基于冲模的辐射声场检测片重的方法

专利类型 发明授权 法律事件 公开; 实质审查; 授权; 未缴年费;
专利有效性 失效专利 当前状态 权利终止
申请号 CN201010554944.5 申请日 2010-11-23
公开(公告)号 CN102087136B 公开(公告)日 2012-07-04
申请人 江苏联合职业技术学院徐州医药分院; 申请人类型 学校
发明人 王行刚; 第一发明人 王行刚
权利人 江苏联合职业技术学院徐州医药分院 权利人类型 学校
当前权利人 江苏联合职业技术学院徐州医药分院 当前权利人类型 学校
省份 当前专利权人所在省份:江苏省 城市 当前专利权人所在城市:江苏省徐州市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:江苏省徐州市铜山经济开发区北京北路63号 邮编 当前专利权人邮编:
主IPC国际分类 G01G17/02 所有IPC国际分类 G01G17/02A61J3/10
专利引用数量 1 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 1 专利文献类型 B
专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限公司 专利代理人 唐惠芬;
摘要 一种基于冲模的 辐射 声场检测片重的方法,属于药物制剂设备的片重自动控制系统。由振动的边界条件和初始条件,分析出冲模的低频振动位移方程和振动速度,求出冲模辐射声场的声压方程;分析片重和主压 力 之间的关系,根据主压力给出判断片重差异的依据,推导出基于冲模振动引起的辐射声场的检测片重差异的基本方程,给出依据基于冲模振动引起的辐射声场的声压判断片重差异的控制标准;根据声压判断片重差异的控制标准实现基于冲模的辐射声场检测片重的方法。优点:实现了利用冲模的辐射声场来检测片重,利用这种方法检查人员不必出现在生产现场,减少对片剂的污染,是一种有效检查片重的差异方法。
权利要求

1.一种基于冲模的辐射声场检测片重的方法,其特征是:基于冲模的辐射声场检测片重的方法主要有三个步骤:
步骤一:计算冲模承受周期性作用
高速旋转压片机有不同副冲模,每副冲模都重复同样压制片剂过程,片芯与下冲模组成复合棒的小振幅纵振动,计算出冲模承受周期性作用力;
接触式测试用传感器与被测冲模冲头等高布置,两者之间保持一定的间距;传感器装在固定装置上,连同固定装置被一起安装在高速旋转压片机的机架上;
(1)在片剂生产车间,选取一台高速旋转压片机,选取建立片芯和冲模组成复合棒受力模型,开机生产,等到稳定生产阶段,测试复合棒承受主压力;
(2)测试冲模工作过程中一副冲模工作的过渡时间、保压时间和过渡时间,计算一副冲模工作周期;
(3)根据复合棒受力情况以及工作时间情况,由傅里叶定理求出复合棒所受外力复数表示形式;
步骤二:求出高速旋转压片机主压时冲模振动方程;
由振动的边界条件和初始条件,计算出求出复合棒的各段低频振动位移方程和振动速度的方程,推导冲模辐射声场的声压方程;
(1)根据复合棒所受外力复数表示形式,求出复合棒的纵振动方程,写出位移表示通式;
(2)确定振动的边界条件和初始条件;
(3)推导出复合棒的各段低频振动位移方程和振动速度的方程,求出冲模辐射声场的声压方程;
步骤三:根据主压时冲模辐射声场的声压检测片重;
分析片重和主压力之间的关系,根据主压力给出判断片重差异的依据,推导出基于冲模振动引起的辐射声场的检测片重差异的基本方程,给出依据基于冲模振动引起的辐射声场的声压判断片重差异的控制标准;
(1) 根据低频时情况,把片芯最上截面的振动沿轴线方向当作活塞式声源,测量其半径,计算片芯最上截面振动速度;
(2)建立坐标系,求出复合棒辐射声场的声压方程,根据参数取值,计算声压值;
(3)根据片重偏差、主压力偏差和声压关系,推导片重差异控制公式;
高速旋转压片机在主压时冲模会发出有规律的振动声音,在主压时每副冲模对片芯施加的主压力存在偏差,由此每副冲模的振幅也不相同,冲模的辐射声场的声压级和响度级也不相同,利用这一特性可以来检测片重的差异。

说明书全文

基于冲模的辐射声场检测片重的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种药物制剂设备的片重自动控制系统,特别是一种基于冲模的辐射声场检测片重的方法。

背景技术

[0002] 高速旋转压片机的检测方法主要有:主压偏差的非线性监测方法、片重的灰色预测检测方法。
[0003] 主压力偏差的非线性监测方法是为在压片过程中实时控制片剂重量,通过测量冲头压入模孔使填料压缩过程中所受的力来间接控制片重。计算机不断检测冲头压力传感器数值,根据数据处理结果,按一定的规律控制执行机构调节填充量,实时对片重进行控制、调整。
[0004] 片重的灰色预测检测方法是预测控制方法,就是在每一个采样时刻,根据被控系统现阶段所采样的数据序列描述系统的动态特征的数学模型,对将来一定范围内一系列的系统输出进行预测,然后由此预测结果和给出的系统输出,按某种算法对系统实施控制。此种检验方法目前主要是采取抽样进行,所用的设备主要是精度很高的称重天平。
[0005] 在不同时刻填入模孔的药物颗粒,密度,均匀性等差别较大,对于不同的药物药粉,这种差别更加明显,并且从出现片重偏差到重新调节填充量的过程,有一段较长的滞后时间。对于这种时交的,有延滞的系统,沿用常规控制,往往得不到满意的控制效果。灰色预测检测方法在一定程度上,克服了时间滞后的影响,提高了控制精度。但是灰色预测检测方法是一种直接检测方法,需要操作人员和检查人员现场定时检测,增加污染片剂程度。主压力偏差的非线性检测方法,提高了片重控制的适时性,但由于它是以典型的药粉的压力偏差与填充深度曲线形成的控制规律,往往因颗粒的密度,均匀性等因素作用会带来误差较大,废片率较高。

发明内容

[0006] 本发明的目的是要提供一种基于冲模的辐射声场检测片重的方法,解决主压力偏差的非线性检测方法,因颗粒的密度,均匀性因素误差较大,废片率较高;及灰色预测检测方法增加污染片剂程度的问题。
[0007] 本发明的目的是这样实现的:基于冲模的辐射声场检测片重的方法主要有三个步骤:
[0008] 步骤一:计算冲模承受周期性作用力;
[0009] 高速旋转压片机有不同副冲模,每副冲模都重复同样压制片剂过程,片芯与下冲模组成复合棒的小振幅纵振动,计算出冲模承受周期性作用力;
[0010] 非接触式测试用传感器与被测冲模冲头等高布置,两者之间保持一定的间距;传感器装在固定装置上,连同固定装置被一起安装在高速旋转压片机的机架上;
[0011] (1)在片剂生产车间,选取一台高速旋转压片机,选取建立片芯和冲模组成复合棒受力模型,开机生产,等到稳定生产阶段,测试复合棒承受主压力;
[0012] (2)测试冲模工作过程中一副冲模工作的过渡时间、保压时间和过渡时间,计算一副冲模工作周期;
[0013] (3)根据复合棒受力情况以及工作时间情况,由傅里叶定理求出复合棒所受外力复数表示形式;
[0014] 步骤二:求出高速旋转压片机主压时冲模振动方程;
[0015] 由振动的边界条件和初始条件,计算出求出复合棒的各段低频振动位移方程和振动速度的方程,推导冲模辐射声场的声压方程;
[0016] (1)根据复合棒所受外力复数表示形式,求出复合棒的纵振动方程,写出位移表示通式;
[0017] (2)确定振动的边界条件和初始条件;
[0018] (3)推导出复合棒的各段低频振动位移方程和振动速度的方程,求出冲模辐射声场的声压方程;
[0019] 步骤三:根据主压时冲模辐射声场的声压检测片重;
[0020] 分析片重和主压力之间的关系,根据主压力给出判断片重差异的依据,推导出基于冲模振动引起的辐射声场的检测片重差异的基本方程,给出依据基于冲模振动引起的辐射声场的声压判断片重差异的控制标准;
[0021] (1) 根据低频时情况,把片芯最上截面的振动沿轴线方向当作活塞式声源,测量其半径,计算片芯最上截面振动速度;
[0022] (2)建立坐标系,求出复合棒辐射声场的声压方程,根据参数取值,计算声压值;
[0023] (3)根据片重偏差、主压力偏差和声压关系,推导片重差异控制公式;
[0024] 高速旋转压片机在主压时冲模会发出有规律的振动声音,在主压时每副冲模对片芯施加的主压力存在偏差,由此每副冲模的振幅也不相同,冲模的辐射声场的声压级和响度级也不相同,利用这一特性可以来检测片重的差异。
[0025] 有益效果,由于采用了上述方案,高速旋转压片机主压时,把冲模受到周期性主压力作用,因此发生周期性振动,冲模产生有规律的声场。由振动的边界条件和初始条件,分析出冲模的低频振动位移方程和振动速度,求出冲模辐射声场的声压方程。分析片重和主压力之间的关系,根据主压力给出判断片重差异的依据,推导出基于冲模振动引起的辐射声场的检测片重差异的基本方程,给出依据基于冲模振动引起的辐射声场的声压判断片重差异的控制标准。根据声压判断片重差异的控制标准实现基于冲模的辐射声场检测片重的方法。
[0026] 解决了主压力偏差的非线性检测方法,因颗粒的密度,均匀性因素误差较大,废片率较高;及灰色预测检测方法增加污染片剂程度的问题,达到了本发明的目的。
[0027] 优点:实现了利用冲模的辐射声场来检测片重,利用这种方法检查人员不必出现在生产现场,减少对片剂的污染,是一种有效检查片重的差异方法。

具体实施方式

[0028] 实施例1:基于冲模的辐射声场检测片重的方法主要有三个步骤:
[0029] 步骤一:计算冲模承受周期性作用力
[0030] (1)在片剂生产车间选取一台高速旋转压片机,选取建立片芯和冲模组成复合棒受力模型,开机生产,等到稳定生产阶段,测试复合棒承受主压力。
[0031] 在片剂生产车间,环境温度为+25 ℃,相对湿度小于85%贮存环境中。高速旋转压片机冲模工作时,预压制的片芯在下冲模的冲头在中模孔中被上主压轮压下来的上冲模进行主压,此情形看成受到上冲模作用的片芯与下冲模的复合棒的小振幅纵振动,此复合棒下端固定(下主压轮固定不动)。由片芯与下冲模组成的复合棒,可以分成3段。由片芯到下冲模各段,从上到下三小段分别成为1、2和3段。1段厚度为h1、直径为d1;2段冲杆长度为l2,直径为F2;3段长度为l3,直径为F3。开机生产,等到稳定生产阶段,测试复合棒承受主压力情况。
[0032] (2)测试冲模工作过程中一副冲模工作的过渡时间、保压时间和过渡时间,计算一副冲模工作周期。
[0033] 压片过程由始加压、保压和解压等步骤组成。上下主压轮与上下冲模冲头平面部分刚开始接触,到上下冲模运行到最终位置为始加压时间;上下冲模运行到最终位置,上下主压轮与上下冲模冲头平面部分保持接触的时间为保压时间;上下冲模运行到最终位置结束,开始上升,到上下主压轮与上下冲模冲头平面部分开始分开,为解压时间。当压力和片剂的组成都相同时,保压时间愈长,片剂强度逾大。高速旋转压片机为了增加保压时间,被设计成二步压缩的压片机。首先对药物颗粒进行预压,之后再进行主压。主压时保压时间内冲模杆相对中模的位置保持不变。高速旋转压片机有不同副冲模,每副冲模都重复同样压片剂过程;
[0034] 对于压片机来又复合棒说是承受周期性作用力F(t)。设工作的过渡时间为Ts,保压时间为Td,过渡时间为Tj,一个冲模工作周期为T。周期和保压时间为:
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 主压力 (p=1,2,3…,N;k=0,1,2,…)
[0039] 其中
[0040] 其中,N为一台高速旋转压片机的冲模数;Fμ为对应平均片重的平均主压力值;ΔFp为主压力偏差。Fmin ,Fmax分别为冲模所受主压力FP最小值和最大值。
[0041] (3)根据复合棒受力情况以及工作时间情况,由傅里叶定理求出复合棒[0042] 所受外力复数表示形式。
[0043] 附图2为力F(t)的矩形周期脉冲形式。
[0044] F(t)可表示为
[0045]
[0046] 根据傅里叶定理,F(t)可以表示为
[0047]
[0048] (m=0,1,2,3,…)
[0049] 当 时,由于 为0,所以此时相应的初相位 不需要讨论。
[0050] 当 时,有 (m=1,2,3,…)
[0051] 复合棒受力可以写成
[0052]
[0053] 步骤二:求出高速旋转压片机主压时冲模振动方程
[0054] (1)根据复合棒所受外力复数表示形式,求出复合棒的纵振动方程,写出位移表示通式。
[0055] 建立复合棒的纵振动方程:
[0056] (1)
[0057] 式中:c为复合棒的纵振动传播速度,为复合棒沿纵坐标方向的形变。式(1)的解为
[0058] (2)
[0059] 式中: 为波数,w 为频率
[0060] (2)确定振动的边界条件和初始条件。
[0061] 设复合棒各段杨式模量、密度、声速、长度与横截面所构成的复合棒分别为 、、 、和 ,i=1,2,3代表属复合棒各段。由于下冲模两段由同种材料做成,另外要保持一定片剂的厚度。
[0062] , , ,
[0063] 则各段的位移为
[0064] (3)
[0065] 其中i=1、2、3,表示复合棒的第i 段。
[0066] 假设取作用力 ( )作用于棒,来求出相应参数 和 (其中i=1,2,3)。当作用 力时,棒的各段边界条件为
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] (4)
[0073] (3)推导出复合棒的各段低频振动位移方程和振动速度的方程,求出冲模辐射声场的声压方程。
[0074] 由于第2和第3段材料相同,因此有: 。从第1段到第3段的位移分别为
[0075]
[0076]
[0077] (5)
[0078] 根据实际情况, 、 、 、和 (i=1,2,3)具体取值,可得到取n=1时低频时3段的振动位移值,以及n=1时它们的振动速度。
[0079] 步骤三:根据主压时冲模辐射声场的声压检测片重
[0080] 压片机来冲模承受周期性作用力,冲模发生周期性振动,产生辐射声场,能求出冲模辐射声场的声压。由片重和主压力的关系,由主压力和振动位移的关系,由振动位移和声压的关系,最后能求出片重和声压之间关系,继而能够得到基于冲模振动引起的辐射声场的检测片重差异的基本方程,给出依据基于冲模振动引起的辐射声场的声压判断片重差异的控制标准,准确剔除生产过程中不符合要求的片剂。
[0081] (1) 根据低频时情况,把片芯最上截面的振动沿轴线方向当作活塞式声源,测量其半径,计算片芯最上截面振动速度。
[0082] 当n=1时低频时,片芯最上截面的振动沿轴线方向,即其法线方向振动,其上各点的振动幅值和相位都相同,可以当作活塞式声源,其半径为r1,可得到片芯最上截面振动速度。由式(5)可得到振动速度 。
[0083] (2)建立坐标系,求出复合棒辐射声场的声压方程,根据参数取值,计算声压值。
[0084] 取截面中心为坐标原点,截面所在的平面为yz平面,轴线为x轴。由于声场对于穿过截面中心的x轴是旋转对称的,因此不失一般性设声场中的观察点Q就位于xz平面内,它离开原点的距离为r, 位置矢量r与x轴的夹角为q。
[0085] 得到声压方程:
[0086] (6)
[0087] 式中:w为角频率;r0为空气密度; r1为截面的半径;k为波数;J1(kr1sinq)为柱贝塞尔函数;ua为振动速度的最大幅值。
[0088] (3)根据片重偏差、主压力偏差和声压关系,推导片重差异控制公式。
[0089] 设 ,则 。
[0090] 由于kr1远远小于1,冲模截面的指向特性公式
[0091]
[0092] 由(6)式,可得
[0093] (7)且 ,对于声压有
[0094] (8)
[0095] 在稳定生产阶段冲模实际主压力为Fp和冲模实际片重为Qp(其中p 为冲模的编号,p=1,2,3,…,N)。主压力和片重之间存在非线性关系。生产中自动检测片重时,设Fp和Qp存在函数关系
[0096] 则有:
[0097] 又因为
[0098]
[0099] 式中:DQp为片重差异或称为片重误差,Qμ为平均片重。
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