Устройство для регистрации механоэмиссии

 

Изобретение относится к технической физике, а именно к механохимии и может быть использовано для идентификации различных веществ. Сущность изобретения: устройство содержит камеру, в которой размещена рамка с исследуемым объектом, вращающийся при помощи электродвигателя электретный зонд, узел прижима рамки к зонду и узел очистки и смывки электретного зонда, систему подачи стабилизирующего среду в камере газа, усилитель, преобразователь аналого-цифровой, узел подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, приемник для регистрации механоэмиссионного излучения, выполненный в виде антенны и установленный в непосредственной близости от зоны контакта исследуемого объекта с электретным зондом, антенный поляризатор и антенный усилитель, вход которого подключен к приемной антенне и выходу антенного поляризатора, а выход соединен с аналоговым входом преобразователя аналого-цифрового, запоминающее устройство, блок управления и обработки информации, блок выдачи результатов и пульт управления, входы и выходы которого соединены с первым управляющими выходами и входами управления и обработки информации, а управляющие выходы - с входами антенного поляризатора, вторые управляющие выходы и входы блок управления и обработки информации подключены к соответствующим входам и выхода узла прижима рамки с исследуемым объектом к элетретному зонду, третьи управляющие выходы и входы соединены с соответствующими входами и выходами узла подачи в камеру рамки с исследуемым объектом, четвертые управляющие выходы и входы подключены к управляющим входам и выходам преобразователя аналого-цифрового, информационные выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства, а управляющие входы и выходы которого подключены к соответствующим управляющим пятым выходам и входам блока управления и обработки информации, информационные выходы запоминающего устройства соединены с информационными входами выдачи результатов, управляющие входы и выходы которого подключены к соответствующим шестым управляющим выходам и входам блока управления и обработки информации. 4 ил.

Изобретение относится к технической физике, а именно к области механохимии и может быть использовано для идентификации различных веществ. Известно устройство для регистрации механоэмиссии, содержащее камеру, в которой установлены исследуемый объект, зонд, фотометр и кондиционер (Сверхслабые свечения в биологии. Под ред. Журавлева А.И. М. 1972, с. 231-233).

Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности измерений из-за того, что возбуждение механоэмиссии в оптическом диапазоне - триболюминесценции, осуществляют возбуждающим зондом при нефиксированных механических напряжениях. Кроме того, это устройство имеет сравнительно большие габариты, так как из-за невысокой величины полезного сигнала в качестве датчика фотометра используется охлажденный фотоэлектронный умножитель с высоковольтным источником питания.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству и являющемуся по существу прототипом, является устройство для регистрации механоэмиссии, содержащее камеру с вращающимся при помощи электродвигателя электретным зондом, в которой размещены рамка с исследуемым объектом, электретный зонд, вращающийся при помощи электродвигателя, узел прижима рамки к зонду и узел очистки электретного зонда, а также содержащее систему подачи стабилизирующего в камере среду газа, состоящую из баллона, магистрали и газового редуктора, узел подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, усилитель, блок выдачи результатов, блок управления и обработки информации, в который в свою очередь входит преобразователь аналого-цифровой. Для приема механоэмиссионного излучения в камере размещен фотоприемник фотоэлектронный умножитель (Орел В.Э. и др. Экспресс-анализатор перекисного окисления крови "Триболюминометр ТРА-2". Медицинская техника, N4, 1989, с. 34-37) (прототип).

Однако данное устройство не обеспечивает высокой точности измерения сигналов механоэмиссии ввиду того, что измерение электромагнитного излучения в оптическом диапазоне триболюминесценции, осуществляют не прямо с исследуемого образца, а опосредствованно через измерительный электретный зонд, в результате чего на параметры триболюминесценции оказывают влияние поверхностные механоэмиссионные эффекты электретного зонда, являющиеся источником случайных ошибок в результатах измерений. Кроме того, это устройство имеет достаточно сложную конструкцию и большие габариты, т.к. из-за сравнительно невысокой величины полезного сигнала триболюминесценции используется фотоэлектронный умножитель с высоковольтным источником питания.

Задачей изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измерений, а также упрощение конструкции камеры.

В предлагаемом устройстве задача решается за счет того, что в отличие от прототипа, содержащего камеру, в которой размещены рамка с исследуемым объектом, приемник механоэмиссионного излучения, электретный зонд, вращающийся при помощи электродвигателя, узел прижима рамки к зонду и узел очистки и смывки электретного зонда, систему подачи стабилизирующего в камере среду газа, узел подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, усилитель, преобразователь аналого-цифровой, блок выдачи результатов и блок управления и обработки информации, приемник для регистрации механоэмиссионного излучения выполнен в виде антенны, установленной в непосредственной близости от зоны контакта исследуемого объекта с электретным зондом, кроме того, в него введены антенный поляризатор, выход которого подключен к антенне и к входу антенного усилителя, выход которого соединен с аналоговым входом преобразователя аналого-цифрового, запоминающее устройство и пульт управления, входы и выходы которого соединены с первыми управляющими выходами и входами блока управления и обработки информации, а управляющие выходы с входами антенного поляризатора, вторые управляющие выходы и входы блока управления и обработки информации подключены к соответствующим входам и выходам узла прижима рамки с исследуемым объектом к электретному зонду, третьи управляющие выходы и входы соединены с соответствующими входами и выходами узла подачи в камеру рамки с исследуемым объектом, четвертые управляющие выходы и входы подключены к управляющим входам и выходам преобразователя аналого-цифрового, информационные выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства, а управляющие входы и выходы которого подключены соответственно к пятым управляющим выходам и входам блока управления и обработки информации, информационные выходы запоминающего устройства соединены с информационными входами блока выдачи результатов, управляющие входы и выходы которого подключены к соответствующим шестым управляющим выходам и входам блока управления и обработки информации.

Введение в устройство приемной антенны, антенного поляризатора, антенного усилителя, блоков управления и регистрации информации позволяют регистрировать электромагнитные колебания в радиодиапазоне. Причиной радиоизлучения является газоразрядный процесс в образующемся зазоре между отрываемыми поверхностями электретного зонда и исследуемого образца, где возникает своеобразный ускоритель. Благодаря существованию полей высокой напряженности, электрон, ускоряясь поляризованным полем, набирает достаточную скорость для ударной ионизации встречных молекул и образования лавин положительных и отрицательных ионов, т.е. газоразрядной микроплазмы. Движение частиц в плазме под влиянием статической или переменной поляризации является причиной возникновения колебаний различных радиочастот. Такая конструкция устройства регистрации механоэмиссии позволяет упростить конструкцию камеры, исключив из нее фотоэлектронный умножитель с высоковольтным источником питания, а также изъять из конструкции элементы защиты оптоэлектроного тракта от внешней засветки. Регистрируемая с помощью этого устройства информация также имеет лучшее соотношение сигнал/шум за счет увеличения величины полезного сигнала.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 алгоритм его работы.

Устройство для регистрации механоэмиссии содержит камеру 1, газовый редуктор 2, рамку 3 с исследуемым объектом, узел 4 прижима рамки к электретному зонду, электретный зонд 5, приемную антенну 6, узел 7 очистки и смывки электретного зонда, антенный усилитель 8, узел 9 подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, преобразователь 10 аналого-цифровой, запоминающее устройство 11, блок 12 управления и обработки информации, блок 13 выдачи результатов, пульт 14 управления и антенный поляризатор 15.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания устройство устанавливается в исходное состояние и выполняется подпрограмма подготовки устройства к работе. Режим работы устройства, время регистрации (время измерения спектрального состава механоэмиссии исследуемого объекта) и режим работы приемной антенны задаются на пульте 14 с помощью органов управления. Информация с пульта 14 поступает на блок 12 управления и обработки информации, а также на управляющие входы антенного поляризатора 15. Рамка 3 с исследуемым объектом устанавливается в исходное положение узла 9 подачи рамки в камеру. После нажатия оператором клавиши "Пуск" рамка 3 поступает в камеру 1, а с помощью узла 4 осуществляется прижим ее к поверхности электретного зонда 5. Как только рамка 3 прижата к поверхности электретного зонда 5, устройство переходит в режим регистрации спектрального состава механоэмиссии исследуемого объекта. Регистрация осуществляется в течение времени, задаваемого оператором с пульта 14 управления. При равномерном прижатии рамки 3 с исследуемым объектом к поверхности вращающегося электретного зонда 5 происходит поверхностная трибоэлектризация. В процессе трибоэлектризации генерируется электромагнитное излучение, которое улавливается приемной антенной 6 и усиливается с помощью антенного усилителя 8 до необходимой величины. С помощью антенного поляризатора 15 на приемной антенне устанавливается отрицательный или положительный потенциал необходимой величины. Усиленные сигналы с выхода антенного усилителя 8 поступают на аналоговый вход преобразователя 10, работой которого управляет блок 12 управления и обработки информации. Перед началом регистрации в блоке 12 осуществляется запуск таймера времени, а вместе с ним - запуск преобразователя 10. После запуска преобразователя 10 осуществляется процесс преобразования входной информации в цифровой двоичный код и, как только процесс преобразования окончен, преобразователь 10 выдает в блок 12 сигнал "конец преобразования" и блок 12 осуществляет запись с выхода преобразователя 10 в запоминающее устройство 11. После чего блоком 12 осуществляется анализ заданного времени регистрации и, если заданное время не равно 0, осуществляется следующий цикл запуска преобразователя 10 и записи информации в запоминающее устройство 11. Как только время регистрации равно 0, прекращается запуск преобразователя 10 и выполняется программа возврата рамки 3 с исследуемым объектом в исходное положение. В процессе возврата рамки 3 в исходное положение осуществляется очистка электретного зонда 5 с помощью узла очистки электретного зонда. По возвращению рамки 3 в исходное положение осуществляется передача записанной информации из запоминающего устройства 11 в блок 13 выдачи результатов. После выдачи сообщений о результатах механоэмиссии исследуемого объекта при нажатии клавиши "Обработка" блок 12 переходит к подпрограмме обработки информации, записанной в запоминающем устройстве 11. После завершения подпрограммы по обработке информации в блок 13 передается информация по результатам обработки. В случае необходимости хранения результатов регистрации и обработки информации оператор нажимает клавишу запись и эта информация записывается на гибкий магнитный диск для хранения или повторного исследования.

Если на пульте 14 управления установлен режим "Ручной", то для последующего запуска устройства необходимо оператору нажать клавишу "Пуск", а если установлен режим "Автоматический", то устройство автоматически переходит к регистрации следующей рамки с исследуемым объектом. Устройство обеспечивает выдачу сообщений о некорректных действиях оператора, а также о сбоях в процессе подачи рамки 3 к поверхности вращающегося электретного зонда 5 и обратно в исходное положение.

Как показали проведенные испытания опытного образца устройства для регистрации механоэмиссии, оно по сравнению с существующими устройствами имеет следующие преимущества: повышается универсальность применения устройства при анализе механоэмиссии в результате расширения диапазона регистрируемого излучения механоэмиссии; увеличивается соотношение сигнал/шум, что повышает в итоге точность измерения механоэмиссии; существенно уменьшаются габариты устройства в результате использования в качестве датчика приемной антенны.

Формула изобретения

Устройство для регистрации механоэмиссии, содержащее камеру, в которой размещены рамка с исследуемым объектом, приемник механоэмиссионного излучения, электретный зонд, вращающийся при помощи электродвигателя, узел прижима рамки к зонду и узел очистки и смывки электретного зонда, систему подачи стабилизирующего в камере среду газа, узел подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, блок выдачи результатов и блок управления и обработки информации, отличающееся тем, что приемник для регистрации механоэмиссионного излучения выполнен в виде антенны, установленной в непосредственной близости от зоны контакта исследуемого объекта с электретным зондом, кроме того, в него введены антенный поляризатор, выход которого подключен к антенне и к входу усилителя, выход которого соединен с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, запоминающее устройство и пульт управления, входы и выходы которого соединены с первыми управляющими выходами и входами блока управления и обработки информации, а управляющие выходы с входами антенного поляризатора, вторые управляющие выходы и входы блока управления и обработки информации подключены к соответствующим входам и выходам узла прижима рамки с исследуемым объектом к электретному зонду, третьи управляющие выходы и входы соединены с соответствующими входами и выходами узла подачи в камеру рамки с исследуемым объектом, четвертые управляющие выходы и входы подключены к управляющим входам и выходам аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства, а управляющие входы и выходы которого подключены соответственно к пятым управляющим выходам и входам блока управления и обработки информации, информационные выходы запоминающего устройства соединены с информационными входами блока выдачи результатов, управляющие входы и выходы которого подключены соответственно к шестым выходам и входам блока управления и обработки информации.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4