本发明涉及液体包装袋盒检测技术领域，尤其是一种装有液体的软包装袋盒的气密性检测装置及其检测方法。
背景技术：
各种各样的液体饮料已经进入人们的日常生活，软包装袋盒中装有的液体(饮料)可以是各种牛奶、各种口味的饮料、水、功能饮料等。这些液体饮料的软包装袋(盒)可以是塑料、高密度纤维纸过塑等各种可以完成液体饮料的包装功能的材料。为了保证食品安全，装有液体饮料的软包装袋盒通常会被采取密封处理。当装有液体饮料的软包装袋盒在生产过程中密封性不好时，经过生产、流通运输、销售的过程，可能会出现饮料食品变质，危害消费者的身体健康，导致食品安全事故发生。一旦发生食品安全事故，消费者身体健康会受到危害，也会引起社会恐慌。与此同时，生产厂家的商品信誉和品牌也会受到沉重打击，经济损失难以估量。
为了保证装有液体饮料的软包装袋盒密封的完好，需要在生产线上对装有液体饮料的软包装袋盒进行气密性检测，确保不发生食品安全事故。现有技术中，如何检测包装袋的密封性，有众多的构思，如中国专利cn201620834309.5号是根据紫外线原理来检测；cn201621208877.0号专利利用了漏气检测与压力检测装置来实现；cn201120019619.9号专利是利用压力传感器与数据处理单元来实现的；cn201621309048.1则利用柔性压力传感器、电子标签与信号解码模块、信号接收模块来实现对贵金属包装袋的密封性防盗性问题的解决。针对现有技术领域中，存在着软包装袋密封性检测装置均没有公开装有液体饮料的软包装袋盒密封性检测的技术缺陷，本发明提供一种检测精度高，检测结果不易受外界环境影响，检测方便，成本低廉的装有液体饮料的软包装袋盒气密封性检测装置及其检测方法。
技术实现要素：
本发明目的是提供一种检测精度高、检测结果不易受外界环境影响、实用方便、成本低廉的液体的软包装袋盒气密封性检测装置。本发明给出了一种装有液体的饮料软包装袋盒的气密性检测装置和检测方法。
实现本发明目的之技术方案如下：
一种装有液体的软包装袋盒的气密性检测装置，包括隔声罩、信号处理控制装置单元、隔声罩入口、隔声罩出口、第一机械施压触手、第二机械施压触手、高精度麦克风、a/d转换与d/a转换、dsp处理器；所述第一机械施压触手、第二机械施压触手、高精度麦克风位于隔声罩中；a/d转换与d/a转换和dsp处理器位于信号处理控制装置单元中；所述信号处理控制装置单元通过连接电缆分别与隔声罩入口、隔声罩出口、高精度麦克风、第一机械施压触手、第二机械施压触手相连接，信号处理控制装置单元控制隔声罩入口、隔声罩出口的打开和关闭，控制第一机械施压触手、第二机械施压触手的启动和停止；其中，dsp处理器负责所有信号处理任务和软件代码的执行；待检测的装有液体的软包装袋盒位于所述隔声罩内，通过对装有液体的软包装袋盒进行机械施压的方式，使存在有泄漏隐患的软包装袋盒能够产生表征泄漏的声信号，这种声信号能够被记录、存储和分析识别。
所述信号处理控制装置单元中的dsp处理器还包括有声信号特征提取、分析识别单元。
所述信号处理控制装置单元中声信号特征提取、分析识别单元存储有声信号特征提取、分析识别软件。
所述高精度麦克风至少有2个。
进一步的，一种装有液体的软包装袋盒的气密性检测装置的检测方法，包括如下步骤：
(1)装有液体的软包装袋盒进入隔声罩；
(2)两组机械施压触手分别对软包装袋盒施加压力，第一机械施压触手、第二机械施压触手与装有液体饮料的软包装袋盒的接触面不重叠，避免第一机械施压触手和第二机械施压触手堵塞泄漏点。
(3)声信号采集；a/d转换负责采集高精度麦克风输出的声信号，并向dsp处理器传送所采集的数据；d/a转换负责向第一机械施压触手、第二机械施压触手提供启动和停止控制信号；
(4)声信号特征提取、分析识别；由dsp处理器对所有信号和软件代码执行处理；
(5)输出识别处理结果，如果没有泄漏，允许通过下一道工序；如果有泄漏，通知下一道工序剔除；
(6)隔声罩出口打开；
(7)根据识别处理结果，装有液体饮料的软包装袋盒被送到下一道工序。
与现有技术比较，本发明充分利用了在机械试压时如果有泄露就一定会有声信号的物理特性，通过实施例，佐证了本发明可以解决装有液体饮料的软包装袋盒的气密性检测问题；如果液体饮料软包装袋盒密封性不好，不论是液体饮料软包装袋盒内的气体还是液体泄漏，在施加压力时都会产生有特殊特征的声信号表征出现。本发明所采用的检测方法简单、可靠，成本较低，完全达到了发明目的，具有显著的积极的技术效果。
附图说明
图1是本发明所述装置的系统组成框图示意图。
图2是本发明所述装置系统工作方法流程图示意图。
图3是本发明本实施例的软件计算流程框图示意图。
图4是本发明实施例采集声信号1的时域波形。
图5是本发明实施例泄漏声信号1的时频分布图。
图6是实施例泄漏时采集的声信号2的时域波形。
图7是实施例泄漏声信号2的时频分布图。
图中：1隔声罩、2信号处理控制装置单元、3隔声罩入口、4隔声罩出口、101第一机械施压触手、102第二机械施压触手、103高精度麦克风、201a/d转换与d/a转换、202dsp处理器、203声信号特征提取、分析识别单元。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明：
在图1中包括隔声罩1、信号处理控制装置单元2、隔声罩入口3、隔声罩出口4、第一机械施压触手101、第二机械施压触手102、高精度麦克风103、a/d转换与d/a转换201、dsp处理器202；所述第一机械施压触手101、第二机械施压触手102、高精度麦克风103位于隔声罩1中；a/d转换与d/a转换201和dsp处理器202位于信号处理控制装置单元2中；所述信号处理控制装置单元2通过连接电缆分别与隔声罩入口3、隔声罩出口4、高精度麦克风103、第一机械施压触手101、第二机械施压触手102相连接，信号处理控制装置单元2控制隔声罩入口3、隔声罩出口4打开和关闭，控制第一机械施压触手101、第二机械施压触手102的启动和停止；其中信号处理控制装置单元2中a/d转换与d/a转换201和dsp处理器202的分工是：2组a/d转换负责采集高精度麦克风103输出的声信号，并向dsp处理器202传送所采集的数据；2组d/a转换负责向第一机械施压触手101、第二机械施压触手102提供启动和停止控制信号；dsp处理器202负责所有信号处理任务和各种软件代码的执行；所述信号处理控制装置单元2中声信号特征提取、分析识别单元203存储有声信号特征提取、分析识别软件。待检测的装有液体的软包装袋盒位于所述隔声罩1内。a/d转换与d/a转换201中有2组a/d转换和2组d/a转换，其中：1组a/d转换与高精度麦克风103中的一个麦克风相连接，另外1组a/d转换与高精度麦克风103中的另外一个麦克风相连接；1组d/a转换与第一机械施压触手101相连接，另外一组d/a转换与第二机械施压触手102相连接。
图2是所述装置检测方法流程示意图。下面分别描述各阶段步骤：
进入：当密封后的包裹液体的软包装带盒通过传送带送入隔声罩1内入口后，入口关闭。隔声罩1的形状可根据生产线上经过的液体饮料软包装带盒的形状进行专门设计。
施加压力：当装有液体饮料的软包装袋盒进入隔声罩1后，与包装袋盒形状相匹配的机械施压触手向包装袋盒四周施加经过事先测量和计算好的压力。为防止机械施压触手堵塞包装袋盒泄漏点，采用一组机械施压触手先向装有液体饮料的软包装袋盒前后施加压力，接触时间不低于2秒，这个接触时间可以根据具体情况设置，再由另外一组机械施压触手向液体饮料包装袋盒左右方向施加压力。确保液体饮料软包装袋盒前后左右四个面均能受到压力，且不会出现机械施压触手全部堵塞泄漏点的情况。如果液体饮料软包装袋盒密封性不好，不论是液体饮料软包装袋盒内的气体还是液体泄漏，都会产生有特殊特征的声信号。
声信号采集：在隔声罩1内两组或有多个高精度麦克风103，高精度麦克风103与在隔声罩1外的包含dsp处理器202的信号处理控制装置单元2通过线缆连接，信号处理控制装置单元2内有2组a/d转换与d/a转换、dsp处理器202和配套带有识别软件的存储器。机械施压触手向包装袋盒四周施加经过事先测量和计算好的压力时，开始声信号数据采集和特征提取、识别的工作。机械施压触手脱离和软包装袋盒的接触时，停止声信号采集。
识别：对采集的声信号提取特征，进行分析识别。可以提取并供利用的声信号特征有：声信号波形轮廓的包络、包络的脉冲持续时间、声信号能量、幅度和频谱的均值和方差、瞬时频率、瞬时相位特性等，通过加权打分给出识别结果。所采集的声信号不一定是装有液体饮料的软包装袋盒中的空气泄漏所引起，也可能是液体泄漏所引起。通常声信号的频率偏低，高频成分基本不占优势，听觉感受上声音不尖锐。针对不同的装有液体饮料的软包装袋盒的气密性检测，基本分析原理和分析流程相同，个别具体问题上可能有所不同。
为了降低特征提取和识别的复杂度和工作量，可以针对所要生产的液体饮料软包装袋盒，在隔声罩1内事先对发生泄漏的液体饮料软包装袋盒进行测试，采集特定的声信号作为已知样本，提取需要比对的特征。这些已知的、作为测试样本的、发生泄漏的装有液体的饮料包装袋盒一般来自人工检查发现有泄漏的、或是人为制造泄漏孔用于测试的。
识别的结果处理：识别任务完成后，隔声罩1的出口将会打开。对于识别出的液体饮料包装袋盒有泄露的情况，信号处理控制装置单元2发出剔除信号，由下一工序将该袋盒的液体饮料从生产线上剔除。如果经过检测，装有液体饮料的软包装袋盒没有泄露，信号处理控制装置单元2则发出通过信号，让该装有液体饮料的软包装袋盒进入生产线的正常传递环节。
使用过程：装有液体饮料的软包装袋盒被送入到隔声罩1内，隔声罩入口3关闭。隔声罩1内2组机械施压触手在信号处理控制装置单元2的控制下分别与装有液体饮料的软包装袋盒按事先设置好的的压力进行接触施压，施压保持后脱离接触。隔声罩1内2个高精度麦克风103通过电缆与信号处理控制装置单元2中的2个a/d转换器相连接，a/d转换器采集的数据交由dsp处理器202处理。d/a转换负责向第一机械施压触手、第二机械施压触手提供启动和停止控制信号；dsp处理器202负责所有信号处理任务和各种软件代码的执行；dsp处理器202中的软件代码通过对采集的声信号进行声信号特征提取、分析和识别。dsp处理器202完成识别任务，输出识别处理的结果。识别任务完成后，信号处理控制装置单元2控制隔声罩1的出口打开，装有液体的软包装袋盒被送入下一道工序。对于识别出的液体包装袋盒有泄露的情况，信号处理控制装置单元2发出剔除信号，由下一工序将该袋盒的液体饮料从生产线上剔除。如果经过检测，装有液体饮料的软包装袋盒没有泄露，信号处理控制装置单元2则发出通过信号，让该装有液体饮料的软包装袋盒进入生产线的正常传递环节。在液体饮料软生产线上可以同时并列多个能完成相同功能的隔声罩1和配套装置，以提高生产效率。
图3是本实施例的软件计算流程框图示意图。在本实施例中，基本上通过分别计算时域波形x1(t)或x2(t)的能量是否大于e1，包络信号y1(t)或y2(t)的持续时间是否大于t1，就可以判断是否存在泄漏的情况。
为了进一步提高检测的准确性，可以将能量满足要求、包络幅度且持续时间满足要求这2个条件联合判决，同时符合的，则判断为有泄漏。
具体为从机械施压触手开始施加压力开始，采集声信号数据：
从第一机械施压触手101开始接触装有液体饮料的软包装袋盒并施加压力开始，记为t1时刻，信号处理控制装置单元2控制一组a/d转换开始采集声信号，直到第一机械施压触手101与装有液体饮料的软包装袋(盒)脱离接触，停止采集声信号，记该时刻为t2时刻。在t1到t2区间内，采集的声信号用x1(t)表示。
从第二机械施压触手102开始接触装有液体饮料的软包装袋盒并施加压力开始，记为t3时刻，信号处理控制装置单元2控制另一组a/d转换开始采集声信号，直到第二机械施压触手102与装有液体饮料的软包装袋盒脱离接触，记为t4时刻。在t3到t4区间内，采集的声信号用x2(t)表示。根据x1(t)和x2(t)分别得到它们各自的包络信号y1(t)和y2(t)。
为了降低特征提取和识别的复杂度和工作量，可以针对所要生产的液体饮料软包装袋盒，在隔声罩1内事先对发生泄漏的液体饮料软包装袋盒进行测试，采集特定的声信号作为已知样本，提取需要比对的特征。这些已知的、作为测试样本的、发生泄漏的装有液体的饮料包装袋盒一般来自人工检查发现有泄漏的、或是人为制造泄漏孔用于测试的。
通过事先对装有液体饮料的软包装袋盒有泄露的声信号的分析，可以设定一个基本的幅度门限a1和幅度大于a1的持续时间门限t1。分别统计y1(t)或y2(t)中是否有幅度超过a1的采样数据且持续时间大于t1的情况，如果有，基本可以认定为y1(t)或y2(t)存在满足要求的脉冲波形，被检测物存在泄漏的情况。本实施例中a1＝0.1、t1＝1s、e1＝98。
门限t1的设置是为了防止出现短时的突发干扰。突发干扰的特点是幅度较大，但一般持续时间都不长。
设置能量门限e1，分别计算x1(t)或x2(t)的能量是否大于e1。如果大于e1则判断为有泄漏。
这种声信号的频域特征也很明显，频谱也存在脉冲波形，幅度谱具有一定的强度，且有一定的持续时间。瞬时频率中低频部分占优，高频成本不占优势，没有尖锐的声音。
实际应用中，可以提取并供利用的声信号特征有：声信号波形轮廓的包络、包络的脉冲持续时间、声信号能量、幅度和频谱的均值和方差、瞬时频率、瞬时相位特性等，可以通过加权打分给出识别结果，遇到具体的问题具体分析。
实施例：在安静的环境中，对有泄漏点的装有液体的包装袋盒施加压力，进行实际采集的有泄漏时的声信号试验。泄漏点可以人为制造，用针刺孔或用医用注射器抽取液体后形成泄漏。有泄漏时利用麦克和cooledit软件采集的声信号，采样率44.1khz，16位。向2种不同的装有液体的包装盒施加压力得到了两种声信号，分析结果表明，所采集的由泄漏导致的声信号均具有共性。因此，本发明的检测方法是可靠的。试验结果如下：
图4是一种饮料盒有泄漏时采集的声信号1的时域波形，图5是该泄漏声信号1的时频分布图。图4中明显能看到声信号1有明显的特点：包络呈脉冲状、持续时间有限、能量与周围有明显差别。
图5是泄漏声信号1的时频分布图，从图中可以看到频率在低频占优、没有明显的象人类语音一样的声纹等。
图6是另外一种饮料盒有泄漏时的声信号2的时域波形，图7是该泄漏声信号的时频分布图。图6中明显能看到声信号2有明显的特点：包络呈脉冲状、持续时间有限、能量与周围有明显差别。
图7是泄漏声信号2的时频分布图，从图中可以看到频率在低频占优、也没有明显的象人类语音一样的声纹等。