Способ определения размера капель в аэрозоле

Изобретение относится к исследованию аэрозолей жидкостей различной вязкости и предназначено для определения дисперсных характеристик аэрозоля в широком диапазоне размеров частиц, в том числе нанометров. Измеряют размер реальной капли, движущейся в потоке воздуха. При этом происходит распыление жидкости в воздушной среде, а поток аэрозоля направляется в фокальную плоскость объектива микроскопа, подсвеченную излучением лазера. Подсвеченные лазером капли регистрируются видеосистемой микроскопа в виде отдельных треков, где ширина трека - суть размер капли, а его длина пропорциональна длительности экспозиции и скорости движения капли. Размер капель оценивается по ширине треков с учетом изображения мерной линейки, сделанного при том же увеличении, что и фото треков капель аэрозоля. Капли, подсвеченные лазером, на видеоизображении дают треки, ширина которых равна диаметру капель, а длина пропорциональна времени экспозиции. Изобретение обеспечивает упрощение процесса и увеличение точности измерения размеров отдельных частиц. 3 ил.

 

Изобретение относится к способам исследования аэрозолей жидкостей различной вязкости и предназначено для определения дисперсных характеристик аэрозоля в широком диапазоне размеров частиц, в том числе нанометров. Может быть использовано для оценки среднего размера частиц аэрозоля в воздушном потоке.

Известен способ определения дисперсного состава капель в факеле распыла форсунки (патент РФ №2495403, G01N 15/12, 2013 г.). Способ основан на распылении раствора неиспаряемой примеси в исследуемой жидкости с последующим дисперсным анализом частиц сухого остатка. Распыление раствора определенной концентрации проводят в герметичной камере с заданными условиями по концентрации паров исследуемой жидкости. Для повышения скорости получения контрольных образцов пробоотбор осуществляют при прокачивании выдержанного в камере аэрозоля через электрофильтр на осадительные электроды.

Известен способ определения размеров частиц по дифракции лазерного излучения (ГОСТ Р 8.777-2011). Метод измерения основан на измерении интенсивности углового рассеяния плоской монохроматической электромагнитной волны на частицах аэрозоля или взвеси. На основании индикатрисы рассеяния, регистрируемой многоэлементным фотоприемным устройством, решением обратной задачи рассеяния для моделей частиц сферической формы определяют средний размер частиц и счетную концентрацию. В зависимости от размера частиц, а точнее от отношения πd/λ, где λ - длина волны электромагнитного излучения, d - размер частицы, индикатриса рассеяния изменяется, причем чем меньше размеры частиц, тем более симметричным становится рассеяние по углами 0 и 180° (релеевское приближение πd/λ<<1). Поэтому при измерении размеров наночастиц, как правило, угол наблюдения составляет от 0 до 180°.

Известен способ когерентного малоуглового светорассеяния для определения спектра размеров капель распыленного дизельного топлива (Чертищев В.В., Сеначин П.К., Ульрих С.А., Жигулин П.С. Ползуновский вестник, 2013, №4/3, с. 70-75). Для определения распределения интенсивности рассеянного излучения как функции угла рассеяния в диапазоне от 5 до 100 мкм применен метод малых углов. При этом регистрируется излучение вперед в диапазоне углов рассеяния, заключенного в конусе с малым углом раствора. Дифракционная картина регистрируется в фокальной плоскости длиннофокусного объектива. В качестве источника света использую лазер. Оценку параметров распределения капель распыленного топлива осуществляют с помощью разработанной для этой цели программой ScatteringAnalize.

Ближайшим аналогом является способ экспрессного определения дисперсного состава аэрозоля (патент РФ №2287805, G01N 21/91, 2006 г.). В способе устанавливают зависимость веса и диаметра частиц аэрозоля от диаметра отпечатков этих частиц на подложке, сканируют фиксирующую индикаторную подложку с нанесенными частицами аэрозоля для получения контрастного изображения и используют компьютеризированную систему обработки видеоизображений фиксирующих индикаторных подложек с нанесенными частицами аэрозоля. Для регистрации видеоизображений применяют цифровые фотоаппараты или сканеры с переменным дискретным разрешением, что позволяет расширить диапазон определяемых размеров частиц аэрозоля.

Недостатком известных способов является необходимость использования подложек и. сложность учета влияния физико-химических свойств жидкости на результаты измерения отпечатков капель аэрозоля на подложке.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего избавиться от каких-либо подложек и проводить измерение капель аэрозоля непосредственно в потоке воздуха.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения размера капель в аэрозоле путем отбора проб аэрозоля, регистрации частиц аэрозоля с последующей статистической обработкой результатов с использованием компьютеризированной системы обработки видеоизображений, измеряют размер каждой капли по ширине изображения трека капли при ее движении в потоке воздуха, при этом жидкость распыляют в воздушную среду, и поток аэрозоля направляют в фокальную плоскость объектива микроскопа, подсвеченную излучением лазера, подсвеченные лазером капли, регистрируют видеосистемой микроскопа в виде изображения отдельных треков, где ширину трека определяют размером движущейся капли, а длина трека пропорциональна длительности экспозиции и скорости движения капли, при этом размер капель оценивают по ширине треков с учетом изображения мерной линейки, сделанном при том же увеличении, что и фото треков капель аэрозоля.

Способ осуществляется следующим образом.

Способ осуществляется на устройстве, показанном на фиг. 1, где 1 - волновод УЗ; 2 - трубка подачи транспортирующего газа (воздуха); 3 - объектив микроскопа; 4 - ввод и подача масла; 5 - распыляющая часть иглы; 6 - поток аэрозоля; 7 - лазер; 8 - мерная линейка.

Жидкость распыляют в атмосферу, при этом в отсутствии транспортирующего газа аэрозоль висит над торцом распыляющей трубки 5 (капли меньше 10 мкм) и перемещается в пространстве под действием конвекционных потоков воздуха. Транспортирующим газом поток аэрозоля направляют в область под объектив микроскопа 3, подсвеченную лазером 7. Для определения фокусного расстояния и определения размера капель в качестве репера используют мерную линейку 8, которую ставят в поток лазерного излучения перед объективом микроскопа.

Капли, подсвеченные лазером, на видеоизображении дают треки, ширина которых равна диаметру капель, а длина пропорциональна времени экспозиции.

При большом увеличении (×100) у объектива небольшая глубина резкости, и на фото (видео) наблюдаются только треки с резко очертанными границами от капель, проходящих в фокальной плоскости объектива (фиг. 2).

Изображение треков фотографируется видеосистемой микроскопа и поступает для обработки. Размеры капель аэрозоля определяются по ширине изображения треков путем их сравнения с изображением шкалы мерной линейки, сфотографированной при том же увеличении, что и треки. Делается это с помощью программы, позволяющей измерять размеры с фотографий по первоначально установленному масштабу (размеру). Для этого используют фото с четкими треками движения капель аэрозоля, сделанное видеосистемой микроскопа на увеличении ×100 (фиг. 3).

При измерении капель непосредственно в потоке воздуха избегают всех перечисленных в прототипе нюансов, тем самым значительно упрощается процесс и увеличивается точность измерения размеров отдельных частиц.

Способ определения размера капель в аэрозоле путем отбора проб аэрозоля, регистрации частиц аэрозоля с последующей статистической обработкой результатов с использованием компьютеризированной системы обработки видеоизображений, отличающийся тем, что измеряют размер каждой капли по ширине изображения трека капли при ее движении в потоке воздуха, при этом жидкость распыляют в воздушную среду и поток аэрозоля направляют в фокальную плоскость объектива микроскопа, подсвеченную излучением лазера, подсвеченные лазером капли регистрируют видеосистемой микроскопа в виде изображения отдельных треков, где ширину трека определяют размером движущейся капли, а длина трека пропорциональна длительности экспозиции и скорости движения капли, при этом размер капель оценивают по ширине треков с учетом изображения мерной линейки, сделанного при том же увеличении, что и фото треков капель аэрозоля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к исследованию физико-механических свойств сталей и сварных соединений и может применяться в различных отраслях промышленности. Сущность: по окончании процесса воздействия на образец ударным изгибом предварительно готовят микрошлиф образца.

Предложенный способ позволяет измерять распределение по фракциям и концентрации твердых и жидких частиц аэрозоля в интервале размеров частиц: от 0,8 мкм до 2 мкм, от 2 мкм до 5 мкм, от 5 мкм до 10 мкм и более 10 мкм при помощи полупроводниковых кондуктометрических сенсоров по изменению проводимости.

Изобретение относится к области исследования многофазных потоков, в частности к технике определения параметров твердой, жидкой и газообразной фаз потока оптическими средствами, и может быть использовано для определения концентрации и массовой плотности дисперсной фазы в пространстве, а также оценивать распределение частиц дисперсной фазы по размерам и ослабление света в мутной среде.

Изобретение относится к области полупроводниковых технологий и более конкретно к способу мультиспектральной визуализации для измерения критического размера (КР) наноструктурированных объектов и к устройству, в котором осуществляется данный способ.

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик загрязнения атмосферы, и может использоваться, например, для измерения размеров частиц атмосферного аэрозоля.

Изобретение относится к области техники автоматизации измерений, при анализе взвешенных наночастиц. Способ определения спектра размеров взвешенных наночастиц состоит в пропускании газа (смеси газов), содержащего анализируемые частицы, через диффузионные батареи сетчатого типа и введении их в перенасыщенные пары низколетучего укрупняющего вещества.

Изобретение относится области, связанной с анализом взвешенных частиц. При реализации заявленного способа происходит освещение потока частиц пучком когерентного излучения, который разделяется на два пучка опорный и объектный и регистрации голограммы изображений частиц, по которым и судят о размерах последних.

Изобретение относится к измерительной технике. Способ определения геометрических размеров частиц окомкованного и/или гранулированного материала в насыпном слое заключается в том, что формируют видимую область каждой частицы, путем выделения ее на растре видеоизображения от соответствующего ей максимума интенсивности отраженного излучения до ближайших к нему минимумов.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим методам измерения параметров несферических дисперсных частиц, взвешенных в жидкости. Способ заключается в измерении зависимостей интенсивности рассеянного излучения от времени при нескольких положениях поляризационного анализатора, промежуточных между положением, в котором пропускается излучение с линейной поляризацией, совпадающей с поляризацией возбуждающего излучения (VV), и положением, в котором пропускается излучение с поляризацией, перпендикулярной поляризации возбуждающего излучения (VH).

Изобретение относится к области техники, а именно автоматизации измерений при анализе взвешенных наночастиц в газах. Для этого используют устройство для определения спектра размеров взвешенных наночастиц в газах, содержащее размещенные по ходу анализируемого потока газа входное сопло с каналами подачи; диффузионные батареи сетчатого типа для пропускания аэрозольных частиц определенного размера; укрупняющее устройство конденсаторного роста; счетный объем; вакуумный насос; температурные датчики, нагреватель, охладитель и микроконтроллер для управления процессами нагревания и охлаждения в укрупняющем устройстве конденсаторного роста; оптическую систему, включающую импульсный источник излучения, осветитель и объективы для фокусировки оптического излучения в области счетного объема потока частиц и формирования изображений на матрице ПЗС; аналогово-цифровой преобразователь и ЭВМ для управления микроконтроллером термостатирования, ваккумным насосом и обработки шести изображений укрупненных частиц для анализа спектра их размеров.

Изобретение относится к устройствам контроля состояния атмосферного воздуха и может быть использовано для мониторинга загрязнения окружающей среды, а также для контроля аварийных выбросов. Устройство для измерения количества принудительно осаждаемых частиц аэрозоля в точке торможения потока содержит отборник аэрозоля, ускоряющий канал, на выходе которого в измерительной камере установлен сенсор с рабочей поверхностью, подключенный к блоку обработки информации, а измерительная камера соединена с отборником воздуха. При этом измерительная камера снабжена планкой для торможения потока частиц, а сенсор снабжен концентратором, выполненным в виде конического отверстия в планке, расположенной перпендикулярно потоку, и выполнен из полупроводника, меняющего свои резистивные свойства пропорционально количеству осаждаемого аэрозоля. Техническим результатом является повышение точности измерений концентрации аэрозоля в режиме реального времени. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптических методов измерения физико-химических характеристик аэрозольных сред и может быть использовано при разработке лидарных комплексов для дистанционного контроля дисперсного состава аэрозольных облаков стойких токсичных химикатов (ТХ) при возникновении запроектных аварий в местах хранения и уничтожения химического оружия (УХО) и на других химически опасных объектах. В способе проводится зондирование полидисперсного аэрозольного облака ТХ многочастотным лазерным излучением ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов спектра и регистрируются интенсивности сигналов обратного упругого аэрозольного рассеяния. В процессе хранения ТХ осуществляется контроль их оптических констант (коэффициента преломления и показателя поглощения). По результатам спектральных измерений создается база данных характеристик аэрозольного рассеяния ТХ на основе многопараметрических рядов, включающих относительные характеристики обратного аэрозольного рассеяния с использованием инструментально измеренных значений мнимой и действительной частей комплексного показателя преломления ТХ, а также медианного диаметра и дисперсии распределения логарифмически нормального закона распределения аэрозоля ТХ по дисперсному составу. При этом контроль дисперсного состава аэрозолей ТХ осуществляют в рамках теории распознавания образов по минимальному значению меры близости сигналов аэрозольного рассеяния, полученных в эксперименте с помощью дистанционного средства, и данных многопараметрических рядов в составе базы данных средства локации. Изобретение обеспечивает дистанционный контроль размеров тонкодисперсных аэрозолей стойких ТХ с логарифмически нормальным законом распределения частиц по дисперсному составу для оценки масштабов и последствий аварийных выбросов ТХ на объектах УХО. 3 табл.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в автомобильной, сельскохозяйственной, авиационной, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Устройство анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами включает кювету с чистым маслом, измерительный канал анализа угарных частиц, расположенный на высоте минимального уровня масла в картере, и измерительный канал анализа металлических частиц, расположенный внизу масляного поддона картера двигателя. Также устройство включает лазер в качестве источника зондирующего излучения, три смотровых окна, три светоделителя (полупрозрачных зеркала), световую ловушку, три объектива, датчик температуры и три ультразвуковых излучателя каналов анализа угарных, металлических частиц. Кроме того, устройство также включает эталонный канал, усилитель, четыре аналого-цифровых преобразователя, цифроаналоговый преобразователь, генератор ультразвуковых колебаний, коммутатор, электронно-вычислительную машину. Также устройство дополнительно содержит три ПЗС-матрицы и три DSP-процессора. Техническим результатом является повышение точности измерения параметров угарных и металлических частиц, а также повышение информативности данных для оценки концентрации, размера и формы взвешенных металлических и угарных дисперсных частиц, находящихся в масле, в частности дает возможность контролировать качество работы двигателя, оставшийся ресурс работы масла до его замены. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерений, где необходимо проводить оперативный анализ качества моторного масла. Способ анализа загрязненности моторного масла двигателя внутреннего сгорания дисперсными частицами включает зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного и ультразвукового излучения, регистрацию рассеянного и отраженного дисперсными частицами излучения, эталонный канал с чистым моторным маслом и два канала контроля в исследуемом объеме картера двигателя. При этом канал контроля металлических частиц располагается внизу масляного поддона картера двигателя и канал контроля угарных частиц, располагающийся на высоте минимального уровня масла в картере, а также три ультразвуковых излучателя, частота которых зависит от температуры масла, при этом по получаемым при помощи ПЗС-матриц изображениям рассеянного от исследуемых сред светового пучка и по соотношениям между параметрами изображений для эталонного канала и канала контроля металлических частиц. Кроме того, по параметрам изображений эталонного канала и канала контроля угарных частиц судят о степени и характере загрязненности моторного масла, размерах и формах дисперсных частиц. Технический результат - повышение информативности данных для оценки концентрации, размера и формы взвешенных металлических и угарных дисперсных частиц, находящихся в масле. 1 ил.

Изобретение относится к области исследования частиц с помощью ИК спектроскопии, в частности к методам экспресс-анализа полимерных композитов. В способе определения ориентации анизометричных частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы при выполнении условия |nМ-nН|>0, где nМ и nН - показатели преломления матрицы и наполнителя соответственно, производится регистрация ИК спектров пропускания при облучении композитов под разными углами источником ИК излучения. Далее, преобразованием полученных спектров в кривые распределения частиц наполнителя по размерам и идентификацией экстремумов кривых распределения частиц наполнителя по размерам определяют угол ориентации частиц в объеме полимерной матрицы. Техническим результатом является разработка ИК спектроскопического экспресс-способа определения ориентации анизометрических частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы. 2 табл., 4 ил.
Наверх