Пристрій для визначення розподілу частинок за розмірами

Реферат: Пристрій для визначення розподілу частинок за розмірами містить послідовно розміщені лазер, світлоподільник, що ділить промінь лазера на два паралельні промені, промінь А та промінь В, лінзу, кювету, фотоприймач А, фотоприймач В, корелятор, комп'ютер, причому виходи фотоприймача А та фотоприймача В з'єднані з входами корелятора, а вихід корелятора з'єднаний з входом комп'ютера. Додатково уведені шторка А і модулятор А, розміщені між світлоподільником та лінзою на шляху проходження променя А, шторка В і модулятор В, розміщені між світлоподільником та лінзою на шляху проходження променя В, послідовно з'єднані інтегратор А, компаратор А, генератор А, послідовно з'єднані інтегратор В, компаратор В, генератор В. При цьому вхід інтегратора А з'єднаний з виходом фотоприймача А, вхід інтегратора В з'єднаний з виходом фотоприймача В, вихід генератора А з'єднаний з модулятором А, вихід генератора В з'єднаний з модулятором В, генератор А, генератор В, шторка А, шторка В з'єднані з комп’ютером. UA 107150 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗПОДІЛУ ЧАСТИНОК ЗА РОЗМІРАМИ UA 107150 U UA 107150 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, зокрема до оптичних пристроїв для контролю вмісту дисперсних частинок, і може бути використаною в електронній, фармацевтичній, хімічній промисловостях, системах контролю якості води, моніторингу забруднення оточуючого середовища. Відомий пристрій (Пат. WO 2014065694 А1, G01N 21/49, G01N 15/02, 2014 р.) в якому розподіл частинок за розмірами в рідинах визначають за динамічними змінами інтенсивності розсіяного світла. Пристрій складається з лазера, промінь якого створює в термостабілізованій комірці з пробою середовища освітлену зону. Розсіяне світло реєструється фотоприймачем і перетворюється в електричний сигнал. За цим сигналом визначають автокореляційну функцію. Математичною обробкою автокореляційної функції визначають розподіл частинок за розмірами. Модель, за якою проводять розрахунок, базується на властивостях броунівського руху частинок, зокрема залежності швидкості їх переміщення від розміру частинок. Частинки, перетинаючи освітлену зону, викликають флуктуації інтенсивності розсіяного світла. Характерний час цих флуктуацій зв'язаний з тривалістю перебування частинки в освітленій зоні і залежить від її розміру. Недоліком пристрою є низька точність вимірювання розмірів частинок. Це зумовлено тим, що задача визначення розмірного розподілу з автокореляційної функції є некоректною. Тому похибки у вимірюванні інтенсивності світла призводять до відхилення результату розрахунку від істинного розподілу за розмірами. Джерелом неточності вимірювання є шуми, зумовлені паразитними засвітками та багатократним розсіянням світла при високій концентрації частинок. Найближчим за технічною суттю до пропонованого - найближчим аналогом, є пристрій (Witt W., Aberle L., Geers H. Measurement of Particle Size and Stability of Nanoparticles in Opacue Suspensions and Emulsions with Photon Cross Correlation Spectroscopy (PCIS) // Particulate Systems Analisis. - 2003). Пристрій складається з лазера, світлоподільника, лінзи, кювети, фотоприймача, фотоприймача, корелятора, комп'ютера. Пристрій працює так. Промінь світла з освітлювача проходить світлоподільник, який розділяє його на два паралельні промені. Ці промені проходять через лінзу і надходять у кювету, У кюветі сфокусовані лінзою промені перетинаються, утворюючи у точці перетину робочу зону. Ці два промені та два фотоприймачі утворюють два однакові канали реєстрації сигналів. Отримані сигнали від двох фотоприймачів надходять на корелятор, де за їх значеннями визначають крос-кореляційну функцію, за якою знаходять розподіл частинок за розмірами. В отриманій крос-кореляційній функції, в порівнянні з автокореляційною функцією, суттєво зменшується вплив шумів. Причиною цього є те, що шумові сигнали є некорельованими, а зміни інтенсивності, зумовлені наявністю частинок в зоні реєстрації, є синхронними в обох каналах вимірювання. Чутливість фотоприймачів змінюється з часом, залежить від температури. Це призводить до того, що настроєні на однакову чутливість канали реєстрації розсіяного світла під впливом умов зовнішнього середовища та в процесі експлуатації перестають бути ідентичними. Такі зміни призводять до зниження точності вимірювання. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити пристрій для визначення розподілу частинок за розмірами шляхом приведення чутливості обох каналів вимірювання інтенсивності розсіяного світла до однакових значень, що дасть змогу збільшити точність визначення розмірів частинок. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для визначення розподілу частинок за розмірами, що містить послідовно розміщені лазер, світлоподільник, що ділить промінь лазера на два паралельні промені, промінь А та промінь В, лінзу, кювету, фотоприймач А, фотоприймач В, корелятор, комп'ютер, причому виходи фотоприймача А та фотоприймача В з'єднані з входами корелятора, а вихід корелятора з'єднаний з входом комп'ютера, згідно з корисною моделлю, додатково уведені: шторка А і модулятор А, розміщені між світлоподільником та лінзою на шляху проходження променя А, шторка В і модулятор В, розміщені між світлоподільником та лінзою на шляху проходження променя В, послідовно з'єднані інтегратор А, компаратор А, генератор А, послідовно з'єднані інтегратор В, компаратор В, генератор В, причому вхід інтегратора А з'єднаний з виходом фотоприймача А, вхід інтегратора В з'єднаний з виходом фотоприймача В, вихід генератора А з'єднаний з модулятором А, вихід генератора В з'єднаний з модулятором В, генератор А, генератор В, шторка А, шторка В з'єднані з комп'ютером. Уведені зміни дають змогу проводити регулювання чутливості фотоприймачів обох каналів так, що сигнали на їх виході однакові за значенням. Це дозволяє збільшити точність визначення розмірів частинок та зменшити вплив шумів на результати вимірювання. 1 UA 107150 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Креслення. Блок-схема пристрою, де: 1 - лазер, 2 - світлоподільник, 3 - шторка В, 4 - шторка А, 5 - модулятор В, 6 - модулятор А, 7 - лінза, 8 - кювета, 9 - фотоприймач А, 10 - фотоприймач В, 11 - генератор А, 12 - компаратор А, 13 - інтегратор А, 14 - інтегратор В, 15 - компаратор В, 16 генератор В, 17 - корелятор, 18 - комп'ютер. Пристрій складається з лазера 1, світлоподільника 2, шторки В 3, шторки А 4, модулятора В 5, модулятора А 6, лінзи 7, кювети 8, фотоприймача А 9, фотоприймача В 10, генератора A 12, компаратора А 12, інтегратора А 13, інтегратора В 14, компаратора В 15, генератора В 16, корелятора 17, комп'ютера 18. Пристрій працює так. Промінь лазера 1 проходить через світлоподільник 2, яким розділється на два однакові паралельні промені, позначені на рисунку буквами А і В. На шляху променя В розміщено шторку В 3, яка може або перекривати промінь В, або повністю його пропускати. На шляху променя А розміщено шторку А 4, яка може або перекривати промінь А, або повністю його пропускати. Пройшовши модулятор В 5, промінь В надходить на лінзу 7. Пройшовши модулятор А 6, промінь А надходить на лінзу 7. Промені А і В поширюються паралельно до оптичної осі лінзи 7. Після проходження лінзи сфокусовані промені перетинаються в центрі термостабілізованої кювети 8, заповненої рідиною, що досліджується. Область їх перетину є зоною реєстрації. Світло, розсіяне рідиною та частинками, що знаходяться в зоні реєстрації, надходить на фотоприймач А 9 та на фотоприймач В 10. Кут між напрямом поширення променя А та розсіяним світлом, цю реєструє фотоприймач А 9, рівний куту між напрямом поширення променя В та розсіяним світлом, що реєструє фотоприймач В 10. Оптична схема пристрою створює два однакові канали вимірювання інтенсивності світла, розсіяного частинками, що перебувають в зоні реєстрації. Повністю ідентичними канали будуть при умові, коли, за решти однакових умов, сигнал на виході фотоприймача А 9 рівний сигналу на виході фотоприймача В 10. Така умова виконується, коли інтенсивність променя А рівна інтенсивності променя В, а чутливість фотоприймача А 9 рівна чутливості фотоприймача В 10. В реальних умовах ці величини відрізняються. Для забезпечення рівності сигналів, виміряних одночасно обома каналами, перед виміром проводять регулювання їх чутливості. Регулювання чутливості каналу А проводять так. З комп'ютера 18 на шторку Б 3 надходить сигнал, за яким шторка В 3 повністю перекриває промінь В. З комп'ютера 18 на шторку А 4 надходить сигнал, за яким шторка А 3 повністю пропускає промінь А. З комп'ютера 18 на генератор A 11 надходить сигнал запуску, після якого генератор A 11 виробляє пилкоподібну напругу, що надходить на модулятор А 6. Керований цією напругою, коефіцієнт пропускання модулятора А 6 зростає. Відповідно збільшується інтенсивність променя А, зростає освітлення зони реєстрації та сигнал на виході фотоприймача А 9. Сигнал з виходу фотоприймача А 9 надходить на інтегратор А 13, який згладжує його пульсації. З виходу інтегратора А 13 сигнал надходить на вхід компаратора 12. Компаратор 12 проводить порівняння величини сигналу з виходу інтегратора А 13 з опорною напругою. В момент перевищення сигналом на виході інтегратора А 13 значення опорноїнапруги з виходу компаратора А 12 на генератор A 11 надходить сигнал, який зупиняє генератор A 11. На виході генератора A 11 встановлюється напруга, що не змінюється протягом проведення вимірювання. Відповідно, залишається незмінним і коефіцієнт пропускання модулятора А 6. Регулювання чутливості каналу В проводять аналогічно. За умови однакових опорних напруг на компараторі А 12 та компараторі В 15 встановлена чутливість обох каналів буде однаковою. Таку процедуру регулювання чутливості каналів проводять перед кожним виміром. При проведенні вимірювання шторка В 3 та шторка А 4 повністю пропускають відповідні промені. Сигнали з фотоприймача А 9 та фотоприймача В 10 надходять на корелятор 17, який визначає за цими сигналами їх крос-кореляційну функцію. За отриманою крос-кореляційною функцією на комп'ютері обчислюють розподіл частинок за розмірами. Таке регулювання чутливості каналів забезпечує їх ідентичність, усунувши вплив на результати вимірювання змін інтенсивності випромінювання лазера та чутливості фотоприймача, що відбуваються під дією умов навколишнього середовища та з часом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 60 Пристрій для визначення розподілу частинок за розмірами, що містить послідовно розміщені лазер, світлоподільник, що ділить промінь лазера на два паралельні промені, промінь А та промінь В, лінзу, кювету, фотоприймач А, фотоприймач В, корелятор, комп'ютер, причому виходи фотоприймача А та фотоприймача В з'єднані з входами корелятора, а вихід корелятора з'єднаний з входом комп'ютера, який відрізняється тим, що додатково уведені шторка А і 2 UA 107150 U 5 модулятор А, розміщені між світлоподільником та лінзою на шляху проходження променя А, шторка В і модулятор В, розміщені між світлоподільником та лінзою на шляху проходження променя В, послідовно з'єднані інтегратор А, компаратор А, генератор А, послідовно з'єднані інтегратор В, компаратор В, генератор В, причому вхід інтегратора А з'єднаний з виходом фотоприймача А, вхід інтегратора В з'єднаний з виходом фотоприймача В, вихід генератора А з'єднаний з модулятором А, вихід генератора В з'єднаний з модулятором В, генератор А, генератор В, шторка А, шторка В з'єднані з комп’ютером. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3