Пристрій для визначення розмірів мікрочастинок

Реферат: UA 73803 U UA 73803 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 в рідині чи газі, і може бути використана в електронній, фармацевтичній, хімічній промисловості, системах контролю якості води, моніторингу забруднення оточуючого середовища. Відомий пристрій, в якому розмір мікрочастинки визначають за інтенсивністю розсіяного світла. (E.G.V. Pelssers, M.A. Conen Stuart, G.J. Fleer. Single Particle Optical Sizing (SPOS)//J. Col. Interf. Sci.-1990. Vol. 137, № 2. - P. 350-361). У кюветі, через яку протікає потік середовища, що досліджується, створюється освітлений об'єм. Частинки, завислі в середовищі, перетинаючи освітлену зону, розсіюють світло, яке реєструється фотоприймачем. За інтенсивністю розсіяного світла визначають розмір частинки. Недоліком такого пристрою є невеликий діапазон розмірів частинок, які можна вимірювати. Це зумовлено тим, що для частинок, менших від довжини хвилі випромінювання, інтенсивність розсіяного світла пропорційна шостому ступеню діаметра. Найближчим за технічною суттю до пропонованого - прототипом, є пристрій для визначення розмірів частинок в рідині чи газі (А.С. СССР № 1547513 А1, МПК G 01 N 15/02. Устройство для определения размеров микрочастиц в жидкости или газе / Е.М. Величенко, В.Б. Гетьман, О.Н. Калашник, Б.-Г.И. Кучер (СССР)). Пристрій складається з освітлювача, електрооптичного модулятора, каналу транспортування середовища, фотоприймача, лічильника з коефіцієнтом заповнення n, цифроаналогового перетворювача, n-вихідного аналогового комутатора, n-канального блока згладжувальних фільтрів n-канального блока компараторів, дешифратра, блока аналогових ключів i n-канального блока реєстрації. Генератор імпульсів підключено через лічильник до входу цифро-аналогового перетворювача і управляючого входу комутатора, вихід цифроаналогового перетворювача з'єднаний з управляючим входом електрооптичного модулятора, установленого по ходу світлового пучка між освітлювачем і каналом транспортування, вихід фотоприймача підключений до входу комутатора, n виходів якого, через дешифратор підключені до входів аналогових ключів, виходи яких з'єднані з блоком реєстрації. Пристрій працює так. Електричні імпульси, які виробляються генератором, надходять на лічильник, зміна стану виходів якого змінюють напругу на виході цифро-аналогового перетворювача, яка надходячи на модулятор, змінює освітленість зони реєстрації. Оптичний сигнал, що утворюється при перетині частинкою освітленої зони, перетворюється фотоприймачем в електричні імпульси, які, синхронно з частотою зміни освітленості зони реєстрації, подаються почергово на кожен з виходів аналогового комутатора. На вихід k-того каналу аналогового комутатора надходить вибірка сигналу, яка відповідає k-тому рівню інтенсивності освітлення зони реєстрації. Після блока згладжувальних фільтрів сигнали надходять на блок компараторів. На виходах компараторів, які відповідають рівню освітленості зони реєстрації, при яких засвітка фотоприймача виходить за межі динамічного діапазону фотоприймача, є логічні одиниці, які надходять на входи дешифратора. Вихідний сигнал дешифратора відкриває відповідний аналоговий ключ, і на вхід блока реєстрації надходить електричний імпульс, за амплітудою якого та номером каналу визначають розмір мікрочастинки. Недоліком цього пристрою є те, що на обробку надходить лише частина сигналу, що реєструється при проходженні частинкою освітленої зони. Тому знижується точність вимірювання, оскільки неможливо при такій схемі вимірювання точно визначити максимальне значення - амплітуду сигналу, за якою і визначають розмір частинки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити пристрій для визначення розмірів мікрочастинок шляхом регулювання інтенсивності освітлення зони реєстрації в залежності від величини сигналу, що виникає при перетині частинкою освітленої зони, що дасть змогу підвищити точність вимірювання. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрій для визначення розміру мікрочастинок, що містить послідовно розміщені освітлювач, електрооптичний модулятор, канал транспортування середовища, фотоприймач, блок компараторів, входи якого з'єднані з виходом фотоприймача, лічильник, цифро-аналоговий перетворювач, вхід якого з'єднаний з виходом лічильника, а вихід з входом електрооптичного модулятора, блок реєстрації, додатково введений піковий детектор, вхід якого з'єднаний з виходом фотоприймача, а вихід з блоком реєстрації, вихід лічильника з'єднаний з блоком реєстрації, перший вихід блока компараторів з'єднаний з входом скиду пікового детектора та з входом лічильника, а другий його вихід з'єднаний блоком реєстрації, входи скиду лічильника та пікового детектора з'єднані блоком реєстрації. 1 UA 73803 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Введені зміни дозволяють проводити вимірювання амплітуди сигналу, що відповідає частинці, при такій інтенсивності освітлення зони реєстрації, що величина сигналу менша від напруги насичення фотоприймача. У відомому пристрої сигнал періодично розбивають на n частин за числом рівнів інтенсивності освітлення зони реєстрації. Ці частини розділяються аналоговим комутатором на n каналів. Аналіз проводять за сигналом на вибраному каналі, на який надходить рівень сигналу лише в час одного з n періодів випробування. Решту n-1 періодів інформація надходить на інші канали і не аналізується. Відповідно, погіршується точність визначення амплітуди сигналу, за якою визначають розмір частинки. У запропонованому пристрої, на момент визначення амплітуди сигналу, на аналіз надходить весь сигнал, що дозволяє підвищити точність визначення амплітуди сигналу і, відповідно, розмірів частинки. Корисна модель ілюструється кресленнями, де: на Фіг. 1. наведена Блок-схема пристрою, де 1 - освітлювач, 2 - електрооптичний модулятор, 3 - канал транспортування середовища, 4 - фотоприймач, 5 - цифро-аналоговий перетворювач, 6 - блок компараторів, 7 - лічильник, 8 - піковий детектор, 9 - блок реєстрації; на Фіг. 2. Форма сигналу на виході фотоприймача; на Фіг. 3. Форма сигналу на виході першого компаратора блока компараторів 6; на Фіг. 4. Форма сигналу на виході другого компаратора блока компараторів 6; на Фіг. 5. Форма сигналу на виході пікового детектора 8; на Фіг. 6. Форма сигналу на виході цифро-аналогового перетворювача 5; на Фіг. 7. Форма сигналу на виході блока реєстрації 9. Пристрій складається з освітлювача 1, електрооптичного модулятора 2, каналу транспортування середовища 3, фотоприймача 4, цифро-аналогового перетворювача 5, блока компараторів 6, лічильника 7, пікового детектора 8, блока реєстрації 9. Пристрій працює так. Світло освітлювача 1, проходить через електрооптичний модулятор 2, і створює у потоці середовища, що проходить через канал транспортування середовища 3, освітлену зону. Частинки, що містяться у середовищі, перетинаючи освітлену зону, викликають зміни інтенсивності світла, що надходить на фотоприймач 4. На виході фотоприймача виникає електричний імпульс, який надходить на входи блока компараторів 6 та пікового детектора 8 (Фіг. 2). Блок компараторів 6 складається з двох компараторів, першого і другого. Рівень опорної напруги першого компаратора вибирають меншим від рівня напруги насичення фотоприймача. Рівень опорної напруги другого компаратора вибирають вищим від рівня шумового сигналу фотоприймача при максимальній інтенсивності освітлення зони реєстрації. На початку вимірювання, лічильник 7 обнуляється, відповідно напруга на виході цифро-аналогового перетворювача 5 рівна нулю, що відповідає максимальному пропусканню електрооптичного модулятора 2. При відсутності частинок у зоні реєстрації рівень сигналу на виході фотоприймача 4 менший від опорної напруги другого компаратора блока компараторів 6. При проходженні частинки через освітлену зону, рівень сигналу перевищує опорну напругу і, на виході другого компаратора виникає електричний імпульс з тривалістю, рівною часу проходження частинкою зони реєстрації (Фiг. 3). По задньому фронту цього імпульсу, записують значення напруги на виході пікового детектора, рівне амплітуді сигналу на виході фотоприймача. При цьому, коли сигнал перевищує рівень опорної напруги першого компаратора блока компараторів 6, на його виході виникає перепад напруги (Фіг. 4), по передньому фронту якого збільшується число на виході лічильника 7 на одиницю. Зміна виходу лічильника 7 змінює напругу на виході цифро-аналогового перетворювача 5 (Фіг. 6), що викликає зменшення інтенсивності світла на виході електрооптичного модулятора 2, а, значить, і інтенсивності освітлення зони реєстрації. Сигнал від частинки падає до рівня, меншого від опорної напруги першого компаратора блока компараторів 6, але більшого від опорної напруги другого компаратора блока компараторів 6. При наступному збільшенні сигналу перевищується рівень компаратора 7, що приводить до зменшення інтенсивності освітлення зони реєстрації. Так продовжується доти, доки не досягається така інтенсивність освітлення, при якій величина сигналу, не перевищує рівня опорної напруги першого компаратора блока компараторів 6. (Фіг. 2) Кожен імпульс на виході першого компаратора блока компараторів 6 скидає напругу на виході пікового детектора 8 до нуля (Фіг. 5). Після встановлення модулятором 2, такого рівня освітлення зони реєстрації, що сигнал від частинки не перевищує рівня спрацювання першого компаратора блока компараторів 6, а, значить, і рівня насичення фотоприймача 4, максимум амплітуди сигналу запам'ятовується піковим детектором 8 (Фіг. 5). Після падіння рівня сигналу на виході фотоприймача до рівня, меншого від опорної напруги другого компаратора блока компараторів 6, заднім фронтом імпульсу на виході другого компаратора проводиться запис амплітуди сигналу з виходу пікового детектора 8, та значення стану виходу лічильника у блок реєстрації. За цими значеннями 2 UA 73803 U 5 10 проводять визначення розміру частинки. Після закінчення запису цих значень на виході блока реєстрації з'являється імпульс (Фіг. 7), який надходить на вхід скиду лічильника 7, та вхід скиду пікового детектора 8, переводячи їх в початковий стан. Система готова до реєстрації наступної частинки. Така схема роботи пристрою дозволяє проводити вимірювання амплітуди сигналу інтенсивності розсіяного світла, за якою визначають розміри частинки, в зоні динамічного діапазону фотоприймача. Рівень інтенсивності освітлення зони реєстрації виставляється автоматично в залежності від розміру частинки. В момент реєстрації амплітуди сигналу, змін в освітленості зони реєстрації не відбувається, що дозволяє проводити вимірювання з високою точністю в широкому діапазоні розмірів частинок. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Пристрій для визначення розміру мікрочастинок, що містить послідовно розміщені освітлювач, електрооптичний модулятор, канал транспортування середовища, фотоприймач, блок компараторів, входи якого з'єднані з виходом фотоприймача, лічильник, цифро-аналоговий перетворювач, вхід якого з'єднаний з виходом лічильника, а вихід і входом електрооптичного модулятора, блок реєстрації, який відрізняється тим, що додатково введений піковий детектор, вхід якого з'єднаний з виходом фотоприймача, а вихід з блоком реєстрації, вихід лічильника з'єднаний з блоком реєстрації, перший вихід блока компараторів з'єднаний з входом скиду пікового детектора та з входом лічильника, а другий його вихід з'єднаний блоком реєстрації, входи скиду лічильника та пікового детектора з'єднані блоком реєстрації. 3 UA 73803 U 4 UA 73803 U Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5