一种基于太赫兹时域光谱技术测量胶囊壳体厚度的方法与流程

本发明涉及医药质量检测领域，具体涉及一种基于太赫兹时域光谱技术测量胶囊壳体厚度的方法。

背景技术：

胶囊的出现解决了人们吃药口感差的问题，同时保证了良好的吸收效果。不同病情要求药效在人体内释放位置不同，同时对药效释放的速度也要一定要求。当胶囊壳厚度较小时，药物释放过快，人体无法完全吸收；当胶囊壳厚度较大时，人体对药物还没有充分的吸收，就会被排出体外。胶囊壳的生产过程中，需要一定频次的对胶囊壳的厚度进行检验。

目前胶囊壳体质量测试多采用接触式测量来完成的，而接触式测量过程中存在多个问题，如：测量精度较低、测量状态不稳定，易受到外界震动的干扰，更重要的是无法满足全自动胶囊生产线的检测需要。研究出准确、快速、自动和非破坏的测试方法具有很现实的意义。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱技术测量胶囊壳体厚度的方法，本发明的上述方法的目的是在不破坏和不接触胶囊壳情况下，高精度测试出胶囊壳体的厚度。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于太赫兹时域光谱技术测量胶囊壳体厚度的方法，包括以下步骤：

建立胶囊壳体厚度测量模型：当太赫兹波垂直入射至胶囊壳体表面时，胶囊壳体几何厚度d与胶囊壳体的上下表面反射峰的延迟时间差Δt之间的关系符合下述方程：和可推导出：其中，v是太赫兹波在胶囊壳体中传播速度，n是胶囊壳体的折射率，c是真空中的光速；

当待测的胶囊壳体的折射率已知时，则不再进行待测的胶囊壳体的折射率的测试，否则，进行待测的胶囊壳体的折射率的测试；

测量待测样品的胶囊壳体的上下表面反射峰的延迟时间差Δt；

根据建立胶囊壳体厚度测量模型计算待测样品的胶囊壳体厚度。

进一步的，上述一种基于太赫兹时域光谱技术测量胶囊壳体厚度的方法还包括样品准备的步骤，取待测的胶囊壳体样品将胶囊药芯倒出，剪开胶囊壳，碾平用于精确测试胶囊壳体折射率n，另准备空芯胶囊，用于测试其壳体厚度。

进一步的，进行待测的胶囊壳体的折射率的测试时，取出待测胶囊壳体的样品，将胶囊药芯倒出，剪开胶囊壳体并碾平；利用太赫兹时域光谱系统的透射工作模式，分别通过实验测得不放置碾平胶囊壳时参考信号E_ref(t)，以及经过放置碾平胶囊壳体参考THz时域脉冲波形，即样品信号E_sam(t)；

分别对时域参考信号和样品信号进行傅里叶变化得到它们的频率谱E_ref(ω)和E_sam(ω)，获得被测胶囊壳体的折射率n。

进一步的，为了提高折射率测量的准确度与精确度，将碾平的胶囊壳体样品在不同位置测量多次，取平均值作为最终的折射率。

进一步的，将待测量空心胶囊壳体，放置在测试平台上。将太赫兹时域光谱系统调整到反射式工作模式，测得空心胶囊壳体的上下表面反射峰的延迟时间差Δt时，测量得到胶囊壳体样品的太赫兹脉冲光谱图，根据胶囊壳体样品的太赫兹脉冲光谱图，测得胶囊壳体上、下表面反射信号时间信息t₁、t₂；由公式Δt＝t₂-t₁；获得胶囊壳延迟时间差Δt。

进一步的，测量得到胶囊壳体样品的太赫兹脉冲光谱图时，测量过程中要需要调整太赫兹脉冲探头离胶囊壳体的距离，保证太赫兹脉冲垂直入射、同时空心胶囊壳体表面在太赫兹信号焦平面上。

进一步的，所述保证太赫兹脉冲垂直入射、同时空心胶囊壳体表面在太赫兹信号焦平面上，具体方法为：打开测试信号太赫兹脉冲发射探头上的指引光，使得太赫兹准确垂直入射空心胶囊壳体，上下微调太赫兹发射探头距空心胶囊的距离，观察上位机显示的测试波形，信号强度最大时候，说明空心胶囊在太赫兹发射探头的焦平面上。

进一步的，为了提高胶囊壳延迟时间差的准确度与精确度，将空心胶囊在不同位置测量多次，取平均值作为最终的时间差Δt。

进一步的，所述太赫兹时域光谱系统为反射型的太赫兹时域光谱装置，用于产生和探测太赫兹，太赫兹脉冲的频率范围为0.1～2THz。

本发明的有益效果：

本发明的方法在不破坏和不接触胶囊壳情况下，高精度测试出胶囊壳体的厚度。为实现胶囊壳体质量的在线监控及管理提供技术支持。该方法测量精度较高、测量状态稳定，不易受到外界震动的干扰，更重要是该技术满足全自动胶囊生产线的检测需要，可更好的服务医药质检行业。

附图说明

图1本发明的方法实施流程图；

图2本发明所利用的测试系统反射式原理框图；

图3胶囊、壳体折射率测试结果示意图；

图4胶囊壳样品时域信号示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

本发明实验采用的是美国Zomega公司的时域光谱系统FiCO，如图2所示，产生和探测太赫兹的方法分别为光电导天线和电光采样。太赫兹脉冲的频率范围为0.1～2THz，系统主要由飞秒激光器、时间延迟系统、太赫兹发射头(光电导天线)和太赫兹接收头(电光晶体)组成。

飞秒激光器发出的飞秒激光经过分束镜分为两束，一束激光经过光电导天线后进入抛物面镜，经过抛物面镜后的光束分别进入凸透镜及另一抛物面镜，另一束激光经过延迟台后进入平面镜，在平面镜的折射下进入所述另一抛物面镜，之后依次经过高阻硅、电光晶体、透镜、1/4波片、渥拉斯顿棱镜及探测电光晶体。

其中电光采样的原理为：在电光检测中，线偏振的探测光与太赫兹辐射共线地通过具有电光效应的晶体。太赫兹辐射的电场改变了晶体的折射系数，从而使得晶体具有双折射的性质。因此线偏振的探测光在太赫兹电场发生作用后，其偏振性质变为椭圆偏振。测试探测光的椭偏度既能获得太赫兹辐射的电场强度。由于太赫兹辐射和探测光都具有脉冲的形式，而且在实验中探测光的脉冲宽度远短于太赫兹脉冲的振荡周期，改变探测脉冲和太赫兹脉冲之间的时间关系，就可以利用探测脉冲的偏振变化将太赫兹辐射的时间波形采集出来。

测试系统工作时处在一个相对封闭的恒温、恒湿环境，尽可能减小测试环境对测试的影响。

如图1所示，一种基于太赫兹时域光谱技术测量胶囊壳体厚度的方法，包括以下步骤：

(1)样品准备：所用的胶囊壳体样品为葵花药业的感冒康胶囊，将胶囊药芯倒出。剪开胶囊壳，碾平用于精确测试胶囊壳体折射率n。另准备1空芯胶囊，用于测试其壳体厚度。

(2)样品折射率测试

开启太赫兹时域光谱系统，调整接收探头位置使得系统工作模式为透射模式。为保证测试数据稳定性，设备预热半小时后进行测量。将碾平的胶囊壳体置于可实现二维平移的装置上，点击上位机控制软件开始测试，读取上位机控制软件采集的信息，把数据信息保存，利用matlab软件分析太赫兹时域光谱数据。为了提高准确度与精确度，将碾平的胶囊壳体样品在不同位置测量3-5次，取平均值作为最终的折射率。

(3)空心胶囊壳延迟时间差Δt

首先把太赫兹时域光谱系统调整到反射式工作模式，将空心的胶囊壳体置于可实现二维平移的装置上，点击上位机控制软件开始测试，读取上位机控制软件采集的信息，把数据信息保存，利用matlab软件分析太赫兹时域光谱数据。测量过程中要需要调整太赫兹脉冲探头离胶囊壳体的距离，保证太赫兹脉冲垂直入射、同时空心胶囊壳体表面在太赫兹信号发射探头焦平面上。这需要打开测试信号太赫兹脉冲发射探头上的指引光，使得太赫兹准确垂直入射空心胶囊壳体，上下微调太赫兹发射探头距空心胶囊的距离，观察上位机显示的测试波形，信号强度最大时候，说明空心胶囊在太赫兹发射探头的焦平面上。将明确根据谱图分析：从胶囊壳体样品的太赫兹脉冲光谱图如图3所示，可以看到，胶囊壳体的上、下表面反射峰之间存在明显的时间差Δt。为了提高准确度与精确度，将空心胶囊在不同位置测量3-5次。取平均值作为最终的时间差Δt。

(4)数据处理得空心胶囊厚度

如图4所示，从获得的样品的太赫兹脉冲光谱数据中提取反射峰之间的时间差Δt，根据预先建立的样品的折射率数据库中样品的折射率n信息，利用胶囊壳体厚度测量模型计算出样品的胶囊壳体厚度d。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。