Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей методом фотеконскопии



Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей методом фотеконскопии
Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей методом фотеконскопии

 


Владельцы патента RU 2554698:

Общество с ограниченной ответственностью "Фотекон" (ООО "Фотекон") (RU)

Изобретение относится к области научно-измерительного оборудования, применяемого для идентификации и комплексного анализа физико-химических свойств многокомпонентных жидкостей. Идентификация и контроль показателей качества жидкостей проводится по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного отклика. Устройство содержит считывающий лазер (мощность десятые доли мВт), экран, на который проецируется термокапиллярный отклик, телекамеру и горизонтальную кювету с пробой жидкости, в дно которой герметично встроен проникающий сквозь дно кюветы металлический теплопроводящий элемент. Тепловые импульсы в жидкости генерируются при облучении светопоглощающей нижней поверхности теплопроводящего элемента пучком индуцирующего лазера, мощность которого составляет десятки мВт. Изобретение позволяет повысить точность и воспроизводимость результатов измерений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области научно-измерительного оборудования, применяемого для идентификации и комплексного анализа физико-химических свойств многокомпонентных жидкостей. Предлагаемое устройство позволяет решать широкий спектр задач экспресс-контроля показателей качества сырьевых и технологических жидкостей при добыче и переработке углеводородов, на химических, фармацевтических и пищевых производствах, в сфере экологического контроля и т.п.

Известен [1, 2] метод анализа жидкостей, основанный на том, что в исследуемом образце в виде тонкого жидкого слоя со свободной поверхностью индуцируется точечный импульсный источник тепла. Тепловые импульсы порождают термокапиллярные течения, а идентификация и контроль показателей качества жидкости проводится по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного (ТК) отклика1 (1ТК отклик [1] - интерференционная картина, наблюдаемая на экране, помещенном в поперечное сечение лазерного пучка, отраженного от свободной поверхности слоя, деформированной (в виде углубления) термокапиллярными течениями), регистрируемого с помощью непрерывного считывающего лазерного пучка. Источником информации в данном методе, получившем название «Фотеконскопия»2 (2Аббревиатура ФоТеКон образована от названия физического явления, для которого характерен ТК отклик - фотоиндуцированная термокапиллярная конвекция [2]), является фотеконограмма [3] - зависимость диаметра (D) термокапиллярного отклика от времени.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство [4], в котором образец анализируемой жидкости помещается в горизонтальную кювету, в дно которой герметично встроен пассивный теплопроводящий элемент. Вершина данного элемента находится в жидкости, а основание - в тепловом контакте с электрическим нагревателем (например, элементом Пельте), который и является источником тепловых импульсов. ТК отклик считывается с помощью непрерывного пучка от лазерного диода, настолько маломощного, что он не создает сколь-либо выраженного нагрева образца. Такое техническое решение существенно упрощает и удешевляет конструкцию сменной кюветы, в которую помещается анализируемый образец жидкости, при этом позволяет максимально повысить качество работы системы генерации тепловых импульсов (за счет использования более дорогостоящих компонент, высокоточной настройки электронных плат управления нагревателем и т.д.).

Основным недостатком прототипа является то, что при каждой установке сменной кюветы (по завершению измерения кювета должна извлекаться из прибора для промывки) тепловое сопротивления области контакта теплопроводящего элемента с нагревателем несколько варьируется, и это неизбежно снижает точность и воспроизводимость результатов измерений.

Для преодоления обозначенного недостатка предлагается техническое решение, сочетающее преимущества от использования пассивного теплопроводящего элемента, встроенного в дно кюветы, и бесконтактного способа нагрева данного элемента. Принципиальная схема устройства показана на фиг.1. Здесь: 1 кювета с анализируемой жидкостью 2; 3 термокапиллярная деформация жидкой поверхности; 4 проникающий сквозь дно кюветы металлический теплопроводящий элемент, нижняя поверхность которого имеет светопоглощающее покрытие; 5 индуцирующий тепловые импульсы, полупроводниковый лазер (мощность десятки мВт); 6 считывающий лазерный диод (мощность десятые доли мВт); 7 полупрозрачный экран, на котором наблюдается ТК отклик, регистрируемый телекамерой 8; 9 компьютер, осуществляющий управление электронными узлами устройства, запись и обработку результатов измерений.

В качестве примера на фиг.2a приведены две серии фотеконограмм3 (3Точнее, участок фотеконограммы на стадии развитого термокапиллярного течения, т.е. тот участок, который на практике используется для анализа жидкостей) (по три измерения в каждой) одного и того же образца топочного мазута, полученные по схеме с элементом Пельтье (кривые 1) и с индуцирующим лазером (кривые 2), при прочих равных условиях. На фиг.2б показаны зависимости величины стандартного отклонения SD(t) от среднего (по трем измерениям в серии), построенные на основании данных фиг.2а. Фактически, в случае индуцирующего лазера среднее по фотеконограмме значение SD примерно в два раза ниже аналогичного параметра серии измерений по схеме прототипа.

Предложенное устройство для идентификации и контроля качества жидкостей методом фотеконскопии позволяет устранить фактор нестабильности теплового сопротивления области контакта теплопроводящего элемента с нагревателем, за счет чего существенно повысить точность и воспроизводимость результатов измерений.

ЛИТЕРАТУРА

1. С1 2247968 RU G01N 21/00. Экспресс-метод идентификации и контроля качества жидкостей / Федорец А.А., Безуглый Б.А. // Изобретения и полезные модели. - 2005. - Бюл. №7. - 5 с.

2. Федорец А.А. Фотеконскопия: новый экспресс-метод идентификации и контроля качества жидкостей // Международная конференция Модернизация образования в условиях глобализации: Тезисы докладов. Тюмень, 2005. - Изд-во ТюмГУ, - С.103-104.

3. Федорец А.А., Бакин П.Ю., Колмаков Э.Э. О возможности измерения температуропроводности жидкости по фотеконограмме // Вестник ТюмГУ. - 2009. - №6. - С.118-124.

4. С2 2301415 RU G01N 21/55. Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей / Федорец А.А. // Изобретения и полезные модели. - 2007. - Бюл. №17. - 3 с.

Устройство для идентификации и контроля качества жидкостей по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного отклика, содержащее считывающий лазер, экран, на который проецируется термокапиллярный отклик, телекамеру и горизонтальную кювету с пробой жидкости, в дно которой герметично встроен проникающий сквозь дно кюветы металлический теплопроводящий элемент, отличающееся тем, что тепловое воздействие на жидкость осуществляется за счет облучения светопоглощающей нижней поверхности теплопроводящего элемента импульсами лазерного излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и касается устройства для определения коэффициента световозвращения стеклянных микрошариков. Устройство содержит источник света, фотоприемник, стеклянные микрошарики и открытую сверху емкость.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к измерительным устройствам, и может быть использовано не только для исследования свойств материалов, но и точности исследования износа трущихся поверхностей.

Изобретение относится к космической технике. Способ определения альбедо земной поверхности включает развороты солнечной батареи (СБ) космического аппарата (КА), движущегося по околокруговой орбите вокруг Земли, измерение значений тока от СБ и определение по ним значения альбедо земной поверхности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении альбедо земной поверхности. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении альбедо земной поверхности. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного обнаружения утечек нефтепроводов, разливов нефти и нефтепродуктов на земной поверхности.

Изобретение относится к микроскопии и может быть использовано в биологии, медицине, машиностроении, оптическом приборостроении для исследования фазовых объектов.

Изобретение предназначено для определения целевого вещества в исследуемой области. Сенсорное устройство (100) содержит сенсорную поверхность (112) с исследуемой областью (113) и контрольной областью (120), а также контрольный элемент (121), размещенный в контрольной области (120).

Изобретение относится к оптике и аналитической технике и может быть использовано для определения наличия следовых количеств летучих веществ, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра.

Способ включает освещение образца, регистрацию отраженного излучения, усреднение измерений по различным точкам образца. Выбирают углы освещения образца исходя из углов наблюдения βi=αi/2, где αi - угол наблюдения i-го фотоприемника, включая αi=0.

Изобретение относится к измерительной технике и касается способа оценки световозвращающей способности стеклянных микрошариков для горизонтальной дорожной разметки. Для измерения световозвращающей способности стеклянные микрошарики засыпают в оптически прозрачный сосуд. Устанавливают сосуд со стеклянными микрошариками между источником светового потока и фотоприемником. Воздействуют на стеклянные микрошарики, расположенные в оптически прозрачном сосуде, световым потоком от источника света и измеряют величину светового потока после его прохождения через слой стеклянных микрошариков. Технический результат заключается в упрощении способа, повышении скорости и точности измерения. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к инфракрасной (ИК) спектроскопии поверхности металлов и полупроводников, а именно к определению амплитудно-фазовых спектров как самой поверхности, так и ее переходного слоя, путем измерения характеристик направляемых этой поверхностью поверхностных плазмонов (ПП). Спектрометр содержит перестраиваемый по частоте источник р-поляризованного монохроматического излучения, плоское и цилиндрическое фокусирующее зеркала, твердотельный плоскогранный проводящий образец, элемент преобразования излучения источника в поверхностные плазмоны (ПП), размещенный в непоглощающей окружающей среде непрозрачный экран, ориентированный перпендикулярно треку ПП, и фотодетектор, сопряженный с устройством обработки информации и установленный на перемещаемой вдоль трека платформе. Обращенный к направляющей ПП грани исследуемого образца край экрана удален от нее на расстояние не меньше глубины проникновения поля ПП в окружающую среду. Спектрометр также содержит регулируемую линию задержки, поворачиваемый поляризатор, укрепленное на платформе плоское зеркало, отражающая грань которого примыкает к направляющей грани исследуемого образца, наклонена к ней под углом 45° и ориентирована перпендикулярно к треку, фокусирующий объектив и установленную перед входным отверстием фотодетектора регулируемую диафрагму, лучеразделитель объемного излучения, расположенный на пути падающего на образец излучения на уровне наклонного зеркала. При этом торцовая грань образца, перпендикулярная плоскости падения излучения и смежная с направляющей гранью, имеет цилиндрическую форму поверхности, ось которой параллельна направляющей грани и лежит в плоскости, содержащей линию сопряжения цилиндрической и плоской граней, причем расстояние от этой линии до оси равно радиусу кривизны цилиндрической поверхности, а длина дуги, содержащей трек ПП на этой поверхности, меньше десяти длин распространения ПП. Изобретение обеспечивает повышение точности измерений за счет повышения соотношения сигнал/шум. 2 ил.

Способ исследования изменений климата Земли заключается в том, что измерительную систему, включающую два идентичных оптических телескопа, располагают на видимой поверхности Луны. Во время движения Луны вокруг Земли оптические телескопы последовательно производят измерения энергии отраженного и рассеянного Землей солнечного излучения по всем направлениям и суммарной энергии собственного теплового излучения поверхности и атмосферы Земли. Затем определяют значение альбедо Бонда Земли, величину отклонения энергетического баланса Земли от равновесного состояния с использованием заранее известных данных солнечной постоянной. И на основании полученных данных оценивают изменения энергетического состояния Земли и степени пропускания атмосферой теплового излучения земной поверхности в космическое пространство, а также состояние климата. Технический результат - повышение точности и надежности исследования климатических изменений, происходящих на Земле. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх