Оптико-электронное устройство контроля взвешенных частиц

Авторы патента:

Семенов Владимир Владимирович (RU)

Асцатуров Юрий Георгиевич (RU)

Ханжонков Юрий Борисович (RU)

Даниленко Ирина Николаевна (RU)

G01N15/02 - определение размеров частиц или распределения их по размерам (G01N 15/04,G01N 15/10 имеют преимущество; путем измерения осмотического давления G01N 7/10; путем фильтрации B01D; путем просеивания B07B)

Владельцы патента RU 2626750:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) (RU)

Использование относится к области измерений, связанной с анализом взвешенных частиц. Устройство анализа взвешенных частиц включает источник лазерного излучения, системы объективов и зеркал, где световой пучок разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц и регистрация изображений частицы происходит с трех углов светового потока. При этом в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру, а для повышения точности измерения устройство дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, зеркало, полупрозрачное эллиптическое зеркало, объектив с зеркалом, диафрагму, ловушку света, фотоэлектронный умножитель, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к компьютеру, два цифро-аналоговых преобразователя, подключенных к компьютеру, и два усилителя мощности соответственно для управления лазером и вентилятором, матрицу ПЗС (вместо видеокамеры), к которой подключен усилитель, аналого-цифровой преобразователь, DSP-процессор, при этом к компьютеру также подключены жидкокристаллический индикатор и интерфейс сопряжения с внешними устройствами. Технический результат - повышение точности определения размеров вне зависимости от комплексного показателя преломления в более широком размерном диапазоне. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц.

Известен способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1278628, G01N 15/02, от 23.12.1986), включающий освещение потока частиц и регистрацию амплитуд импульсов рассеянного частицами света, по которым и судят о размерах частиц.

Недостаток данного способа состоит в том, что он не предоставляет информацию о форме частиц, поскольку определяется не геометрический, а так называемый сферооптический размер (данной частице ставят в соответствие размер сферы, дающей такую же амплитуду импульса рассеянного света).

Известен способ подсчета размера частиц (Пат. ЕР 1008843, G01N 15/02 от 14.06.2000), включающий стадию пропускания частицы через датчик в виде сферического зеркала, включающего освещение потока частиц и регистрацию амплитуд импульсов рассеянного частицами света, по которым и судят о размерах частиц.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь по рассеянному от частицы и сферического зеркала импульса, что затрудняет определять форму частиц.

Известен способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1032370, G01N 15/02, от 30.07.1983), включающий освещение потока частиц плоскими полосами света, разделенными полосами тени различной ширины, и регистрацию количества импульсов рассеянного каждой частицей света, по которым и судят о размерах частиц.

Недостаток этого способа состоит в том, что размер частиц (хотя и геометрический) определяется лишь в одном направлении, перпендикулярном направлению полос, т.е. способ также не дает информацию о форме частиц.

Известен способ анализа взвешенных частиц (Беляев С.П., Никифорова Н.К., Смирнов В.В. и др. "Оптико-электронные методы изучения аэрозолей". М.: Энергоиздат, 1981. с. 126-130), включающий освещение потока частиц световым пучком и регистрацию изображений частиц, по которым и судят о размерах последних.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь в одной плоскости проекции, кроме того, для ограничения счетного объема вдоль оси светового пучка приходится формировать этот пучок с заданной степенью когерентности и достаточно сложным образом дополнительно обрабатывать изображения, т.е. реализация способа весьма непроста.

Известен способ анализа взвешенных частиц (Пат. RU 2054652, G01N 15/02 от 20.02.1996), позволяющий получить на фотокатоде видеокамеры одновременно два изображения, соответствующие проекции частицы на две взаимно перпендикулярные плоскости.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь в двух плоскостях проекции, что затрудняет оценку формы несферических частиц при их хаотической ориентации в потоке.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ анализа взвешенных частиц (Пат. RU 2436067, G01N 15/02, от 22.10.2010), позволяющий получить на фотокатоде видеокамеры одновременно три изображения, соответствующие проекции частицы на три плоскости.

Недостаток данного способа состоит в том, что в широком размерном диапазоне сложно обеспечить быструю фокусировку видеокамеры при резком изменении размеров частиц, кроме этого при определении размеров малых частиц возникает дополнительная погрешность, обусловленная пределом разрешающей способности видеокамеры, что затрудняет как определение формы, так и размеров, и вызывает дополнительные погрешности и ограничение диапазона измерения.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении информативности данных при измерении размеров малых частиц, а также определения их формы и ориентации в пространстве.

Этот результат достигается тем, что устройство анализа взвешенных частиц, включающее источник лазерного излучения, системы объективов и зеркал, где световой пучок разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц и регистрация изображений частицы происходит с трех углов светового потока, а в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру, при этом для повышения точности измерения дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, зеркало, полупрозрачное эллиптическое зеркало, объектив с зеркалом, диафрагму, ловушку света, фотоэлектронный умножитель, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к компьютеру, два цифро-аналоговых преобразователя, подключенных к компьютеру, два усилителя мощности соответственно для управления лазером и вентилятором, матрицу ПЗС (вместо видеокамеры), к которой подключен усилитель, аналого-цифровой преобразователь, DSP-процессор, к компьютеру также подключены жидкокристаллический индикатор и интерфейс сопряжения с внешними устройствами.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства по предлагаемому способу.

Устройство содержит: сферический корпус с внутренним светопоглощающим покрытием 1, полупрозрачное эллиптическое зеркало 2, счетный объем 3, лазерный излучатель 4, объективы 4-11, 21, зеркала 12-16, 19, полупрозрачное зеркало 17, смотровое окно 18, световую ловушку 20, диафрагму 22, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 23, усилители 24, 27, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 25, 28, ПЗС-матрицу 26, DSP-процессор 29, компьютер (микроконтроллер) 30, цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 31, 33, усилители мощности 32, 34, вентилятор (компрессор) 35, интерфейс сопряжения с устройствами 36, жидкокристаллический экран 37, патрубок забора пробы 38.

Работает устройство по предлагаемому способу следующим образом.

Поток частиц (область 3) освещают световым пучком, формируемым лазерным излучателем 4 и объективом 5. После прохождения потока этот световой пучок системой объективов 5, 9, 11, 7, 10 и зеркал 14, 16, 12, 15 разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц, где световой пучок проходит "трижды" через счетную область потока частиц 3, в плоскость регистрации эти изображения переносятся соответствующим объективом 6, ПЗС-матрицой 26, усилителем 27, АЦП 28, DSP-процессором 29, подключенным к компьютеру (микроконтроллеру) 30. Одновременно объектив ПЗС-матрицы строит в плоскости регистрации три изображения частицы в разных проекциях. При этом все три изображения пространственно разнесены путем соответствующей юстировки зеркал 12, 14, 15, 16.

Кроме регистрации изображений частиц в трех проекциях, устройство регистрирует рассеянное частицами и собранное эллиптическим зеркалом (эллипсоидом вращения) излучение при помощи фотоэлектронного умножителя. Для чего при помощи полупрозрачного зеркала 17, зеркала 13 и объектива 8 дополнительно направляется в счетный объем 3 и с помощью полупрозрачного эллиптического зеркала 2, смотрового окна 18, объектива 19, диафрагмы 22 на фотоэлектронном умножителе 23 регистрируются рассеянные частицами световые импульсы, а прямой световой поток поглощается ловушкой света 20, отражаясь от зеркала 19. С фотоэлектронного умножителя 23 электрический сигнал, пропорциональный рассеянному от частицы световому импульсу, усиливается в усилителе 24, преобразуется из аналоговой в цифровую форму при помощи АЦП 25 и поступает в компьютер (микроконтроллер) для дальнейшей обработки.

Компьютер (микроконтроллер) 30 управляет работой лазера 4 при помощи цифроаналогового преобразователя ЦАП 31 и усилителя мощности 32, а также управляет работой вентилятора (компрессора) 35 при помощи цифроаналогового преобразователя ЦАП 33 и усилителя мощности 34.

Вентилятор (компрессор) 35 через патрубок забора пробы 38 обеспечивает доставку анализируемых частиц в счетный объем 3.

Результаты проведенных измерений выдаются на жидкокристаллический экран 37, а также могут быть переданы на внешние устройства при помощи интерфейса сопряжения с устройствами 36.

Сферический корпус 1 внутри покрыт специальным светопоглощающим составом для устранения паразитных отраженных световых импульсов.

Таким образом, рассмотренное устройство, в отличие от известных, позволяет получить в плоскости регистрации одновременно три изображения каждой частицы, а также регистрировать при помощи полупрозрачного эллиптического зеркала и фотоэлектронного умножителя дополнительную информацию, позволяющую более точно определять размеры частиц вне зависимости от комплексного показателя преломления в более широком размерном диапазоне.

Устройство существенно повышает информативность и точность измерений.

Устройство анализа взвешенных частиц, включающее источник лазерного излучения, системы объективов и зеркал, где световой пучок разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц и регистрация изображений частицы происходит с трех углов светового потока, а в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру, отличающееся тем, что для повышения точности измерения устройство дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, шесть зеркал, полупрозрачное эллиптическое зеркало, объектив, диафрагму, ловушку света, фотоэлектронный умножитель, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к компьютеру, два цифро-аналоговых преобразователя, подключенных к компьютеру, два усилителя мощности соответственно для управления лазером и вентилятором, матрицу ПЗС, к которой подключен усилитель, аналого-цифровой преобразователь, DSP-процессор, при этом к компьютеру также подключены жидкокристаллический индикатор и интерфейс сопряжения с внешними устройствами.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения гранулометрического состава жидких дисперсных сред в химической, лакокрасочной промышленностях, в биологии, экологии и других областях науки, связанных с определением размера взвешенных частиц.

Способ ранней диагностики заболеваний путем оптического измерения физических характеристик нативной биологической жидкости // 2622761

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и может быть использовано для исследования физических характеристик нативной биологической жидкости (НБЖ).

Способ анализа взвешенных частиц // 2622494

Изобретение относится к способам анализа. Способ состоит в том, что поток частиц освещают световым пучком и регистрируют изображение частиц, по которым и судят о размерах и формах частиц.

Способ автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации и устройство для его осуществления // 2619400

Способ предназначен для автоматического анализа состава пульпы в операциях измельчения и флотации при обогащении полезных ископаемых и может быть использован для контроля состава гетерофазных потоков в химии и металлургии.

Способ аспирационной оптической спектрометрии аэрозоля // 2618597

Изобретение относится к области метеорологии. Способ аспирационной оптической спектрометрии аэрозоля включает направление поляризованного излучения на задерживающую область, перед которой его экранируют.

Способ определения диаметра ферромагнитных частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости // 2611694

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для определения диаметра ферромагнитных частиц и объемной доли твердой фазы магнитной жидкости.

Способ определения дисперсного состава аэрозоля // 2607050

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа определения дисперсионного состава аэрозоля. При проведении измерений поляризованное излучение разделяют и одну из частей отклоняют и измеряют.

Ик спектроскопический способ определения анизометрии частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы // 2600516

Изобретение относится к области исследования частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы с помощью ИК спектроскопии, в частности к методам экспресс-анализа анизометрии полимерных композитов методом Фурье-ИК спектроскопии.

Оптический способ дистанционного измерения размеров частиц в аэрозольных облаках // 2598776

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения размеров частиц в аэрозольных облаках, и может быть использовано в целях охраны окружающей среды и маскировочных мероприятий.

Ик спектроскопический способ определения ориентации анизометричных частиц наполнителя в объеме полимерной матрицы // 2592750

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.

Способ определения размеров наночастиц, добавленных в исходный коллоидный раствор // 2630447

Изобретение относится к области исследования и анализа материалов. Способ определения размеров наночастиц, добавленных в исходный коллоидный раствор, включает облучение раствора с добавленными наночастицами лазерным излучением. Измерение текущей интенсивности рассеянного излучения в течение заданного периода времени и расчет распределения по размерам наночастиц в указанном растворе Iобр(d) методом динамического рассеяния. При этом предварительно аналогичным образом получают распределение по размерам наночастиц в исходном растворе Iф(d), измеряют среднюю скорость счета фотонов в течение указанного периода времени для исходного раствора Рф и раствора с добавленными наночастицами Робр и измеряют коэффициенты пропускания на длине волны лазерного излучения для исходного раствора Тф и раствора с добавленными наночастицами Тобр. Распределение по размерам добавленных наночастиц рассчитывают как . Технический результат заключается в упрощении определения размеров наночастиц, добавленных в исходный коллоидный раствор. 3 ил.

Устройство для измерения размеров капель в водовоздушных потоках // 2630853

Устройство для измерения размеров капель воды водовоздушных потоков содержит корпус, державку с кассетой со стеклами, блок управления, подвижной цилиндрический кожух, закрывающий кассету и приводимый в движение микроэлектродвигателем, установленным в корпусе. В кожухе выполнены два прямоугольных окна, положение которых относительно направления потока устанавливается за счет поворота кожуха микродвигателем на 90° с фиксацией времени экспозиции. Технический результат заключается в повышение точности измерения размеров капель и точности определения дисперсного состава. 2 ил.

Устройство для определения пространственного распределения концентрации капель в факеле распыла форсунки // 2633648

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам измерения параметров дисперсных сред. Заявленное устройство содержит лазерный источник зондирующего излучения, фотоэлектрический приемник излучения и оптический сканер в виде вращающегося уголкового отражателя и двухлинзовой оптической системы. Исследуемая форсунка, расположенная между линзами оптической системы, закреплена на подвижной каретке с возможностью ее перемещения вдоль оси симметрии факела распыла. Приемник излучения размещен в светонепроницаемом цилиндрическом корпусе с точечной диаграммой на его торце, расположенной на расстоянии от оси симметрии форсунки. В корпусе размещена дополнительная линза на расстоянии от диаграммы, а перед приемником излучения установлен матовый рассеиватель. Скорость перемещения каретки соответствует неравенству ,а расстояние между выходным сечением форсунки и осью оптической системы в процессе перемещения форсунки изменяется в пределахz=0÷h,где - фокусное расстояние линз оптической системы, мм;l - расстояние между линзами оптической системы, мм; - фокусное расстояние дополнительной линзы, мм;u - скорость перемещения каретки, мм/с;d - диаметр лазерного луча, мм;n - угловая скорость вращения отражателя, об/с;R - радиус поперечного сечения факела распыла, мм;z - расстояние между выходным сечением форсунки и осью оптической системы, мм;h - длина факела распыла форсунки, мм. Технический результат – повышение информативности и снижение погрешности измерений характеристик факела распыла форсунки. 6 ил.

Способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водном растворе // 2634096

Изобретение относится к физике коллоидов и может быть использовано для определения функции распределения коллоидных частиц по размерам. Заявлен способ измерения функции распределения коллоидных частиц по размерам в водных растворах, включающий помещение исследуемого коллоидного раствора в ячейку, представляющую собой плоский конденсатор, поляризацию раствора под действием внешнего электрического поля с напряженностью 1-103 В/см, измерение характеристик среды, их компьютерную обработку. Согласно изобретению измеряемыми характеристиками среды являются частотная зависимость импеданса Z(ω) и угла ϕ(ω) сдвига фаз, на основе которых компьютерной обработкой получают выражение для действительной ε' и мнимой ε'' диэлектрических проницаемостей, сумма которых описывается формулой где E - напряженность электрического поля, di, ni и τi - дипольный момент, концентрация частиц в суспензии и время релаксации частиц i-го типа, а дипольный момент является функцией радиуса частицы di=d(ri), из полученного выражения для диэлектрических проницаемостей компьютерной обработкой производят построение гистограммы распределения коллоидных частиц, ордината которой пропорциональна радиусу ri коллоидной частицы i-го типа, а центр столбца по оси абсцисс расположен в значении средней концентрации частиц i-го типа. Технический результат - повышение точности и надежности определения распределения по размерам коллоидных частиц.

Системы и способы для обнаружения частиц в полезном агенте // 2638913

Изобретение относится к системам и способам обнаружения частиц в жидком агенте. Способ обнаружения частиц в жидком агенте, содержащемся в контейнере, включает в себя избирательное освещение, по меньшей мере, части жидкого агента, получение изображения из освещенной части жидкого агента, анализ данных изображения, представляющих изображение, с использованием процессора данных, для получения концентрации частиц, измерение значения интенсивности изображения данных изображения с использованием процессора данных и определение уровня качества жидкого агента на основании концентрации частиц и измеренного значения интенсивности изображения. Изобретение позволяет повысить чувствительность обнаружения частиц. 4 н. и 25 з.п. ф-лы, 27 ил.

Способ контроля процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле в эксплуатации // 2641780

Изобретение относится к системе судового энергетического оборудования, в частности к способам анализа отработавших газов. Технический результат заключается в возможности определения оптимального режима нагрузки дизеля и контроля процесса горения топлива на основе полученных параметров, а именно размеров твердых частиц отработавших газов дизеля. Предложенный способ обеспечивает контроль процесса сгорания тяжелого топлива в судовом дизеле с помощью анализа пробы отработавших газов в коллекторе отработавших газов судового дизеля. Получают параметры твердых частиц в отработавших газах дизеля на различных режимах эксплуатации и принимают решения по оценке технического состояния дизеля. Предложенный способ может быть применен при эксплуатации судна. Использование предлагаемого изобретения позволяет контролировать техническое состояние в зависимости от абразивного износа дизеля в эксплуатации на тяжелом топливе, в результате повышаются технико-экономические и экологические показатели судовой дизельной установки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.