Устройство для дисперсного анализа размеров взвешенных частиц

 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения параметров частиц загрязнителя в рабочей жидкости и может быть использовано в машиностроении и на транспорте для диагностике трущихся узлов машин. Сущность изобретения заключается в том, что выходные сигналы фотоэлектрического преобразователя анализируют с целью выделения локальных максимумов, формируют импульсы амплитудой, равной локальным максимумом и, затем, производят амплитудный анализ этих вторичных импульсов. Это позволяет существенно увеличить предельную измеряемую концентрацию. Кроме того, в устройство для дисперсного анализа введено устройство выделения локальных максимумов, состоящее из пиковых детекторов 5,6 компараторов 7, 8, 9, ключей 10, 11, элемента "логическое или" 12, генератора порога шума 13 и формирователя импульса 14. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, предназначено для определения параметров частиц и может быть использовано в машиностроении и на транспорте для диагностики состояния трущихся узлов машин.

Известен способ дисперсного анализа частиц, состоящий в том, что импульсные электрические сигналы первичного фотоэлектрического преобразователя усиливают, анализируют по амплитуде и определяют число и размеры частиц. (см. книгу C. Г. Беляева "Оптико-электронные методы измерения параметров аэрозолей. М. Энергоиздат, 1987 г.).

Недостатком указанного способа является искажение получаемой информации из-за совпадений частиц в чувствительном объеме и, вследствие этого, низкая величина предельно измеряемой концентрации.

Известно устройство для анализа размеров частиц в дисперсионной среде, реализующее указанный способ, включающее фотоэлектрический преобразователь и соединенные с ним усилитель, амплитудный анализатор и регистратор числа и размеров частиц. (см. книгу С.Г.Беляева "Оптико-электронные методы измерения параметров аэрозолей. М. Энергоиздат, 1987 г.) Недостатком указанного устройства является искажение получаемой информации вследствие того, что при высоких концентрациях частиц происходит наложение электрических импульсов и амплитудный анализатор неверно регистрирует число и амплитуду импульсов.

Близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ дисперсного анализа параметров частиц, описанный в а.с. N 1516889 (МКИ G 01 N 15.02, Бюл. N 39, 1989 г.). Согласно этому способу применяется принудительное прерывание импульса, если его длительность превышает длительность одиночного импульса, и отбор для анализа только тех импульсов, которые отстоят от последующих и предыдущих на время, большее, чем время прерывания. Таким образом, из каждого импульса, длительностью больше некоторой величины, определяемой, как длительность одиночного импульса, формируется серия импульсов количеством, на единицу большем целой части отношения длительности входного импульса к указанной величине.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство дисперсионного анализа параметров частиц, описанное в а/с N 1516889 (МКИ G 01 N 15.02, Бюл. N 39, 1989 г.). Описанное устройство представляет собой последовательно соединенные фотоэлектрический датчик с усилителем, схему, обеспечивающую описанное прерывание входных импульсов, и амплитудный анализатор.

Недостатком указанного способа и устройства является искажение получаемой информации о концентрации частиц и их размере из-за того, что в чувствительном объеме датчика частицы движутся с различными скоростями и, следовательно, электрические импульсы на выходе фотоприемника имеют различную длительность, и принудительное прерывание через определенный промежуток времени может привести к тому, что импульс, длительность которого превышает величину, определяемую как длительность одиночного импульса, вызовет формирование двух или более импульсов на входе амплитудного анализатора, в случае же более коротких импульсов возможен пропуск частиц. Таким образом, описанные способ и устройство не учитывают возможных различий в длительности импульсов на выходе фотоприемника, имеющих место в некоторых конструкциях фотоэлектрических датчиков, что приводит к искажениям получаемой информации.

Поставлена задача разработать такой способ и устройство, которые учитывали бы указанные различия длительностей импульсов и тем самым повышали бы точность измерения концентрации загрязнителя.

Поставленная задача достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что импульсные электрические сигналы от фотоэлектрического преобразователя от прохождения частицы в чувствительном объеме усиливают, согласно изобретению, производят выделение локальных максимумов в анализируемых импульсах и формируют отдельные импульсы амплитудой, равной величине этих максимумов, которые затем подвергают амплитудному анализу с целью определения размеров частиц.

В устройстве, содержащем фотоэлектрический датчик, усилитель и амплитудный анализатор, согласно изобретению, введено устройство выделения локальных максимумов, состоящее из пиковых детекторов, компараторов, ключей, элемента "логическое или", генератора порога шума и формирователя импульса, при этом к выходу усилителя подключено устройство выделения локальных максимумов, состоящее из пиковых детекторов, компараторов, ключей, элемента "логическое или", генератора порога шума и формирователя импульса, при этом выход усилителя подключен ко входу первого пикового детектора, первому входу третьего компаратора, входу первого ключа и второму входу первого компаратора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, а дополнительный вход соединен с выходом генератора порога шума, причем выход первого пикового детектора подключен к первому входу первого компаратора и входу второго ключа, выход которого соединен со входом амплитудного анализатора через буферный усилитель, а управляющий вход второго ключа подключен к выходу элемента "логическое или", второй вход которого подключен к выходу третьего компаратора, второй вход которого подключен к выходу генератора порога шума, при этом первый вход элемента "логическое или" соединен с выходом второго компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго пикового детектора, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход которого также соединен со вторым входом второго компаратора, дополнительный вход которого подключен к выходу генератора порога шума, кроме того выход элемента "логическое или" соединен также со входом формирователя импульса, выход которого соединен с управляющими входами обоих пиковых детекторов.

Сущность изобретения поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.

На фиг. 2 изображена структурная схема устройства выделения локальных максимумов.

На фиг. 3 изображен примерный вид сигнала датчика, вызванного наложением 3-х частиц.

На фиг. 4 и 5 изображены сигналы на выходах компараторов.

На фиг. 6 изображен выходной сигнал устройства.

Суть предлагаемого способа состоит в предварительном анализе формы импульсов на выходе фотоприемника с последующим формированием вторичных импульсов, поступающих на вход амплитудного анализатора, по которым определяется дисперсный состав загрязнителя и его концентрация. Таким образом, производят анализ специально сформированных импульсов, величиной, соответствующей максимумам выходного импульса фотоприемника. С помощью устройства выделения локальных максимумов производят фиксацию локальных максимумов и, затем, формируют выходные импульсы в моменты регистрации следующих за максимумом минимумов, причем их величина равна величине соответствующих максимумов. Если на вход поступает одиночный импульс, то его максимум фиксируют в момент, когда входное напряжение опустится ниже заранее установленного порога. Фиксируя эти импульсы, как отдельные, достигают увеличения точности определения числа частиц. При анализе существующими способами эти импульсы будут зарегистрированы, как один импульс с амплитудой, равной либо абсолютному максимуму, либо первому локальному максимуму, то значительно снижает точность определения концентрации загрязнителя. При анализе способом, описанным в а. с. N 1516889, будет достигнуто увеличение точности измерения, однако наличие электрических импульсов различной длительности приведен к неправильному определению концентрации загрязнителя.

Устройство для осуществления способа состоит из последовательно соединенных датчика 1 усилителя 2, устройства 3 выделения локальных максимумов и амплитудного анализатора 4. Устройство 3 выделения локальных максимумов состоит из пиковых детекторов 5 и 6, компараторов 7, 8 и 9, ключей 10 и 11, элемента "логическое или" 12, генератора порога шума 13, формирователя импульса 14 и буферного усилителя 15. Выход усилителя 2 подключен ко входу пикового детектора 5, ключа 10, первому входу компаратора 9 и второму входу компаратора 7. Выход пикового детектора 5 соединен с первым входом компаратора 7, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа 10 и входу ключа 11. Выход ключа 11 соединен со входом буферного усилителя 15. Выход буферного усилителя 15 подключается ко входу амплитудного анализатора 4. Второй вход компаратора 8 соединен с выходом пикового детектора 6, а выход подключен ко входу элемента "логическое или" 12, второй вход которого подключен к выходу компаратора 9. Второй вход компаратора 9 подключен к выходу генератора порога шума 13. Выход элемента "логическое или" 12 соединен со входом формирователя импульса 14, выход которого соединен с управляющими входами обоих пиковых детекторов 5 и 6 и управляющим входом ключа 11. Выход генератора порога шума соединен также с дополнительными входами компараторов 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

На вход пикового детектора 5 поступает электрический импульс с выхода усилителя 2, вход которого подключен к выходу фотоэлектрического датчика, одновременно этот же импульс поступает на вход компаратора 7, причем с целью исключения ложных срабатываний на дополнительный вход компаратора 7 подается напряжение с генератора порога шума 13, в сумме с напряжением на выходе пикового детектора формирующее порог переключения для компаратора 7. Сигнал на выходе компаратора 7 появится, когда напряжение на втором входе компаратора станет меньше максимума, зафиксированного пиковым детектором 5, на величину, равную напряжению на выходе генератора порога шума 13. Сигнал с выхода компаратора 7 открывает ключ 10Ю через который сигнал поступает на вход пикового детектора 6, фиксирующего минимум входного сигнала, и компаратора 8, порог переключения которого определяется с учетом выходного напряжения генератора порога шума 13 аналогично компаратору 7. Таким образом, сигнал на выходе компаратора 8 появляется в момент регистрации локального минимума, следующего за максимумом, т.е. когда напряжение на втором входе компаратора 8 станет больше минимума на величину, определяемую генератором шума 13. Данный сигнал через элемент 12 отпирает ключ 11, на выходе которого формируется импульс, амплитудой равной предшествующему локальному максимуму и через буферный усилитель 15 поступает на вход амплитудного анализатора 4. Формирователь импульса 14 формирует управляющий импульс с задержкой, величина которой определяет длительность выходного импульса; управляющий импульс сбрасывает пиковые детекторы 5 и 6. Для обеспечения регистрации последнего максимума в группе, а также одиночного импульса, используется принудительный сброс пиковых детекторов при срабатывании компаратора 9 через элемент "логическое или" 12.

Моделирование работы устройства на ЭВМ показало, что возможно увеличение предельной измеряемой концентрации с 1000 см^-3 до примерно 5000 см^-3 при той же величине погрешности в определении концентрации, вызванной влиянием совпадений. Анализ выходных импульсов устройства выделения локальных максимумов производят стандартным способом с помощью подсчета по 5 размерным фракциям.

Формула изобретения

Устройство для дисперсного анализа размеров частиц, содержащее фотоэлектрический датчик и последовательно соединенные с ним усилитель и амплитудный анализатор, отличающееся тем, что в него введено устройство выделения локальных максимумов, состоящее из пиковых детекторов, компараторов, ключей, элемента ЛОГИЧЕСКОЕ ИЛИ, генератора порога шума и формирователя импульса, при этом выход усилителя подключен к входу первого пикового детектора, первому входу третьего компаратора, входу первого ключа и второму входу первого компаратора, выход которого подключен к управляющему входу первого ключа, а дополнительный вход соединен с выходом генератора порога шума, причем выход первого пикового детектора подключен к первому входу первого компаратора и входу второго ключа, выход которого соединен с входом амплитудного анализатора через буферный усилитель, а управляющий вход второго ключа подключен к выходу элемента ЛОГИЧЕСКОЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего компаратора, второй вход которого подключен к выходу генератора порога шума, при этом первый вход элемента ЛОГИЧЕСКОЕ ИЛИ соединен с выходом второго компаратора, второй вход которого подключен к выходу второго пикового детектора, вход которого соединен с выходом первого ключа, выход которого также соединен с вторым входом второго компаратора, дополнительный вход которого подключен к выходу генератора порога шума, кроме того, выход элемента ЛОГИЧЕСКОЕ ИЛИ соединен также с входом формирователя импульса, выход которого соединен с управляющими входами обоих пиковых детекторов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6