EA009446B1 - Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- EA009446B1 EA009446B1 EA200601119A EA200601119A EA009446B1 EA 009446 B1 EA009446 B1 EA 009446B1 EA 200601119 A EA200601119 A EA 200601119A EA 200601119 A EA200601119 A EA 200601119A EA 009446 B1 EA009446 B1 EA 009446B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- measurement zone
- product
- measurement
- loading
- optical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/0303—Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/59—Transmissivity
- G01N21/5907—Densitometers
- G01N2021/5915—Processing scan data in densitometry
- G01N2021/5919—Determining total density of a zone
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
- G01N2021/8557—Special shaping of flow, e.g. using a by-pass line, jet flow, curtain flow
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/85—Investigating moving fluids or granular solids
- G01N2021/8592—Grain or other flowing solid samples
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
- G01N21/03—Cuvette constructions
- G01N21/05—Flow-through cuvettes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Optical Measuring Cells (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Заявляемое изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к спектроскопии, спектроскопическим методам и устройствам для измерения спектроскопических характеристик сыпучих продуктов и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа, например, для определения характеристик цельного зерна. Задачей настоящего изобретения является получение высокой достоверности и воспроизводимости результатов спектроскопических измерений при высокой однородности и постоянной плотности исследуемого продукта в зоне измерения. Поставленная задача решается группой изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом: способом измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, заключающимся в том, что пробу доставляют в зону измерения порциями, причем для полного заполнения зоны измерения загружают несколько порций (не менее двух), засыпая порции попеременно преимущественно в разные области горизонтального сечения зоны измерения, обеспечивая равномерную укладку и постоянную плотность продукта в зоне измерения, затем производят регистрацию спектроскопических свойств пробы в неподвижном состоянии и последующую выгрузку пробы из зоны измерения; устройством для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, включающим загрузочный бункер, входное (приемное) отверстие, блок порционной загрузки со средствами последовательной равномерной загрузки продукта поочередно в разные области горизонтального сечения зоны измерения, зону измерения, блок измерения, блок запирания зоны измерения, выходное (выгрузочное) отверстие и бункер выгрузки.
Description
Заявляемое изобретение относится к аналитическому приборостроению, в частности к спектроскопии, спектроскопическим методам и устройствам для измерения спектроскопических характеристик сыпучих продуктов, основанным на обновлении порции измеряемого продукта в зоне измерения, и может быть использовано для проведения качественного и количественного анализа, например, для определения характеристик цельного зерна.
Методы инфракрасной спектроскопии широко используются в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, они позволяют осуществлять быстрый контроль характеристик продукта на различных стадиях производства, при транспортировке и хранении. Например, принято проводить спектроскопический анализ зерна с целью определения таких характеристик, как влажность, содержание белка и т. п., непосредственно после сбора урожая, при закладке в хранилище, после транспортировки или перед использованием в качестве посевного материала или сырья.
Основными требованиями к результатам спектроскопического анализа являются его достоверность и воспроизводимость. Особенностью анализа сыпучих продуктов является то, что измеряемый образец является оптически неоднородным по своей природе, поэтому при анализе проводят несколько измерений разных участков или разных проб одного и того же образца, а затем проводят усреднение полученных данных. При этом для получения достоверных и воспроизводимых результатов спектрального анализа существенно, чтобы плотность заполнения зоны измерения сыпучим продуктом была постоянной и воспроизводимой от пробы к пробе.
Известен способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов [1, 2], включающий в себя ручное наполнение оптической кюветы сыпучим продуктом, установку кюветы в зону измерения, измерение спектроскопических свойств продукта в нескольких точках наполненной кюветы, при котором кювета неподвижна во время измерения и перемещается между измерениями при помощи специального сканирующего устройства. Сканирование может осуществляться путем линейного перемещения [1] либо путем вращения [2] оптической кюветы.
Основным недостатком данного способа является необходимость ручного наполнения кюветы, что существенно снижает воспроизводимость наполнения и скорость анализа, а также увеличивает его стоимость. Это становится особенно существенным, когда необходимо проводить быстрый анализ большого объема продукта, например, при загрузке зерна на элеваторе во время сбора урожая. Кроме того, результаты анализа сильно зависят от того, насколько аккуратно была заполнена кювета (т.е. от квалификации оператора).
Известно устройство для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов [1], состоящее из оптической кюветы, устройства перемещения оптической кюветы (сканера) и устройства измерения.
Однако известное устройство для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов не имеет автоматической загрузки и выгрузки измеряемой пробы. Используется набор кювет со строго заданными длинами оптического пути, которые не имеют возможности перестраиваться.
Известен способ и устройство для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов [3]. Данный способ включает в себя доставку продукта в зону измерения за счет действия силы тяжести;
остановку движения продукта в зоне измерения при помощи запирающей заслонки, расположенной ниже зоны измерения;
уплотнение сыпучего продукта в зоне измерения путем вибраций;
измерение спектроскопических характеристик уплотненного продукта в состоянии покоя;
выгрузку измеренной пробы путем открытия заслонки.
Устройство для реализации известного способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов содержит канал (трубопровод), по которому движется сыпучий продукт;
зону измерения, в которой поток продукта имеет составляющую вдоль направления силы тяжести; измерительное оптическое окно;
оптический блок спектроскопических измерений;
клапан (заслонку), расположенный ниже оптического окна и запирающий зону измерения для остановки движения продукта в зоне измерения;
ответвитель дополнительного канала (байпаса), расположенный выше зоны измерения и обеспечивающий заданный уровень продукта в запертой зоне измерения и непрерывное движение продукта по основному каналу;
привод, создающий вибрации зоны измерения с целью уплотнения продукта.
Данный способ и устройство для его реализации обеспечивают автоматическую загрузку и выгрузку пробы. Постоянная и воспроизводимая плотность продукта в зоне измерения обеспечивается постоянным уровнем продукта и уплотнением продукта перед измерениями при помощи вибраций.
Основным недостатком известного способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройства для его реализации является то, что вибрации, которые используются для уплотнения продукта в зоне измерения и получения однородной плотности, могут привести к нарушению юстировки оптического блока устройства, что, в свою очередь, приводит к снижению достоверности и вос
- 1 009446 производимое™ результатов измерений, а использование различных методов виброзащиты оптического блока существенно усложняет устройство и повышает его стоимость.
Наиболее близкими к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков являются способ и устройство для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов [4]. Способ включает в себя доставку измеряемой пробы в зону измерения при помощи устройства порционной загрузки, которое подает определенное количество порций продукта, причем зона измерения выполнена в виде вертикальной шахты, закрывающейся внизу на время загрузки и измерений специальным запирающим устройством, затем проводится регистрация спектроскопических свойств пробы в неподвижном состоянии. Таким образом, в процессе измерений исследуемая проба попеременно то движется, то находится в состоянии покоя, причем измерение спектроскопических характеристик происходит в момент покоя.
Устройство для реализации известного способа измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов состоит из загрузочного бункера, блока порционной загрузки зерна, выполненного в виде лопастного колеса, вертикальной шахты, блока измерения спектральных характеристик, запирающего блока, который время от времени запирает вертикальную шахту, и бункера выгрузки.
Данный способ и устройство для его реализации обеспечивают полностью автоматическую загрузку и выгрузку пробы, что существенно увеличивает скорость анализа и обеспечивает независимость результатов анализа от навыков оператора.
Однако данный способ и устройство не обеспечивают постоянство плотности продукта в зоне измерения с необходимой точностью. В устройстве не предусмотрена возможность точного контроля за объемом измеряемой порции продукта в зоне измерения, и значительные неоднородности плотности продукта в зоне измерения могут возникнуть, например, в случае прилипания продукта к лопастям загрузочного колеса, что очень вероятно при измерении продуктов повышенной влажности. Кроме того, отсутствует возможность перестройки длины оптического пути в зависимости от спектроскопических характеристик исследуемого продукта, что снижает точность и воспроизводимость измерений.
Задачей настоящего изобретения является получение высокой достоверности и воспроизводимости результатов спектроскопических измерений при высокой однородности и постоянной плотности исследуемого продукта в зоне измерения.
Поставленная задача решается следующей группой изобретений.
1. Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, заключающийся в том, что пробу доставляют в зону измерения порциями, причем для полного заполнения зоны измерения загружают несколько порций (не менее двух), засыпая порции равного объема попеременно преимущественно в разные области горизонтального сечения зоны измерения, обеспечивая равномерную укладку и постоянную плотность продукта в зоне измерения, а при регистрации спектроскопических свойств пробы предусмотрена возможность перестройки длины оптического пути зоны измерения и подстройка указанной длины в зависимости от оптических свойств исследуемого продукта с последующей выгрузкой пробы из зоны измерения.
2. Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, отличающийся тем, что длину оптического пути зоны измерения устанавливают в зависимости от величины оптического поглощения измеряемой пробы в исследуемом спектральном диапазоне, обеспечивая величину оптической плотности измеряемой пробы в заданном диапазоне допустимых значений, соответствующих максимальной точности измерений.
3. Устройство для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, включающее в себя загрузочный бункер; входное (приемное) отверстие; блок порционной загрузки со средствами последовательной равномерной загрузки продукта поочередно в разные области горизонтального сечения зоны измерения; зону измерения; блок измерения; блок запирания зоны измерения; выходное (выгрузочное) отверстие и бункер выгрузки, причем средства последовательной равномерной загрузки продукта обеспечивают поочередную засыпку не менее двух порций равного объема, а зона измерения снабжена средствами изменения оптической длины в зависимости от величины оптического поглощения пробы продукта в исследуемом спектральном диапазоне.
Предложены различные варианты реализации средств последовательной равномерной загрузки продукта в разные области горизонтального сечения зоны измерения.
Предложено исполнение блока запирания зоны измерения в виде дозатора, осуществляющего порционную выгрузку продукта из зоны измерения.
Предложены различные варианты исполнения отдельных блоков.
Сущность изобретения заключается в том, что предложенная совокупность признаков позволяет при измерении спектроскопических характеристик сыпучих продуктов обеспечить высокую степень однородности и постоянную плотность продукта в зоне измерения за счет порционной загрузки с равномерным распределением продукта по площади горизонтального сечения зоны измерения, позволяет осуществить перестройку длины оптического пути и подстройку длины в зависимости от оптического поглощения в измеряемом спектральном диапазоне и плотности засыпки исследуемого продукта в зоне измерения и гарантирует высокую достоверность и воспроизводимость результатов измерений.
- 2 009446
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых:
на фиг. 1 приведено схематическое изображение заявляемого устройства для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов;
на фиг. 2 показана схема блока перестройки оптической длины зоны измерения;
на фиг. 3 показан один из вариантов блока порционной загрузки, выполненного в виде лопастного колеса;
на фиг. 4 показаны различные варианты формы лопастей и последовательность их расположения на колесе;
на фиг. 5 показан вариант блока порционной загрузки, выполненного в виде конвейерной ленты с лопастями;
на фиг. 6 показаны различные варианты формы лопастей и последовательность их расположения на ленте;
на фиг. 7 показан вариант блока порционной загрузки, выполненного в виде шнека с дополнительным устройством в виде автоматической заслонки специальной формы для равномерной засыпки продукта по площади горизонтального сечения зоны измерения;
на фиг. 8 показан один из вариантов блока запирания зоны измерения, выполненного в виде шнека; на фиг. 9 показан вариант блока запирания зоны измерения, выполненного в виде лопастного колеса; на фиг. 10 показан вариант блока запирания зоны измерения, выполненного в виде конвейерной ленты.
Заявляемый способ измерения спектроскопических характеристик сыпучих продуктов обеспечивает высокую однородность и постоянную плотность исследуемого продукта в зоне измерения благодаря тому, что при загрузке продукт доставляют в зону измерения порциями и равномерно распределяют по площади горизонтального сечения зоны измерения за счет поочередной загрузки в разные области зоны измерения. Дополнительно данный способ обеспечивает максимальную точность измерений благодаря установке длины оптического пути зоны измерения, при которой оптическая плотность измеряемой пробы в исследуемом спектральном диапазоне попадает в заданный диапазон допустимых значений. Кроме того, возможность перестройки длины оптического пути позволяет проводить измерения широкого диапазона продуктов с существенно отличающимися оптическими свойствами.
Заявляемый способ реализуется устройством для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, которое включает в себя загрузочный бункер 1, соединенный через входное (приемное) отверстие 2 с блоком порционной загрузки 3 (см. фиг. 1). Блок порционной загрузки соединен через специальный канал 4 с зоной измерения, расположенной ниже блока порционной загрузки и выполненной в виде оптической кюветы 5, в которой при помощи блока измерения 6 происходят измерения спектроскопических характеристик. Оптическая кювета снабжена блоком перестройки оптической длины 7 либо предусмотрена возможность взаимозаменяемости нескольких кювет с разными оптическими длинами. Нижняя часть кюветы 5 запирается блоком запирания зоны измерения 9, который останавливает движение продукта на время спектроскопических измерений, а после окончания измерений осуществляют выгрузку измеренной порции продукта через выходное отверстие 11 в специальный контейнер 12. Дополнительно в устройстве предусмотрена возможность установки блока контроля уровня заполнения кюветы 8, который состоит из двух оптических датчиков, определяющих минимальный допустимый уровень измеряемого продукта йтт, расположенный ниже зоны измерения 5, и максимально допустимый 11т,,,· уровень, расположенный выше зоны измерения 5. Блок перестройки оптической длины 7 (см. фиг. 2) состоит из подвижной стенки оптической кюветы 13, электромеханического привода 14 и блока измерения длины оптического пути, включающего в себя датчик начального положения подвижной стенки (минимальная оптическая длина кюветы при измерениях) 15, датчик измерения длины кюветы (например, счетчик оборотов вала электромеханического привода) 16.
Отличительной чертой заявляемого устройства является то, что блок порционной загрузки 3 снабжен специальными средствами для осуществления равномерной порционной загрузки продукта в зону измерения 5. Данные средства обеспечивают поочередную засыпку нескольких порций (не менее двух) равного объема в разные области горизонтального сечения зоны измерения. Кроме того, возможность перестройки длины оптического пути и подстройки длины в зависимости от оптических свойств исследуемого продукта позволяет существенно повысить достоверность результатов измерений. В зависимости от оптического поглощения исследуемого продукта в измеряемом спектральном диапазоне оптическая длина зоны измерения 5 подбирается таким образом, чтобы оптическая плотность пробы находилась в заданном диапазоне допустимых значений, при которых оптимально используется динамический диапазон блока измерений 6 и обеспечивается максимальное соотношение сигнал/шум, что и гарантирует точность и воспроизводимость результатов измерений.
Дополнительно введение блока контроля уровня заполнения кюветы 8 и исполнение блока запирания зоны измерения в виде дозатора 10 дают потенциальную возможность автоматического контроля объема измеряемой порции продукта с высокой точностью при синхронной работе блока порционной загрузки 3 и дозатора 10, что может быть использовано для перестройки оптической длины кюветы 5 без полной выгрузки продукта из зоны измерения, для сокращения времени анализа и уменьшения минимального объема исследуемого образца.
- 3 009446
Далее приведены варианты исполнения частей устройства.
Блок порционной загрузки может быть выполнен в виде лопастного колеса 17, как показано на фиг. 3. Объем пространства между соседними лопастями должен быть больше, чем возможный максимальный размер частиц (зерен), образующих сыпучие продукты, для измерения которых будет использоваться данное устройство (например, зерен кукурузы), в то же время этот объем должен обеспечивать полное заполнение оптической кюветы загрузкой нескольких порций (как минимум двух) и поэтому не должен превышать половины минимального объема зоны измерения (объема зоны измерения при минимальной оптической длине). Причем в качестве средства для последовательной равномерной загрузки продукта поочередно в разные области горизонтального сечения зоны измерения используются лопасти с разной формой поверхности, расположенные на колесе в заданной последовательности (фиг. 4), обеспечивающей равномерную укладку продукта по площади горизонтального сечения зоны измерения, форма поверхности лопасти определяется областью горизонтального сечения зоны измерения, в которую данная лопасть преимущественно загружает порцию продукта. Например, в случае поочередного наклона лопастей относительно плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса под некоторым углом θ (см. фиг. 4) продукт поочередно засыпается в разные стороны кюветы, чем и обеспечивается высокая равномерность заполнения и постоянство плотности продукта в зоне измерения.
На фиг. 4 приведены также некоторые другие примеры формы лопастей и их последовательность расположения на колесе. С целью наиболее полного заполнения лопасти колеса продуктом и обеспечения при засыпке постоянного объема отдельных порций входное (приемное) отверстие 2 может быть смещено относительно вертикальной линии, проходящей через ось вращения колеса (фиг. 3), а направление вращения выбирается так, что лопасть колеса при заполнении исследуемым продуктом движется вверх (в направлении входного отверстия).
Выходное отверстие 11 также может быть смещено относительно вертикальной линии, проходящей через ось вращения колеса по направлению движения лопастей (фиг. 3), этим обеспечивается засыпка зерна равномерным потоком минимальной толщины.
Блок порционной загрузки может быть также выполнен в виде конвейерной ленты 18, как показано на фиг. 5, при этом для загрузки продукта порциями равного объема на ленте изготавливаются лопасти или выемки. Объем отдельной выемки или пространства между соседними лопастями должен быть больше, чем возможный максимальный размер частиц (зерен), образующих сыпучие продукты, для измерения которых будет использоваться данное устройство (например, зерен кукурузы), в то же время этот объем должен обеспечивать полное заполнение оптической кюветы загрузкой нескольких порций (как минимум двух) и поэтому не должен превышать половины минимального объема зоны измерения (объема зоны измерения при минимальной оптической длине). В качестве средства для последовательной равномерной загрузки продукта в разные области горизонтального сечения зоны измерения используются лопасти с различной формой поверхности, расположенные на ленте в заданной последовательности (фиг. 6), обеспечивающей равномерную укладку продукта по площади горизонтального сечения зоны измерения, причем форма поверхности лопасти определяется областью горизонтального сечения зоны измерения, в которую данная лопасть преимущественно загружает порцию продукта. Например, в случае поочередного наклона лопастей относительно направления движения ленты под некоторым углом θ (см. фиг. 6) продукт поочередно засыпается в разные стороны кюветы, чем и обеспечиваются высокая равномерность заполнения и постоянство плотности продукта в зоне измерения. На фиг. 6 приведены также некоторые другие примеры формы лопастей и выемок и их последовательность расположения на ленте.
Средство для последовательной равномерной загрузки продукта в разные области горизонтального сечения зоны измерения может быть выполнено в виде автоматической заслонки специальной формы 19, открывающей в разные моменты времени разные области горизонтального сечения зоны измерения. Один из примеров исполнения такой заслонки в виде вращающегося круга с отверстиями, находящимися на разном расстоянии от оси вращения, представлен на фиг. 7. Работа заслонки 19 должна быть синхронизирована с работой блока порционной загрузки 3. Возможен вариант исполнения, когда заслонка 19 имеет общий привод с блоком порционной загрузки 3. При наличии заслонки 19 блок порционной загрузки может быть также выполнен в виде шнека 20 (см. фиг. 7).
Дополнительно между блоком порционной загрузки 3 и оптической кюветой 5 может быть установлена перегородка 21 (см. фиг. 3), которая рассекает поток, гарантируя засыпку продукта порциями требуемого объема равномерно по всей площади горизонтального сечения зоны измерения. В простейшем варианте перегородка 21 может быть выполнена в виде пластины, расположенной в канале 4 параллельно направлению распространения светового луча и разделяющей канал 4 на две секции. Совместное использование этой перегородки с блоком порционной загрузки 3, выполненным в виде лопастного колеса или конвейерной ленты с попеременно наклоненными лопастями, обеспечивает загрузку продукта в кювету 5 попеременно через разные секции канала 4, чем гарантируется наиболее плотное, однородное и воспроизводимое заполнение кюветы 5.
Блок запирания зоны измерения 9 необходим для остановки движения продукта на время измерения спектроскопических характеристик и удаления измеренной пробы из зоны измерения. В простейшем
- 4 009446 варианте блок запирания зоны измерения может быть выполнен в виде автоматической заслонки, в этом случае при открытии заслонки выгружается все содержимое зоны измерения. Исполнение блока запирания зоны измерения в виде дозатора 10 позволяет осуществлять порционную выгрузку и дает потенциальную возможность автоматического контроля объема измеряемой порции продукта с высокой точностью, что может быть использовано для перестройки оптической длины кюветы 5 без полной выгрузки продукта из зоны измерения, сокращает время анализа и уменьшает минимальный объем исследуемого образца. Возможны различные варианты исполнения дозатора, например, в виде лопастного колеса (см. фиг. 7), в виде шнека (см. фиг. 6) или в виде конвейерной ленты (см. фиг. 8).
Данное устройство функционирует следующим образом. Образец измеряемого продукта засыпается в загрузочный бункер 1. При помощи блока перестройки длины оптического пути 7 выставляется заданная длина оптического пути, соответствующая ожидаемому оптическому поглощению продукта в исследуемом спектральном диапазоне. Установка заданной длины оптического пути осуществляется электромеханическим приводом 14, который сначала переводит подвижную стенку перестраиваемой кюветы 13 в положение с минимально возможной длиной оптического пути, затем электромеханический привод 14 включается для перемещения подвижной стенки 13 в сторону увеличения длины оптического пути, и при прохождении подвижной стенкой начального положения срабатывает датчик 15, а датчик измерения длины оптического пути 16 начинает отсчет изменения оптической длины кюветы. По достижении заданного значения оптической длины перестраиваемой кюветы 5 электромеханический привод 14 останавливается, включается блок порционной загрузки 3 и происходит первоначальная насыпка кюветы 5. Продукт засыпается до максимально допустимого уровня что контролируется блоком контроля уровня заполнения кюветы 8, который выдает сигнал на прекращение загрузки при превышении данного уровня. В случае исполнения блока запирания зоны измерения в виде дозатора 10, обеспечивающего порционную выгрузку, существует возможность более точного контроля уровня продукта в зоне измерения. Так, при превышении максимально допустимого уровня автоматически включается дозатор 10, который выгружает определенное количество измеряемого продукта, превышающее установленный объем, т.е. до уровня йтах, тем самым, обеспечивается загрузка в кювету 5 всегда до одного и того же уровня продукта. Засыпка продукта происходит отдельными порциями постоянного объема, не превышающего половины минимального объема оптической кюветы (объема кюветы при минимальной оптической длине), последовательно в разные области горизонтального сечения кюветы 5, чем обеспечивается равномерность и воспроизводимость засыпки.
Данный алгоритм заполнения кюветы 5 и возможность введения блока контроля уровня заполнения кюветы 8 обеспечивает однородную воспроизводимую засыпку продукта и позволяет избежать изменения уровня заполнения кюветы, вызванного неравномерной работой блока порционной загрузки 3, например, вследствие залипания зерен или прилипания зерен к стенкам загрузочного бункера. После наполнения кюветы 5 происходит первоначальное измерение спектроскопических свойств продукта при помощи блока измерения 6. При этом, используя блок контроля уровня заполнения кюветы 8 и одновременно дозатор 10 (в исполнении для порционной выгрузки), можно осуществлять тонкую подстройку длины оптического пути по уровню сигнала на выходе блока измерения 6, более точно подбирая величину оптической плотности пробы данного продукта для наиболее полного использования динамического диапазона. В момент подстройки длины оптического пути измеряемый продукт в кювете поддерживается на уровне йтах за счет совместной синхронной работы блока порционной загрузки 3 и дозатора 10. Например, если необходимо уменьшить длину оптического пути, что приводит к уменьшению объема кюветы, одновременно с блоком перестройки оптической длины автоматически включается дозатор, который выгружает необходимое количество продукта. В случае, если длина оптического пути увеличивается (увеличивается объем кюветы), включается блок порционной загрузки и продукт досыпается до уровня 1и.:... Таким образом, устройство позволяет осуществлять перестройку длины оптического пути без полной выгрузки продукта из зоны измерения.
После того как спектроскопические свойства первой пробы продукта измерены и установлена оптимальная длина оптического пути, первая проба продукта выгружается из кюветы при помощи дозатора, а длина оптического пути остается неизменной в ходе всей серии измерений данного образца. Сигнал о том, что первая проба измеряемого образца выгружена из кюветы, поступает с блока контроля уровня заполнения кюветы 8 - уровень продукта в кювете ниже йтш. После этого происходит загрузка второй пробы измеряемого продукта в кювету. Продукт загружается до уровня йтах. Далее измеряют спектроскопические свойства второй пробы продукта. После чего продукт выгружается из кюветы до уровня ниже, чем йтш, что обеспечивает полное обновление исследуемого продукта в зоне измерения. Далее цикл загрузки, измерения спектроскопических свойств и выгрузки повторяется несколько раз, обычно 10-20 раз. По завершении цикла измерений исследуемый продукт полностью выгружается из устройства, что обеспечивается работой блока порционной загрузки 3 при открытом блоке запирания зоны измерения 9 или при совместной работе с дозатором 10 в течение заданного промежутка времени, после того как уровень продукта оказался ниже уровня йтт.
Заявляемое изобретение обеспечивает высокую достоверность и воспроизводимость результатов измерений благодаря наиболее однородной и воспроизводимой загрузке продукта в зону измерения и
- 5 009446 возможности перестройки длины оптического пути в зависимости от оптического поглощения продукта в исследуемом спектральном диапазоне. Отличительной чертой заявляемого изобретения является то, что проба продукта доставляется в зону измерения порциями равного объема с последовательной загрузкой в разные области горизонтального сечения зоны измерения, что дает наиболее равномерное (с постоянной плотностью) и воспроизводимое заполнение зоны измерения. Дополнительные технические решения отдельных элементов (форма лопастей загрузочного колеса, смещенное входное и выходное отверстия, форма лопастей на конвейерной ленте, автоматическая заслонка специальной формы и перегородка, расположенные выше зоны измерения) обеспечивают наиболее однородную, воспроизводимую загрузку кюветы с максимально возможной плотностью заполнения. Кроме того, перестройка длины оптического пути позволяет проводить измерения широкого круга продуктов с существенно отличающимися спектроскопическими свойствами, а тонкая автоматическая подстройка длины оптического пути позволяет исследовать образцы определенного продукта с большим диапазоном изменения спектроскопических характеристик.
Источники информации
1. Руководство по эксплуатации ИнфраЛЮМ ФТ-10, 152.00.00.00.РЭ.
2. Руководство по эксплуатации 1пГгаА1ухсг 2000, ΜΤ1-40ΕΝ-09.
3. Международная заявка № \¥О 98/45678, МПК Ο01Ν 1/20, 21/35, опубликована 15.10.1998.
4. Международная заявка № \¥О 02/086473 А2, МПК Ο01Ν 21/85, опубликована 31.10.2002.
Claims (16)
1. Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, включающий в себя периодическую доставку измеряемой пробы в зону измерения с помощью загрузочного устройства, регистрацию спектроскопических свойств пробы в неподвижном состоянии и последующую выгрузку пробы из зоны измерения, отличающийся тем, что пробу доставляют в зону измерения порциями, причем для заполнения зоны измерения загружают не менее двух порций, засыпая порции равного объема попеременно в разные области горизонтального сечения зоны измерения, обеспечивая равномерную укладку и постоянную плотность продукта в зоне измерения, а при регистрации спектроскопических свойств пробы осуществляют перестройку длины оптического пути зоны измерения и подстройку указанной длины в зависимости от оптических свойств исследуемого продукта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину оптического пути зоны измерения устанавливают в зависимости от величены оптического поглощения измеряемой пробы в исследуемом спектральном диапазоне, обеспечивая величину оптической плотности измеряемой пробы в диапазоне значений, соответствующих максимальной точности измерений.
3. Устройство для измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов, содержащее загрузочный бункер, входное отверстие, блок порционной загрузки, зону измерения, блок измерения, блок запирания зоны измерения, выходное отверстие и бункер выгрузки, отличающееся тем, что в блок порционной загрузки введены средства последовательной равномерной загрузки продукта попеременно в разные области горизонтального сечения зоны измерения, обеспечивающие поочередную засыпку не менее двух порций равного объема, при этом зона измерения снабжена средствами изменения оптической длины.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок порционной загрузки имеет вид лопастного колеса, при этом средства последовательной равномерной загрузки продукта попеременно в разные области горизонтального сечения зоны измерения выполнены в виде лопастей, поочередно наклоненных относительно плоскости перпендикулярной оси вращения колеса, при этом углы наклона последовательности лопастей и объем межлопастного пространства выбираются таким образом, чтобы обеспечить загрузку лопастями продукта попеременно в различные области зоны измерения порциями объемом не более половины объема зоны измерения.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что блок порционной загрузки имеет вид конвейерной ленты, а средства последовательной равномерной загрузки продукта попеременно в разные области горизонтального сечения зоны измерения выполнены в виде лопастей, поочередно наклоненных относительно направления движения ленты, при этом углы наклона последовательности лопастей и объем межлопастного пространства выбираются таким образом, чтобы обеспечить загрузку лопастями продукта попеременно в различные области зоны измерения порциями объемом не более половины объема зоны измерения.
6. Устройство по п.3, отличающееся тем, средства последовательной равномерной загрузки в разные области горизонтального сечения зоны измерения содержат перегородку в форме пластины, расположенной между блоком порционной загрузки и зоной измерения параллельно направлению распространения светового луча и разделяющей канал, соединяющий блок порционной загрузки с зоной измерения.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что средства последовательной равномерной загрузки продукта в разные области горизонтального сечения зоны измерения содержат заслонку в виде вращающегося круга с отверстиями, находящимися на разном расстоянии от оси вращения, причем заслонка
- 6 009446 имеет общий привод с блоком порционной загрузки.
8. Устройство по и.7, отличающееся тем, что блок порционной загрузки выполнен в виде шнека.
9. Устройство по п.З, отличающееся тем, что зона измерения снабжена средствами изменения оптической длины в зависимости от спектроскопических свойств и плотности измеряемой пробы продукта.
10. Устройство по и.9, отличающееся тем, что средства изменения оптической длины зоны измерения выполнены в виде подвижной передней стенки зоны измерения, блока привода перемещения подвижной стенки, датчика контроля оптической длины.
11. Устройство по и.9, отличающееся тем, что средства изменения оптической длины зоны измерения выполнены в виде набора сменных оптических кювет с разной оптической длиной, причем оптические кюветы плотно стыкуются с выходом блока порционной загрузки сверху и блоком запирания зоны измерения снизу.
12. Устройство по п.З, отличающееся тем, что входное отверстие и выходное отверстие смещены относительно вертикальной линии, проведенной через ось вращения колеса.
13. Устройство по п.З, отличающееся тем, что блок запирания зоны измерения выполнен в виде дозатора, позволяющего осуществлять порционную выгрузку продукта из зоны измерения.
14. Устройство по и. 13, отличающееся тем, что дозатор выполнен в виде лопастного колеса.
15. Устройство по и. 13, отличающееся тем, что дозатор выполнен в виде шнека.
16. Устройство по и. 13, отличающееся тем, что дозатор выполнен в виде конвейерной ленты.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004102057/28A RU2264610C2 (ru) | 2004-01-16 | 2004-01-16 | Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления |
| PCT/RU2004/000474 WO2005068984A1 (fr) | 2004-01-16 | 2004-11-18 | Procede de mesure des proprietes spectroscopiques de produits pulverulents et dispositif correspondant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200601119A1 EA200601119A1 (ru) | 2006-10-27 |
| EA009446B1 true EA009446B1 (ru) | 2007-12-28 |
Family
ID=34793515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200601119A EA009446B1 (ru) | 2004-01-16 | 2004-11-18 | Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7508501B2 (ru) |
| EP (1) | EP1707945A4 (ru) |
| CN (1) | CN1906477B (ru) |
| CA (1) | CA2555456A1 (ru) |
| EA (1) | EA009446B1 (ru) |
| RU (1) | RU2264610C2 (ru) |
| UA (1) | UA82430C2 (ru) |
| WO (1) | WO2005068984A1 (ru) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7924414B2 (en) * | 2006-05-10 | 2011-04-12 | Abb Schweiz Ag | Non-hazardous bulk material analyzer system |
| US20100181472A1 (en) * | 2007-04-09 | 2010-07-22 | Baker Hughes Incorporated | Method and Apparatus to Determine Characteristics of an Oil-Based Mud Downhole |
| US20080245960A1 (en) * | 2007-04-09 | 2008-10-09 | Baker Hughes Incorporated | Method and Apparatus to Determine Characteristics of an Oil-Based Mud Downhole |
| US8487238B2 (en) * | 2007-11-01 | 2013-07-16 | Baker Hughes Incorporated | Method of identification of petroleum compounds using frequency mixing on surfaces |
| DE102008001783A1 (de) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Deere & Company, Moline | Messanordnung zur Bestimmung der Inhaltsstoffe einer aus einem Erntegutstrom entnommenen Probe |
| DE102008033979B4 (de) * | 2008-07-21 | 2018-06-14 | Hans Joachim Bruins | Messgerät und Verfahren zur Messung von Eigenschaften einer partikulären Probe |
| BR112012017187A2 (pt) * | 2009-12-22 | 2016-03-22 | Bühler AG | disposição e processo para medição de produtos que podem ser lançados |
| CN102305725A (zh) * | 2011-05-18 | 2012-01-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 固体颗粒样品的取样装置 |
| GB2496690A (en) * | 2011-11-21 | 2013-05-22 | Univ Strathclyde | Measurement apparatus and method with variable path lengths and variable reflective surfaces |
| RU2534725C1 (ru) * | 2013-04-23 | 2014-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Нефтехим-Инжиниринг" | Секторный питатель, исключающий при работе попадание через него в окружающую среду газов аппарата. на котором он установлен |
| CN105899941A (zh) | 2013-12-30 | 2016-08-24 | 布勒(印度)私人有限公司 | 一种测量谷物光滑度的方法及装置 |
| FR3023375B1 (fr) * | 2014-07-01 | 2018-03-02 | Eric Lopez | Dispositif et procede de mesure mobile spectrometrique de cereales, oleagineux ou produits derives relevant de la filiere agro-alimentaire |
| CN104931289B (zh) * | 2015-07-10 | 2018-08-10 | 天地科技股份有限公司 | 一种螺旋采样在线检测封装的装置和方法 |
| ITUA20161448A1 (it) * | 2016-03-08 | 2017-09-08 | Freeray S R L | Metodo e apparato per il controllo qualita' di prodotti solidi in forma granulare o polverizzata |
| DE102016110609B4 (de) | 2016-06-08 | 2024-05-08 | Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg | Sensorsystem und Verfahren zur prozessintegrierten optischen Analyse von Schüttgütern |
| JP6347353B2 (ja) * | 2016-08-30 | 2018-06-27 | 静岡製機株式会社 | 穀粒の品質測定装置 |
| JP6347352B2 (ja) * | 2016-08-30 | 2018-06-27 | 静岡製機株式会社 | 穀粒の品質測定装置 |
| US10168693B2 (en) | 2016-09-15 | 2019-01-01 | Bext Holdings, Inc. | Systems and methods of use for commodities analysis, collection, resource-allocation, and tracking |
| US11933734B2 (en) * | 2021-06-17 | 2024-03-19 | Uchicago Argonne, Llc | Open aperture flow cells for on-line optical analysis of process fluids |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031406C1 (ru) * | 1992-06-11 | 1995-03-20 | Всесоюзный научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки ВНПО "Зернопродукт" | Инфракрасный анализатор для определения качества зерна и продуктов его переработки |
| RU2056627C1 (ru) * | 1992-07-29 | 1996-03-20 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Способ количественного анализа минеральных микропримесей в кварцевом сырье и автоматический анализатор минеральных микропримесей в кварцевом сырье |
| US6271521B1 (en) * | 1997-04-05 | 2001-08-07 | Bran + Luebbe Gmbh | Device and method for optically detecting the presence of ingredients of a pourable product |
| WO2002086473A2 (de) * | 2001-04-23 | 2002-10-31 | Hans Joachim Bruins | Verfahren und vorrichtung zur getreideanalyse |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4742228A (en) * | 1984-04-19 | 1988-05-03 | Gebruder Buhler Ag | Infrared measuring apparatus and process for the continuous quantitative determination of individual components of flour or other groundable food products |
| US4692620A (en) * | 1985-05-31 | 1987-09-08 | Trebor Industries, Inc. | Near infrared measuring instrument with sample holder |
| US5241178A (en) * | 1989-03-16 | 1993-08-31 | John Shields | Infrared grain analyzer with controllable measurement wavelength |
| US5092819A (en) * | 1990-05-17 | 1992-03-03 | Schroeder Michael J | Method and apparatus for qualitatively measuring characteristics of grain to be harvested |
| US5448069A (en) * | 1991-04-23 | 1995-09-05 | Buhler Ag Maschinenfabrik | Infrared measurement of constituents of particulate foodstuffs |
| JPH08285763A (ja) * | 1995-04-18 | 1996-11-01 | Iseki & Co Ltd | 近赤外線分光分析装置 |
| US6749810B2 (en) * | 2000-06-20 | 2004-06-15 | Gary W. Clem, Inc. | Method and apparatus for presenting grain for NIR spectography examination |
| SE523635C2 (sv) * | 2001-10-03 | 2004-05-04 | Foss Tecator Ab | Sortering av korn under skörd |
| US7113265B1 (en) * | 2003-05-20 | 2006-09-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Powder handling device for analytical instruments |
-
2004
- 2004-01-16 RU RU2004102057/28A patent/RU2264610C2/ru active
- 2004-11-18 CN CN200480040464XA patent/CN1906477B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-11-18 WO PCT/RU2004/000474 patent/WO2005068984A1/ru active Application Filing
- 2004-11-18 EA EA200601119A patent/EA009446B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2004-11-18 US US10/597,075 patent/US7508501B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-11-18 EP EP04808984A patent/EP1707945A4/en not_active Withdrawn
- 2004-11-18 CA CA002555456A patent/CA2555456A1/en not_active Abandoned
- 2004-11-18 UA UAA200607732A patent/UA82430C2/ru unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031406C1 (ru) * | 1992-06-11 | 1995-03-20 | Всесоюзный научно-исследовательский институт зерна и продуктов его переработки ВНПО "Зернопродукт" | Инфракрасный анализатор для определения качества зерна и продуктов его переработки |
| RU2056627C1 (ru) * | 1992-07-29 | 1996-03-20 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Способ количественного анализа минеральных микропримесей в кварцевом сырье и автоматический анализатор минеральных микропримесей в кварцевом сырье |
| US6271521B1 (en) * | 1997-04-05 | 2001-08-07 | Bran + Luebbe Gmbh | Device and method for optically detecting the presence of ingredients of a pourable product |
| WO2002086473A2 (de) * | 2001-04-23 | 2002-10-31 | Hans Joachim Bruins | Verfahren und vorrichtung zur getreideanalyse |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1906477A (zh) | 2007-01-31 |
| RU2004102057A (ru) | 2005-06-27 |
| WO2005068984A1 (fr) | 2005-07-28 |
| EA200601119A1 (ru) | 2006-10-27 |
| CA2555456A1 (en) | 2005-07-28 |
| EP1707945A1 (en) | 2006-10-04 |
| CN1906477B (zh) | 2010-06-23 |
| US20070153282A1 (en) | 2007-07-05 |
| US7508501B2 (en) | 2009-03-24 |
| EP1707945A4 (en) | 2008-06-25 |
| RU2264610C2 (ru) | 2005-11-20 |
| UA82430C2 (ru) | 2008-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2264610C2 (ru) | Способ измерения спектроскопических свойств сыпучих продуктов и устройство для его осуществления | |
| AU638608B2 (en) | Measuring system for simply realizing high precision measuring of a wide range of work including viscous substances | |
| US6581780B1 (en) | Automatic gradation unit | |
| US8978491B2 (en) | Systems and methods for inline sampling | |
| US6407346B1 (en) | Rotary check weigher | |
| US4662409A (en) | Method and apparatus for fine-dosing bulk material | |
| EP1366875A1 (en) | Device and method for weighing concrete material | |
| KR100311167B1 (ko) | 분체샘플조정장치 | |
| US6020588A (en) | Apparatus for investigating flowable material and device for conveying samples | |
| US4422760A (en) | Optical analyzing instrument having vibrating trough | |
| JP5458437B2 (ja) | ばら荷用サンプリング装置 | |
| CN205469926U (zh) | 一种用于尼龙材料的计量装置 | |
| RU2492941C1 (ru) | Стенд для испытаний ячеистых поверхностей | |
| RU2492940C1 (ru) | Стенд для испытаний ячеистых поверхностей | |
| RU2366904C2 (ru) | Способ непрерывного дозирования сыпучих материалов | |
| JP3467304B2 (ja) | アスファルトプラントにおける骨材の自動粒度管理装置 | |
| CN210546428U (zh) | 用于高含水种子定量分拣的输送装置及其分拣装置 | |
| JP3647549B2 (ja) | 組合せ秤 | |
| JP2711079B2 (ja) | 加工食材の分配装置 | |
| JP2655174B2 (ja) | かさ密度測定装置 | |
| JP3379340B2 (ja) | 分光分析装置における試料充填装置 | |
| US449276A (en) | Automatic weighing-machine | |
| JPH0394139A (ja) | 粉体粒度の自動測定装置 | |
| KR960008136Y1 (ko) | 자동 계량기 | |
| JP2023183594A (ja) | 容積重測定器及びそれを備えた測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KG MD TJ TM RU |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): BY KZ |