Фотоэлектрическое устройство для определения гранулометрического состава взвешенных частиц

 

Сущность изобретения: устройство содержит фотоэлектрический преобразователь с кольцевыми концентрическими светочувствительными зонами, размер и расположение которых отвечают условиям aj f tg в ; #JH « k jSj+i-k2S , где aj - положение геометрического центра j-й зоны ; f - фокусное расстояние объектива; ф,б|+1 УГЛЫ рассеяния, определяющие соответственно геометрические центры J-й иО+1)-йзон; k 1-константа, определяемая количеством зон и диапазоном углов рассеяния; Sj-и -Sj - суммарная площадь соответственно j+1-.j-u зон.1з.п.ф.,2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 01 N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4886482/25 (22) 08,08.90 (46) 23,10.92,Бюл,N 39 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт аналитического приборостроения и Институт физики АН БССР (72) Я.Л.Миндюк, Н,M.Maêîåä, С,Л,Ощепков, В.П.Филиппов, О.К.Дараган, А.П.Пришивалко и В.И.Ларченко (56) Патент Великобритании ¹ 1385115, кл.G 01 N 21/22,26.02.1971.

Патент Великобритании ¹ 1528845, кл.

G 01 N 21/26, 18,10,76.

Патент ФРГ ¹2241770,,кл.G 01 N

15/02,26.03.81, Lee G. Dodge Calibration of the Malvern раг0с!е Sizer Applied optics, vol. 23, № 14, р.2415-2419.

Отчет о научно-исследовательской работе" Разработка экспресс-методов для анализа грануламетрического состава порошковых материалов, используемых в производстве керамических конденсаторов", Изобретение относится к оптико-электронным средствам измерения гранулометрического состава взвешенных частиц и может быть использовано в электронной, химической; металлургической, пищевой и других отраслях народного хозяйства, Известны фотоэлектрические устройства для определения гранулометрического состава взвешенных частиц (1Я5).

Фотоэлектрическое устройство для определения гранулометирического состава монохроматического света, устройство для удержания образца исследуемого вещества во взвешенном состоянии, устанавливаемое на оптической оси источника, оптиче.... Ы„„1770834 А1

Минск, 1987, Науч.рук. доктор физ-мат. наук, проф. Пришивалко А.П.

Лазерный дифракционный измеритель размеров частиц" Malvern 3600Е", проспект фирмы" Malvern". (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ (57)Сущность изобретения: устройство содержит фотоэлектрический и реобразователь с кольцевыми концентрическими светочувствительными зонами, размер и расположение которых отвечают условиям а1 = f tg Oj, Я,1- k 0;;$)+1-к2$, где а — положение геометрического центра j-й зоны ; f — - фокусное расстояние объектива;

Q, 0;+1 — углы рассеяния, определяющие соответственно геометрические центры )-й и(j+1)-й зон; k > 1 — константа, определяемая количеством зон и диапазоном углов рассеяния; Sl+q,Si — суммарная площадь соответственно j+1-,j-й зон.1ь.п.ф.,2 ил. скую систему, формирующую в фокальной плоскости дифракционную картину, устройство для сканирования дифракционной картины, содержащее подвижное диафрагменное устройство. а также фотоприемник и блок обработки сигналов.

Фотоэлектрическое устройство для определения гранулометрического состава взвешенных частиц содержит. источник коллимированного света. устройство, подающее . суспензию с анализируемыми частицами, оптическую систему, формирующую в фокальной плоскости дифракционную картину, подвижное диафрагменное устройство, устанавливаемое в фокальной

1770834 плоскости перед устройством для фотоэлектрической регистрации части дифракционного пятна, механизм перемещения диафрагм, устройство для счета числа электрических сигналов, амплитуда которых превышает определенную установленную величину порога. Недостатком фотоэлектрических устройств для определения гранулометрического состава взвешенных частиц является снижение надежности устройства из-за наличия подвижных диафрагменных устройств.

Фотоэлектрическое устройство для определения гранулометрического состава взвешенных частиц содержит источник коллимированного монохроматического света, на оптической оси которого размещен объем анализируемой среды, с которой через объектив оптически сопряжен фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя размещенную в фокальной плоскости обьектива сверхчувствительную площадку, ряд диафрагм переменного размера, механизм перемещения диафрагм и блок о6работки сигналов.

Недостатком данного устройства является низкая надежность и сложность конструкции из-эа наличия ряда подвижных диафрагм, механизма перемещения диафрагм, Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является фотоэлектрическое устройство для определения гранулометрического монохроматического света, на оптической оси которого размещен обьем анализируемой среды, с которой через объектив оптически сопряжен фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя размещенную в фокальной плоскости обьектива светочувствительную площадку, содержащую ряд светочувствительных кольцевых зон, выходы которых в свою очередь соединены через блок усреднения с блоком обработки информации.

Основным недостатком этого устройства является большая затрата времени для определения гранулометрического состава взвешенных частиц, в связи са сложностью устройства обработки информации, в котором методом наименьших квадратов осуществляется подгонка результатов измерения рассеянного излучения анализируемых на частицах с теоретическими характеристиками рассеяния, учитывающими определенное (логарифмически-нормальное) распределение чястиц по размерам. Такая обработка информации требует применения компьютера с большим объемом памяти.

35 площадки которых оптически сопряжены с

40. фокальной плоскостью объектива, причем выходы фотоприемников s каждой зоне соединены параллельно, при этом к выходу каждой из зон фотоэлектрического преобразователя подключены входы блока коррек45 тировки, выходы которых соединены с входами усилителей.

На чертеже (а,б) изображена схема фо50

5

Целью изобретения является уменьшение затрат времени для определения гранулометрического состава.

Для достижения поставленной цели оно дополнительно снабжено последовательно соединенными блоком сравнения, блоком памяти, вычислительным блоком, логарифматором, входы которого подключены к выходам блока памяти, блока управления, блока отношений, входы которого в свою оче редь соединен ы с выходами блока управления, блока памяти и блока сравнения, входы .которого подключены к выходам блока управления и вычислительного блока, входы которого в свою очередь подключены к выходам логарифматора, блока управления и блока памяти,а входы блока памяти подключены к выходам блока управления и вычислительного блока, кроме того каждая из зон светочувствительной площадки фотоэлектрического преобразователя выполнена таким образом, что отвечает условиям

a;= ftg &,.; О+ -Е 0j, S + =k SJ; k> 1.{1) где aj — положение геометрического центра j-й зоны;

f — фокусное расстояние объектива;

Î, 6jj „ — углы рассеяния, определяющие геометрические центры J-й и (j+1)-й зон соответственно;

k — константа, определяемая количеством эон и диапазоном углов рассеяния:

Sj+1;Sj — суммарная площадь (j+1)-й и j-й зон соответственно.

Кроме того, зоны светочувствительной площадки фотоэлектрического преобразователя могут быть включены в виде отдельных фотоприемников, светочувствительные тоэлектрического устройства для определения гранулометрического состава взвешенных частиц.

Фотоэлектрическое устройство для определения гранулометрического состава взвешенных частиц включает источник коллимированного света 1, обьем анализируемой среды 2, например кювету с анализируемой средой, обектив 3, фотоэлектрический преобразователь 4, содержащий светочувствительйую площадку 5 в виде зон (5,1,5.2,...5j), усилители 6 блок усФ

1770834 реднения 7, блок сравнения 8, блок отношения 9, блок управления 10, блок памяти 11, логарифматор 12, вычислительный блок 13, фотоприемники 14, оптическая связь, например, светодиод 15, блок корректировки

16.

Фотоэлектрическое устройство для определ ения гранулометрического состава взвешенныхчастиц работает следующим образом (см.чертеж). Источник параллельного монохроматического света 1 формиру- . ет модулированный коллимированный монохроматический поток излучения, который затем освещает объем анализируемой среды 2, размещаемый на оптической оси источника 1. На частицах анализируемой среды происходит рассеяние светового потока источника, после чего обьективом 3 поток рассеянного излучения формируется в фокальной плоскости объектива 3, где располагается фотоэлектрический преобразователь 4, Фотоэлектрический преобразователь 4 включает светочувстви.тельную площадку 5, содержащую j зон (поз.5.1,5.2, ...,5j), на которые одновременно поступает рассеянное на частицах анализируемой среды излучение, сформированное обьективом 3. Количество, положение и размер зон определяется в соответствии с условием (1), при этом зоны не обязательно должны быть концентрическими, главное— выполнение условий (1).

Снимаемая информация в реальном масштабе времени c J зон светочувствительной площадки 5 фотоэлектрического преобразователя 4 поступает в усилители 6, где происходит усиление электрических сигналов, снимаемых с j эон фотоэлектрического преобразователя 4, после чего сигналы поступают в блок усреднения 7, где происходит временное усреднение сигналов за определенный промежуток времени. Усредненные сигналы затем поступают в блок сравнения 8, в котором из j-сигналов определяется максимальный сигнал Уiп)р(0 m), пропорциональный 0j lp(0 ). Положение г первого локального максимума структурочувствительной функции Oj lp (01)определяется согласно (6) лишь модальным размером rm функции распределения обьемного содержания частиц по фракциям, Оценка модального размера может проводиться по формуле

Ig rm=AIg 0m+ В, . (2) где Ощ -значение угла, соответствующее максимуму функции 0, lр(0))= 0 и Iр (О m); А,В - константы.

Далее сигнал LJc Om lp (0m) поступа2 ет в блок памяти 11 и запоминается, после чего определяется величина 0, которая затем поступает в логарифматор 12 и вычис-, лительный блок 13, с логарифматора 12 поступает величина Ig 0m, а с блока памяти по команде от блока определяется величина

rm из выражвния (2), а затем — величины

C(Im),D(ãm) (см. выражение 3).

Относительная полуширина функции распределения обьемного содержания дп, определяется из выражения (3) 5

lg Dm-C(rm)Ig - +D(rm) (3)

1,(2 где Ip(2 Om) — значение структурочувствительной функции при угле 2 0m, C(rm), D(rm) — коэффициенты.

Затем величины C(rm) и D(rm) поступают в блок памяти 11, а сигнал о величине 2 0m поступает в блок сравнения 8, в котором по информации о 2 0m среди сигналов

0 j l р(Oj) IlGxo+NTcR c rнал (2 Om) 1р(2

0m), после чего сигнал, пропорцио25 нальный величине (2 0m) Ip(2 0m) по2 ступает в блок отношений 9, куда из блока памяти 11 по сигналу с блока управления 10 поступает также сигнал, пропор2

30 циональный О п lp(0 m), после чего определяется отношение 1р(0П)/1р(2 0 и), которое затем поступает в логарифматор

12. Из логарифматора 12 сигнал lg(Ip (0 )/1р(2 0)) поступает в вычислительный блок 13, куда из блока памяти 11

35 поступают также величины C(rm),D(rm) и иэ выражения (3) определяется величина дп .

Другой вариант реализации устройства приведен на фиг.1б. Это устройство работает следующим образом. Рассеянный на частицах анализируемой среды световой поток, сформированный в фокальной плоскости обьектива 3 с помощью оптической связи 15, в качестве которой может быть использован световод или призма, поступает на светочувствительную площадку соответствующего j-го фотоприемника 14, В этой зоне может быть установлено несколько фотоприемников 14, поэтому выходы этих фотоприемников соединяются параллельно, в результате чего формирует. ся сигнал с j-й зоны фотоэлектрического преобразователя. Для обеспечения выполнения условия (1) в этом варианте устройства введен блок корректровки 16, в котором сигналы, поступившие с фотоприемников

14, корректируются в блоке корректировки

16, так как фотоприемники могут иметь различную чувствительность. Далее с блока корректировки 16 сигналы поступают на усилители 6, после чего работа устройства

1770834 РигЛ, a) аналогична вышеприведенному описанию работы устройства, показанного на фиг. 1а.

Заявляемое фотоэлектрическое устройство для определеня гранулометрического состава взвешенных частиц позволяет определить гранулометрический состав за меньший промежуток времени, что может быть реализовано более простыми техническими средствами по сравнению с аналогами.

Формула изобретения

1. Фотоэлектрическое устройство для . определения гранулометрического состава взвешенных частиц, содержащее источник коллимированного монохроматического света, на оптической оси которого размещен объем анализируемой среды, с которой через объектив оптически сопряжен фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя размещенную в фокальной плоскости объектива светочувствительную площадку, содержащую .ряд светочувствительных концентрических кольцевых зон, выходы которых соединены с усилителями, выходы которых в свою очередь соединены с блоком усреднения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью уменьшения затрат времени для определения гранулометрического состава, оно дополнительно снабжено последовательно соединенными блоком сравнения, блоком памяти, вычислительным блоком, логарифматором, входы которого подключены к выходам блока памяти, блока управления, блока отношений, входы кото"" "рого в свою очередь соединены с выходами блока управления, блока памяти и блока сравнения, входы которого подключены к выходам блока управления и вычислительного блока, входы которого в свою очередь подключены к выходам логарифматора, бло5 ка управления и блока памяти. а входы блока памяти подключены к выходам блока управлении вычислительного блока, кроме того, каждая из зон чувствительной площадки фотоэлектрического преобразователя

10 выполнена таким образом, что отвечает условиям

a = f tg 0j, 01+1 = К 9, $м = Е S, k 1, 2 где аг — положение геометрического центра j-й зоны;

15 1 — фокусное расстояние объектива;

Ч, +1 — углы рассеяния, определяю-. щие геометрические центры j-й и О+1 -й зон соответственно;

k — константа, определяемая количест20. вом зон и диапазоном углов рассеяния;

$ +1; S — суммарная площадь 0+1 -й, J-й эон соответствен но, 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что зоны светочувствительной пло25 щадки фотоэлектрического преобразователя выполнены в виде отдельных фотоприемников, светочувствительные площадки которых оптически сопряжены с фокальной плоскостью объектива, причем

З0 выходы фотоприемников в каждой зоне соединены параллельно, при этом к выходу каждой из зон фотоэлектрического преобразователя подключены входы блока корректировки, выходы которых соединены с

З5 входами усилителей.

1770834

om9

Составитель Г.Миндюк

Техред М. Мор гентал Корректор А. Козориз

Редактор Г.Бельская

Производственно-издателвскии комбинат "Патент". г. ужгород, ул.Гагарина. \О г

Заказ 3736 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5