RU2003974C1

RU2003974C1 - Device for determination of suspension components concentration in multiple-component systems

Info

Publication number: RU2003974C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Леонидович Юдин
Original assignee: Игорь Леонидович Юдин
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-11-30

Abstract

Назначение: устройство предназначено дл определени концентрации компонент взвесей в многокомпонентных системах и может быть использовано , например, в молочной промышленности при определении отдельных компонент. Сущность изобретени устройство содержит выносной датчик представл ющий собой рефлектометрический волоконный зонд, выполненный в виде набора передающих и принимающих световодов, настроенных на измерение различных компонент анализируемой системы выходной торец передающего и входной торец приемного световодов образуют средство контрол , вводимое в исследуемую пробу Стабилизацию светового потока осуществл ют за счет применени обратной св зи, обеспечиваемой дополнительным световодом При этом световой поток от источника света модулируют промежуточной частотой и принимают с помощью размещенного в блоке регистрации частотно-избирательного приемника , настроенного на эту частоту 2 ил.Purpose: the device is designed to determine the concentration of suspension components in multicomponent systems and can be used, for example, in the dairy industry in determining individual components. SUMMARY OF THE INVENTION The device comprises a remote sensor, which is a reflectometric fiber probe made in the form of a set of transmitting and receiving optical fibers configured to measure various components of the system under analysis. The output end of the transmitting and input end of the receiving optical fibers form a means of control introduced into the test sample. The light flux is stabilized. due to the use of feedback provided by an additional light guide. In this case, the luminous flux from the light source a modulated intermediate frequency and received by the recording unit arranged in a frequency-selective receiver tuned to this frequency 2 yl.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к устройствам оптического анализа многокомпонентных растворов, и может быть использовано дл автоматического определени концентра- ции компонент, вход щих в состав многокомпонентных растворов, таких, например, как молоко.The invention relates to measuring technique, in particular to devices for optical analysis of multicomponent solutions, and can be used to automatically determine the concentration of the components that make up multicomponent solutions, such as, for example, milk.

Известные устройства дл определени содержани концентрации компонент взвесей имеют низкие технологические возможности , высокую погрешность измерений, ограничение диапазона контролируемых компонент, небольшое быстродействие - врем получени результатов анализа с помощью подобных устройств вл етс довольно длительным.Known devices for determining the concentration of suspended suspension components have low technological capabilities, high measurement error, limited range of controlled components, low speed - the time for obtaining analysis results using such devices is quite long.

Известен прибор дл определени свойств веществ ОСС-76, например молоч- но-белкового сгустка, по разности светопог- лощающих способностей, содержащий электроизмерительную схему, вторичный прибор и датчик, включающий источник све- га, измерительный и эталонный каналы, светочувствительные элементы, блок сравнени и усилени , причем дл обеспечени компактности прибора и удобства пользовани датчик выполнен выносным, дл чего снабжен герметичным корпусом, в нижнюю часть последнего вмонтированы два цилиндра из прозрачного материала, при этом измерительный канал размещен в цилиндрах , а эталонный канал и блок сравнени и усилени - в корпусе 1. A known device for determining the properties of substances OSS-76, for example milk-protein clot, by the difference in light absorbing abilities, containing an electrical measuring circuit, a secondary device and a sensor including a source of light, measuring and reference channels, photosensitive elements, a comparison unit and amplification, moreover, to ensure the compactness of the device and ease of use, the sensor is made remote, for which it is equipped with a sealed housing, two cylinders of transparent material are mounted in the lower part of the latter, while The measuring channel is located in the cylinders, and the reference channel and the comparison and amplification unit are in the housing 1.

Однако данный прибор, фиксиру изменение прозрачности молока, не дает возможности определ ть концентрации отдельных компонент, вход щих в состав молока, таких, например, как белок, жир. лактоза.However, this device, fixing the change in the transparency of milk, does not allow to determine the concentrations of the individual components that make up the milk, such as, for example, protein, fat. lactose.

Известно также устройство дл количественного определени содержани компонентовмолока ,содержащее расположенные на одной оптической оси источник ИК-излучени , кюветный блок, фотоприемник , блок управлени и синхронизации , подключенный к первому входу вычислител , выход которого св зан с блоком индикации, блок уменьшени диаметра светового потока и полихроматор, св занный с вычислителем через последовательно расположенные блок фотопреобразователей и блок стробировани и экстрапол ции и посредством последовательно размещен- ных фотоприемника, регистратора импульсов и блока суммировани импульсов, при этом один из выходов блока управлени и синхронизации подключен к блоку суммировани импульсов, другой посредством блока перемещени пробы относительноA device is also known for quantitatively determining the content of milk components, comprising an infrared radiation source, a cuvette unit, a photodetector, a control and synchronization unit connected to the first input of the calculator, the output of which is connected to an indication unit, a light flux reduction unit, and a polychromator connected to the calculator through sequentially located photoconverter unit and gating and extrapolation unit and by means of sequentially placed a photodetector, a pulse recorder and a pulse summing unit, wherein one of the outputs of the control and synchronization unit is connected to the pulse summing unit, the other by means of the sample moving unit relative to

светового потока св зан с кюеетным блоком , причем регистратор импульсов подсоединен к блоку стробировани и экстрапол ции, блок уменьшени диаметра светового потока размещен перед кювет- ным блоком, а за последним на оптической оси расположен полихроматор 2.the luminous flux is connected to the cuvette unit, the pulse recorder being connected to the gating and extrapolation unit, the luminous flux decreasing unit is placed in front of the cuvette unit, and polychromator 2 is located on the optical axis.

Данное устройство позвол ет производить благодар рассе нию на жировых частицах пр мой подсчет количества жира в образце молока, при этом измерение количества жира осуществл ют на длине волны прозрачности воды, а остальных компонентов - белка и лактозы - на характеристической дл каждого из компонентов длине волны.This device allows direct calculation of the amount of fat in a milk sample due to scattering on fat particles, while the amount of fat is measured at the transparency wavelength of water, and the remaining components — protein and lactose — at the characteristic wavelength for each component.

Однако данное устройство, вл сь стационарным , позвол ет производить измерени только в лабораторных услови х, что значительно сокращает возможность его использовани непосредственно в производственных услови х.However, this device, being stationary, allows measurements to be made only in laboratory conditions, which greatly reduces the possibility of its use directly in the production environment.

Предложенное устройство позвол ет избежать указанные выше недостатки и создать легкий и компактный прибор дл измерени концентрации различных компонент, вход щих е многокомпонентные системы, встраиваемый в любую технологическую цепочку.The proposed device avoids the above disadvantages and creates a lightweight and compact instrument for measuring the concentration of various components included in multicomponent systems that can be integrated into any technological chain.

Поставленна техническа задача достигаетс за счет того, что устройство дл определени концентрации компонент взвесей в многокомпонентных системах, содержащее блок управлени , блок индикации и источник света, оптически св занный с фотоприемником, подключенным к регистратору , дл обеспечени компактности снабжено дополнительным фотоприемником , дополнительным световодом и выносным датчиком, выполненным в виде набора передающих и приемных световодов, объединенных в рефлектометрический волоконный зонд, выходной торец передающего световода и входной торец приемного световода представл ет собой средство контрол , причем световоды обеспечивают возможность оптической св зи соответственно дополнительный световод - между источником света и дополнительным фотодатчиком , передающий световод - между источником света и средством контрол , приемный световод - между средством контрол и фотодатчиком, при этом блок регистрации содержит усилитель, св занный через фильтр с фотоприемником, а через детектор - с блоком индикации, блок управлени состоит из последовательно соединенных источника опорного напр жени , элемента сравнени и модул тора, причем к последним и усилителю подключен блок питани , элемент сравнени подсоединен к дополнительному фотоприемнику, а модул тор св зан с источником света.The stated technical problem is achieved due to the fact that the device for determining the concentration of suspension components in multicomponent systems, comprising a control unit, an indication unit and a light source optically coupled to a photodetector connected to the recorder, is provided with an additional photodetector, an additional optical fiber and an external one to ensure compactness a sensor made in the form of a set of transmitting and receiving optical fibers combined into a reflectometric fiber probe, the output end of the transmitting The optical fiber and the input end of the receiving optical fiber is a control means, the optical fibers providing the possibility of optical communication with an additional optical fiber, respectively, between the light source and the additional photosensor, a transmitting optical fiber between the light source and the monitoring means, and a receiving optical fiber between the monitoring means and the photo sensor. the recording unit contains an amplifier connected through a filter to a photodetector, and through a detector to an indication unit, the control unit consists of sequentially connected reference voltage source, the comparison element and the modulator, and the power supply is connected to the latter and the amplifier, the comparison element is connected to an additional photodetector, and the modulator is connected to the light source.

На фиг.1 изображена принципиальна схема устройства; на фиг,2 - электрическа часть устройства.Figure 1 shows a schematic diagram of a device; in Fig.2 - the electrical part of the device.

Устройство дл определени концентрации компонент взвесей в многокомпонентных растворах содержит смонтированные в корпусе 1 источник 2 света, фотоприемник 3, дополнительный фотоприемник 4, передающий световод 5, приемный световод 6. Световоды объединены в общий жгут и составл ют рефлектометрический волоконный зонд 7, который в свою очередь может содержать набор передающих и принимающих световодов, настроенных на измерение разных компонент анализируемой жидкости . Выходной торец передающего световода и входной торец приемного световода представл ют собой средство 8 контрол , вводимое непосредственно в анализируемую среду. В корпусе размещен блок управлени 9, блок 10 регистрации, блок 11 питани , блок 12 индикации. Стабилизацию светового потока осуществл ют за счет применени обратной св зи, обеспечиваемой дополнительным световодом 13. При этом световой поток от источника 2 света модулируют промежуточной частотой и прини- мают с помощью размещенного в блоке регистрации частотно-избирательного приемника , настроенного на эту частоту. Блок 9 управлени содержит источник 14 опорного напр жени , элемент 15 сравнени , св зан- ный с дополнительным фотоприемником 4, модул тор 16, св занный с элементом сравнени и источником света. Блок 10 регистрации содержит усилитель 17, св занный через фильтр 18 с фотоприемником 3 и че- рез детектор 19 с блоком 12 индикации.A device for determining the concentration of suspension components in multicomponent solutions contains a light source 2 mounted in the housing 1, a photodetector 3, an additional photodetector 4, a transmitting optical fiber 5, a receiving optical fiber 6. The optical fibers are combined into a common bundle and comprise a reflectometric fiber probe 7, which in turn may contain a set of transmitting and receiving optical fibers configured to measure different components of the analyzed fluid. The output end of the transmitting optical fiber and the input end of the receiving optical fiber are control means 8 introduced directly into the analyzed medium. A control unit 9, a registration unit 10, a power supply 11, an indication unit 12 are housed in the housing. Stabilization of the luminous flux is carried out by applying feedback provided by an additional fiber 13. In this case, the luminous flux from the light source 2 is modulated with an intermediate frequency and received using a frequency-selective receiver located in the registration unit tuned to this frequency. The control unit 9 comprises a reference voltage source 14, a comparison element 15 connected to an additional photodetector 4, a modulator 16 connected to the comparison element and a light source. The registration unit 10 comprises an amplifier 17 coupled through a filter 18 to a photodetector 3 and through a detector 19 to an indication unit 12.

Анализируемый раствор, например молоко , наливают в емкость 20, куда ввод т зону контрол рефлектометрического волоконного зонда.A test solution, e.g. milk, is poured into a container 20, where a control zone of a reflectometric fiber probe is introduced.

Устройство работает следующим образом .The device operates as follows.

Исследуемый раствор, например моло ко, или кака -либо друга многокомпонент на система, содержаща компоненты взвеси А, В, С и т.д., подвергаетс исследованию при введении зоны контрол рефлек- тометрического волоконного зонда Источник 2 света, например светодиод, выбирают с длиной волны дл определенной компоненты, исход из услови , что Я а0. где Зо - характерный размер частиц компоненты , например В, излучение от источника 2 света направл ют через передающий световод 5 в анализируемый раствор. Свет рассеиваетс в обратном направлении той компонентой, дл которой выполн етс условие А а0. Световой поток, рассе нный этой компонентой, через приемный световод 6 поступает в фотоприемник 3, сигнал с которого, пропорциональный концентрации данной компоненты, через блок 10 регистрации вывод т в удобном дл воспри ти виде на индикатор блока 12 индикации . Дополнительный световод, обеспечивающий оптическую св зь между источником света и дополнительным фотоприемником , образует обратную св зь, обеспечива таким образом стабилизацию светового потока.The test solution, for example, milk, or any other multicomponent on a system containing suspension components A, B, C, etc., is examined by introducing the control zone of a reflectometric fiber probe. Light source 2, for example, an LED, is selected with wavelength for a specific component, based on the condition that I a0. where Z0 is the characteristic particle size of a component, e.g., B, radiation from a light source 2 is directed through a transmitting optical fiber 5 into the analyzed solution. Light is scattered in the opposite direction by that component for which condition A a0 is fulfilled. The luminous flux scattered by this component through the receiving fiber 6 enters the photodetector 3, a signal from which, proportional to the concentration of this component, is output through the recording unit 10 in a convenient form to the indicator of the display unit 12. An additional optical fiber providing optical communication between the light source and the additional photodetector forms a feedback, thereby stabilizing the light flux.

Таким образом, выбира характеристическую дл каждой из компонент длину вол- ны, данное устройство позвол ет определить концентрации каждой из компонент , вход щей в исследуемый раствор.Thus, choosing the characteristic wavelength for each component, this device allows you to determine the concentration of each of the components included in the test solution.

Устройство позволит производить экспресс-анализ взвесей в том числе и молока, в любых количествах, как непосредственно на производстве, в технологическом потоке, так и в полевых услови х. Оно компактно, просто в изготовлении и в обслуживании.The device will allow for express analysis of suspensions, including milk, in any quantities, both directly at the factory, in the process stream, and in the field. It is compact, easy to manufacture and maintain.

(56) Авторское свидетельство СССР № 609090. кл. G 01 N 33/04, 1976.(56) Copyright certificate of the USSR No. 609090. cl. G 01 N 33/04, 1976.

Авторское свидетельство СССР № 1070472, кл, G 01 N 33/04, 1982.USSR copyright certificate No. 1070472, class G 01 N 33/04, 1982.

Claims

The claims

A device for determining the concentration of suspension components in multicomponent systems, comprising a control unit, an indication unit and a light source optically coupled to a photodetector connected to a recorder, characterized in that. that it is equipped with an additional photodetector, an additional light guide and an external sensor, which is

50 a set of transmitting and receiving optical fibers combined into a reflectometric fiber probe, the output end of the transmitting and input end of the receiving optical fibers of which are

55 means of control, wherein the optical fibers are configured to provide an optical fiber, respectively, an additional fiber between the light source and an additional photo sensor, the transmitting fiber between

the light source and the control means, the receiving fiber between the control means and the photosensor, while the registration unit contains an amplifier connected through a filter to a photodetector, and through a detector with an indication unit, the control unit consists of sequentially

From tpomoflft / e # # fff4 f ff / 77

# mustache / t atts / 2g

/

QtozZ

connected reference voltage source, the comparison element and the modulator, with the power supply connected to the latter and the amplifier, the comparison element connected to an additional photodetector, and the modulator connected to the light source

th

fff

f Hb / tDXi /

t / Hdi / xffttt / i / f2