RU2461810C1 - Apparatus for measuring particle size - Google Patents
Apparatus for measuring particle size Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461810C1 RU2461810C1 RU2011121498/28A RU2011121498A RU2461810C1 RU 2461810 C1 RU2461810 C1 RU 2461810C1 RU 2011121498/28 A RU2011121498/28 A RU 2011121498/28A RU 2011121498 A RU2011121498 A RU 2011121498A RU 2461810 C1 RU2461810 C1 RU 2461810C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particle
- circulator
- arm
- output
- power
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.The invention relates to the field of measuring equipment and can be used in process control systems.
Известно устройство для измерения размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов (см. «Установка высшей точности для воспроизведения счетной концентрации и размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов». Измерительная техника №9, 1997, стр.68-70), в котором метод малоуглового рассеяния лазерного излучения используется для измерения размеров частиц.A device is known for measuring particle sizes of aerosol, suspensions and powder materials (see "Installing the highest accuracy to reproduce the countable concentration and particle sizes of aerosol, suspensions and powder materials." Measuring technique No. 9, 1997, pp. 68-70), in which Small angle laser scattering is used to measure particle sizes.
Недостатком этого известного устройства является сложность зондирования частиц лазерным лучом и анализа малоугловой индикатрисы рассеянного частицами излучения.The disadvantage of this known device is the difficulty of probing particles with a laser beam and the analysis of the small-angle indicatrix of the radiation scattered by the particles.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для измерения размеров капли воды (см. патент РФ №2393462), содержащее импульсный модулятор, источник излучения, детектор, усилитель, индикатор, передающую и приемную рупорные антенны, закрепленные диаметрально на наружной поверхности трубопровода. По принципу действия этого измерителя при взаимодействии импульсно модулированного электромагнитного сигнала с контролируемым объектом по величине выходного тока детектора можно определить размер капли воды.The closest technical solution to the proposed one is the device adopted by the author for the prototype for measuring the size of a water drop (see RF patent No. 2393462), containing a pulse modulator, radiation source, detector, amplifier, indicator, transmitting and receiving horn antennas mounted diametrically on the outer surface the pipeline. According to the principle of operation of this meter during the interaction of a pulse-modulated electromagnetic signal with a controlled object, the size of a drop of water can be determined by the value of the output current of the detector.
Недостатком этого устройства можно считать погрешность из-за несоответствия формы контролируемой капли воды с огибающей импульса зондируемого электромагнитного сигнала.The disadvantage of this device can be considered an error due to the mismatch of the shape of the controlled water droplet with the envelope of the pulse of the probed electromagnetic signal.
Техническим результатом заявляемого решения является повышение точности измерения.The technical result of the proposed solution is to increase the accuracy of measurement.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения размеров частицы, содержащее источник излучения, детектор, соединенный выходом со входом усилителя, введены циркулятор, измеритель мощности и приемо-передающая рупорная антенна, закрепленная на наружной поверхности трубопровода, причем выход источника излучения соединен с первым плечом циркулятора, второе плечо которого подключено к приемо-передающей рупорной антенне, третье плечо циркулятора соединено со входом детектора, выход усилителя подключен к измерителю мощности.The technical result is achieved by the fact that a circulator, a power meter and a transceiver horn antenna mounted on the outer surface of the pipeline are introduced into the device for measuring particle sizes containing a radiation source, a detector connected to the output of the amplifier, and the output of the radiation source is connected to the first the arm of the circulator, the second arm of which is connected to the transceiver horn antenna, the third arm of the circulator is connected to the input of the detector, the output of the amplifier is connected to the meter generality.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого указанными выше признаками, состоит в том, что при зондировании контролируемой среды непрерывными электромагнитными колебаниями фиксированной частоты измерение мощности отраженной от частицы электромагнитной волны дает возможность получить информацию о размерах частицы, перемещаемой по трубопроводу.The essence of the claimed invention, characterized by the above features, is that when probing a controlled medium by continuous electromagnetic waves of a fixed frequency, measuring the power of an electromagnetic wave reflected from a particle makes it possible to obtain information about the size of the particle transported through the pipeline.
Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу измерения размеров частицы на основе определения мощности отраженной от частицы электромагнитной волны при ее локации непрерывными электромагнитными колебаниями фиксированной частоты с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения.The presence in the inventive device of a combination of the listed existing features allows us to solve the problem of measuring particle sizes based on determining the power of an electromagnetic wave reflected from a particle when it is located by continuous electromagnetic oscillations of a fixed frequency with the desired technical result, i.e. improving measurement accuracy.
На чертеже приведена структурная схема устройства.The drawing shows a structural diagram of the device.
Устройство, реализующее данное техническое решение, содержит источник излучения 1, соединенный выходом с первым плечом циркулятора 2, приемо-передающую рупорную антенну 3, детектор 4, соединенный выходом со входом усилителя 5 и измеритель мощности 6. На чертеже цифрой 7 обозначен трубопровод.A device that implements this technical solution contains a radiation source 1, connected by an output to the first arm of the circulator 2, a transceiver horn antenna 3, a detector 4, connected by an output to the input of an amplifier 5, and a power meter 6. In the drawing, the number 7 designates the pipeline.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
С выхода источника излучения 1 электромагнитные колебания фиксированной частоты поступают на первое плечо циркулятора 2. Далее эти колебания, снимаемые со второго плеча циркулятора, с помощью приемо-передающей рупорной антенны 3 направляются в трубопровод 7, по которому перемешается контролируемая частица. Здесь следует отметить, что ввод электромагнитного сигнала в металлический трубопровод может быть осуществлен через диэлектрическое окно. После этого отраженный от частицы электромагнитный сигнал, улавливаемый рупорной антенной, согласно принципу действия циркулятора (см. И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ. Том 1. Издательство «Высшая школа». М. 1970, стр.293), снимается с его третьего плеча. Затем, согласно предлагаемому техническому решению, отраженный сигнал поступает на вход детектора 4. Выходной продетектированный сигнал последнего после усиления в усилителе 5 поступает в измеритель мощности 6, где производится измерение мощности отраженного от частицы электромагнитного сигнала.From the output of the radiation source 1, electromagnetic oscillations of a fixed frequency are fed to the first arm of the circulator 2. Further, these oscillations, taken from the second arm of the circulator, are sent to the pipeline 7, through which the controlled particle is mixed, with the help of a transmit-receive horn antenna 3. It should be noted here that the input of the electromagnetic signal into the metal pipe can be carried out through a dielectric window. After that, the electromagnetic signal reflected from the particle, captured by the horn antenna, according to the principle of operation of the circulator (see IV Lebedev. Microwave equipment and instruments. Volume 1. Higher school publishing house. M. 1970, p. 293), is removed from his third shoulder. Then, according to the proposed technical solution, the reflected signal is fed to the input of the detector 4. The output detected signal of the latter after amplification in the amplifier 5 is fed to a power meter 6, where the power of the electromagnetic signal reflected from the particle is measured.
В рассматриваемом случае для плотности потока мощности отраженной от частицы волны можно записатьIn this case, for the power flux density of the wave reflected from the particle, we can write
где Ротр - мощность отраженной от частицы волны; G - коэффициент направленности приемо-передающей рупорной антенны; Х - расстояние от частицы до точки измерения мощности; Потр - плотность потока мощности отраженного сигнала.where P OTR is the power of the wave reflected from the particle; G is the directivity coefficient of the transceiver horn antenna; X is the distance from the particle to the power measurement point; P neg - power flux density of the reflected signal.
Выражение (1) с учетом известной из радиолокации эффективной площади рассеяния (отражения) облучаемой частицыExpression (1), taking into account the effective scattering (reflection) area of the irradiated particle, known from radar
σч=4πХ2Потр/Пзон, h = σ n 2 4πH Neg / n zones,
где Пзон - плотность потока мощности зондирующей волны, можно переписать какwhere P zones is the power flux density of the probe wave, can be rewritten as
где σч - эффективная площадь рассеяния (отражения) частицы.where σ h is the effective area of scattering (reflection) of the particle.
Пусть по трубопроводу перемешается диэлектрическая сферическая по форме частица и выполняется условие dч<<λ, где dч - диаметр сферической частицы, λ - длина зондирующей волны. Тогда эффективную площадь рассеяния одной такой частицы диаметром много меньше длины волны можно определить формулой МиLet a dielectric spherical particle be mixed through the pipeline and the condition d h << λ be satisfied, where d h is the diameter of the spherical particle, λ is the probe wavelength. Then the effective scattering area of one such particle with a diameter much smaller than the wavelength can be determined by the Mi formula
Коэффициент K=|m2-1/m2+2|2, выражаемый через показатель преломления m, в зависимости от свойства и состава материала, из которого образована частица, может иметь различные значения.The coefficient K = | m 2 -1 / m 2 +2 | 2 expressed in terms of refractive index m, depending on the property and composition of the material from which the particle is formed, can have different values.
Совместное решение выражений (2) и (3) позволяет записатьThe joint solution of expressions (2) and (3) allows us to write
Из последней формулы получаемFrom the last formula we get
Формула (4) показывает, что при известных значениях Пзон, λ, G и К измерением мощности отраженной от частицы электромагнитной волны можно вычислить диаметр (размер) сферической частицы, перемещаемой по трубопроводу.Formula (4) shows that for known values of P zones , λ, G, and K, by measuring the power of an electromagnetic wave reflected from a particle, one can calculate the diameter (size) of a spherical particle moving through the pipeline.
Как уже отмечалось выше, в данном устройстве для измерения мощности Ротр используется измеритель мощности 6. Следовательно, по показаниям этого измерителя можно получить информацию о размерах частицы в трубопроводе.As noted above, in this device for measuring the power P OTR , a power meter 6 is used. Therefore, according to the readings of this meter, information about the particle sizes in the pipeline can be obtained.
Таким образом, в предлагаемом техническом решении благодаря облучению частицы непрерывными электромагнитными колебаниями фиксированной частоты и определению мощности отраженной от частицы электромагнитной волны можно повысить точность измерения размеров перемещаемой по трубопроводу частицы. Кроме того, одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с другими отдаленными прототипами можно считать исключение влияния расстояния от частицы до точки измерения мощности.Thus, in the proposed technical solution, by irradiating the particle with continuous electromagnetic waves of a fixed frequency and determining the power of the electromagnetic wave reflected from the particle, it is possible to increase the accuracy of measuring the size of the particle transported through the pipeline. In addition, one of the advantages of the proposed device compared to other remote prototypes can be considered the exclusion of the influence of the distance from the particle to the point of power measurement.
Данное техническое решение, реализуемое, например, на базе генератора ГЛПД-1, успешно может быть применено для автоматического контроля гранулометрического состава сыпучих диэлектрических материалов в потоке.This technical solution, implemented, for example, on the basis of the GLPD-1 generator, can be successfully applied to automatically control the particle size distribution of bulk dielectric materials in a stream.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011121498/28A RU2461810C1 (en) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Apparatus for measuring particle size |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011121498/28A RU2461810C1 (en) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Apparatus for measuring particle size |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461810C1 true RU2461810C1 (en) | 2012-09-20 |
Family
ID=47077542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011121498/28A RU2461810C1 (en) | 2011-05-30 | 2011-05-30 | Apparatus for measuring particle size |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461810C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU284407A1 (en) * | ||||
| SU1693465A1 (en) * | 1989-05-05 | 1991-11-23 | Азово-Черноморский Институт Механизации Сельского Хозяйства | Method of determining particle size of flowing loose material |
| RU2393462C1 (en) * | 2009-03-20 | 2010-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for measuring size of water droplets |
-
2011
- 2011-05-30 RU RU2011121498/28A patent/RU2461810C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU284407A1 (en) * | ||||
| SU1693465A1 (en) * | 1989-05-05 | 1991-11-23 | Азово-Черноморский Институт Механизации Сельского Хозяйства | Method of determining particle size of flowing loose material |
| RU2393462C1 (en) * | 2009-03-20 | 2010-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН | Device for measuring size of water droplets |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3264073B1 (en) | Measuring device | |
| CN104048729B (en) | The radar level gauge divided with signal | |
| Lerosey et al. | Scattering cross section measurement in reverberation chamber | |
| US12007464B2 (en) | Method for ascertaining at least one physical parameter of a system by exploiting the reflection from a reference object | |
| Baer et al. | A mmWave measuring procedure for mass flow monitoring of pneumatic conveyed bulk materials | |
| RU2461810C1 (en) | Apparatus for measuring particle size | |
| Wensink et al. | MEASURED UNDERWATER NEAR‐FIELD E‐PATTERNS OF A PULSED, HORIZONTAL DIPOLE ANTENNA IN AIR: COMPARISON WITH THE THEORY OF THE CONTINUOUS WAVE, INFINITESIMAL ELECTRIC DIPOLE1 | |
| Carlson et al. | A simple scattering model for measuring particle mass fractions in multiphase flows | |
| RU2395789C1 (en) | Method of defining loose material layer height | |
| RU2433423C1 (en) | Subsurface probing device | |
| Sklarczyk | Microwave, millimeter wave and terahertz (MMT) techniques for materials characterization | |
| RU2393462C1 (en) | Device for measuring size of water droplets | |
| RU2360264C1 (en) | Method of measuring local effective reflective surfaces of objects in ultra wide frequency | |
| Ghalamkari et al. | A closed form formula for determining the depth of a filled rectangular crack | |
| Reinhardt et al. | Size determination in particle streams using a multistatic dual frequency millimeter wave radar | |
| Pochanin et al. | GPR for pavement monitoring | |
| Teplyuk | Radar sounding of disperse streams | |
| RU2321007C1 (en) | Method of measuring local energy frequency spectra and reflection factor of radio wave-absorbing material | |
| Gorji et al. | Physical optics analysis for RCS computation of a relatively small complex structure | |
| Bukka | Liquid level measurement using non-contact radar | |
| RU2797041C1 (en) | Method for remote assessment of the level of activity of radioactive cloud in the amtosphere | |
| Sakharov et al. | A measuring system for characterization of radar-absorbing materials with sounding ultra-short electromagnetic pulses over the range 0.1–40 GHz | |
| RU2508534C1 (en) | Device for measurement of dielectric particle geometrical size | |
| RU2421758C1 (en) | Method of determining geometrical and electrophysical parameters of plane layered medium | |
| Arakaki et al. | Non-intrusive mass flow measurements in pneumatic transport |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180531 |