高精度气体检测技术在工业过程和环保领域中的应用。我们的量子激光，机器嗅觉和人工智能算法集成到新的AeroNose系列气雾分析产品中，通过产线集成，可以为气雾罐生产商实现革命性的全自动在线实罐泄漏检测。AeroNose产品拥有足够高的灵敏度和速度，完全可以满足在线检漏的需求，极小的占地面积，很容易集成至水浴检漏工艺后段，或者直接替代水浴工艺，不干扰原有生产设备，无需复杂的产线安装和更改，便能在短时间及有限空间内，为客户提供全自动、更高效、更节能的在线气雾罐检漏保障。

海尔欣AeroNose气雾罐泄漏检测产线集成示意图

相较与传统热水浴工艺，AeroNose系列产品的优点总结如下：

占地面积小的模块化设计：便于产线集成，可靠性高，维护成本低；
低功耗：可补充或替代高耗能的水浴测试，大大节约能源成本；
无需加热：避免因罐体加热带来的安全隐患；
无需浸水：避免罐体因为浸水产生锈蚀、变色；
无需人工目检：避免人为失误造成不合格的产品流入市场，并节省人力成本；
响应快速：检测速度可达240罐/分钟，实现在线实时检测气雾罐泄漏，提升制罐产线效率，可将多条产线合并成一条；
高灵敏度：气雾剂泄漏检测（丙烷，丁烷，液化石油气，二甲醚，CO₂等）灵敏度可达2 × 10^-3 mbar.L.sec^-1，符合欧盟气雾罐运输标准；
实时监控：及时反映产线健康状况，便于优化生产效率。

转台测试：240罐/分钟的在线气雾罐实罐检测与漏罐识别

样机展示

目前，海尔欣的AeroNose系列气雾罐泄漏检测设备已经成功获得多个国内外客户的订单。上图演示了AeroNose的CL-240型产品在一个仿真转台上实现了240罐/分钟的在线泄漏检测的漏罐剔除。

AeroNose系列产品照片及各部分功能介绍

上图是AeroNose系列产品的安装方式及主要构成。一套完整的AeroNose系列产品包括如下硬件：

触发光电眼：为系统提供每只气雾罐进入待检区域的触发计时起点；
气体采样门：用于抽取气雾罐周边的空气样品；
样气过滤器：用于过滤空气样品中的粉尘颗粒；
AeroNose分析仪：对气雾罐周边的过滤后的采样气体进行快速分析，一旦检测到泄漏的气雾剂成分，则给出剔除信号；
剔除器：一般是非接触式的气动剔除器，将不合格的罐体吹出产线，落入产线旁的回收桶。为方便演示，图中以红灯代替了真实的剔除器；
真空泵：采用进口大流量真空泵，为气体采样提供动力，从而实现高速的气体浓度分析。真空泵位于整套系统气路的下游，图中未示出。

关于我们

海尔欣光电(HealthyPhoton Co. Ltd.)是专注于红外波段精密光电检测仪器的设计商和制造商，支持“量子嗅觉”技术在科研及工业应用的供应商。

在包装工业，海尔欣的市场定位是高精度气体泄漏传感器的供应商。我们面向包装机械设备商，以及包装完整性检测设备商等下游客户，可提供基于“量子嗅觉”技术的高性价比的气雾剂，饮料白酒灌装，以及食品气调包装行业常见气体（如丙丁烷，HFC，DME，酒精/乙醇，CO₂，CO等）检测仪器。我们的客户将海尔欣AeroNose系列检漏产品集成于产线，可以补充或替换现有水浴法，人工目检或其他质控工艺。

海尔欣可为各类日化、食品饮料生产包装行业的终端用户，提供一个更准确快速、更经济安全的全自动、智能化的包装泄漏检测解决方案。