Устройство для определения размеров и числа частиц в жидкости

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения размеров и числа частиц в проточных средах, в объемах технологических аппаратов, для оценки качества и эффективности технологических процессов. Принцип работы устройства состоит в сканировании изображения дисперсной среды, протекающей в трубопроводе, посредством многоэлементного регулярного световода, оптической фокусирующей системы и регистрирующего элемента на основе ПЗС-матрицы (прибор с зарядовой связью). Многоэлементный регулярный световод выполняет двойную функцию: передачу импульса оптического излучения для подсветки анализируемой среды и отраженного излучения на фокусирующую систему, что достигается применением параболического зеркала с отверстием в оптическом центре. С помощью источника импульсной подсветки можно задавать время экспозиции анализируемой среды. Введение этого элемента позволяет проводить дисперсный анализ непосредственно в потоке жидкости. МикроЭВМ, введенная в данную систему, посредством аналого-цифрового преобразователя проводит автоматическую обработку и идентификацию объектов дисперсных систем. Использование световода в конструктивной схеме прибора позволяет проводить дисперсный анализ в труднодоступных местах. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения размеров и числа частиц в проточных средах, в объемах технологических аппаратов, для оценки качества и эффективности технологических процессов.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить точность измерений непосредственно в потоке жидкости, расширить диапазон скорости потока, при котором можно производить соответствующие измерения, получать информацию о форме каждой регистрируемой частицы и автоматизировать обработку результатов анализа.

Известно устройство для определения размеров частиц в проточных средах [1] , основанное на просветке оптически прозрачной кюветы источником когерентного монохроматического излучения, регистрируемого после прохождения собирающего оптического устройства, интерферометра Маха Цендера и щелевой диафрагмы фотоприемником. По пиковому сигналу, поступающему с фотоприемника, судят о среднем размере частиц. К недостаткам данного устройства следует отнести отсутствие информации о форме частицы, невозможность применения данного метода для измерения оптически непрозрачных сред, необходимость настройки аппарата на конкретное вещество, трудоемкость его реализации для измерения и контроля параметров реально протекающего технологического процесса.

Известно устройство для измерения размеров взвешенных в жидкости частиц [2], содержащее цилиндрический канал, источник излучения, оптическая ось которого совпадает с осью канала, линзу и фотоприемник, воспринимающий рассеянное исследуемой частицей излучение. Недостатком данного устройства является применимость последнего только для оптически прозрачных жидкостей с низкими концентрациями дисперсной фазы, отсутствие информации о форме частицы и так же, как и в [1], трудоемкость применения устройства для измерения и контроля параметров реально протекающего технологического процесса.

Известно устройство для измерения размеров и числа частиц в жидкости [3] , основанное на регистрации параметров частиц в отраженном свете, осажденных на оптически прозрачной подвижной поверхности, и далее, при помощи оптической системы, фокусирующей изображения частиц на многоэлементный фотоприемник с элементами задержки, пропорциональной скорости перемещения оптически прозрачной поверхности. К недостаткам данного устройства следует отнести невозможность его применения для проточных сред, отсутствие информации о форме частицы, высокую точность, необходимую при подборе элементов задержек. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Предлагаемое техническое решение содержит следующие конструктивные элементы (см. чертеж): регулярный многоэлементный световод 1, элементы импульсной подсветки 2, параболическое зеркало с отверстием в центре 3, фокусирующую систему 4, ПЗС-матрицу (прибор с зарядовой связью) 5, модуль быстродействующего аналого-цифрового преобразователя 6, управляющую микроЭВМ 7.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый поток жидкости, протекающий по трубопроводу 8, контактирует с многоволоконным регулярным световодом 1. Импульсы оптического излучения, генерируемые источником 2, фокусируются при помощи параболического зеркала 3 на торце световода, создавая тем самым равномерную подсветку исследуемой среды. Отраженное излучение через отверстие в геометрическом центре параболического зеркала 3 фокусируется оптической системой 4 на ПЗС-матрицу 5, создавая тем самым на ее поверхности проекцию исследуемой среды, при этом импульсы подсветки совпадают с фазой накопления заряда на ПЗС-элементе 5, что позволяет задавать время экспозиции исследуемой среды с помощью длительности импульса подсветки, которая не должна превышать периода накопления заряда. В зависимости от скорости тока среды в трубопроводе 8, можно в широких пределах варьировать длительность и мощность импульса подсветки. Далее аналоговый сигнал с ПЗС-фотоприемника 5 преобразуется к цифровому виду при помощи модуля быстродействующего аналого-цифрового преобразователя 6 и поступает для дальнейшей обработки в микроЭВМ 7. МикроЭВМ 7 координирует работу всех узлов системы, а именно: устанавливает оптимальную длительность импульса подсветки и его мощность в зависимости от параметров исследуемой среды, управляет процессом оцифровки сигнала с ПЗС-матрицы. Применение для обработки сигнала микроЭВМ позволяет получать информацию не только о счетном количестве и среднем размере частиц, но и о форме каждой отдельной частицы. Минимально возможный размер частицы, регистрируемый данным устройством, лимитируется прежде всего диаметром волокна световода, т.е. размер частицы должен быть больше диаметра элемента многоволоконного регулярного световода 1.

Предлагаемое устройство позволяет проводить измерения как оптически прозрачных, так и непрозрачных сред. Устройство может применяться для анализа и объективного контроля суспензий и эмульсий в различных технологических процессах.

Литература 1. Авт.свид. 1679284.

2. Авт.свид. 1078283.

3. Авт.свид. 1643993 - прототип.

Формула изобретения

Устройство для определения размеров и числа частиц в жидкости, содержащее приемное устройство, оптическую систему и источник излучения, отличающееся тем, что в устройство введен аналого-цифровой преобразователь, осуществляющий преобразование электрического сигнала с приемного устройства в цифровой код; регулярный многоэлементный световод, выполняющий функции передачи импульса оптической подсветки в исследуемую среду и изображения анализируемой среды на приемное устройство, которое выполнено в виде двухкоординатного многоэлементного приемника излучения на основе ПЗС-матрицы; микроЭВМ, выполняющая функции обработки цифрового сигнала, следующего на нее с аналого-цифрового преобразователя; устройство генерации импульсной подсветки, синхронизируемое с циклом накопления заряда ПЗС-матрицы, и параболическое зеркало с отверстием в оптическом центре, осуществляющее фокусировку на входном торце световода импульса оптического излучения от устройства импульсной подсветки.

РИСУНКИ

Рисунок 1