RU2508534C1 - Device for measurement of dielectric particle geometrical size - Google Patents

Device for measurement of dielectric particle geometrical size Download PDF

Info

Publication number
RU2508534C1
RU2508534C1 RU2012134476/28A RU2012134476A RU2508534C1 RU 2508534 C1 RU2508534 C1 RU 2508534C1 RU 2012134476/28 A RU2012134476/28 A RU 2012134476/28A RU 2012134476 A RU2012134476 A RU 2012134476A RU 2508534 C1 RU2508534 C1 RU 2508534C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
circulator
input
detector
arm
microcontroller
Prior art date
Application number
RU2012134476/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Гурам Николаевич Ахобадзе
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Priority to RU2012134476/28A priority Critical patent/RU2508534C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2508534C1 publication Critical patent/RU2508534C1/en

Links

Landscapes

  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: device for measurement of dielectric particle geometrical size comprises radiation source, detector and amplifier and, additionally, it incorporates circulator, horn receiving antenna, low-pass filter and microcontroller. Radiation source output is connected with circulator first arm. Circulator second arm is connected to transceiver horn antenna. Circulator third arm is connected to detector input. Detector output is connected via low-pass filter to amplifier input. Amplifier output is connected with microcontroller input.
EFFECT: higher precision.
1 dwg

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 фотоэлектрическое устройство для измерения размеров частиц (см. Н.В.Красногорская, Ю.Я.Кириленко, М.М.Рыбин. Исследование параметров частиц осадков в свободной атмосфере. Физика атмосферы и океана, том 111, №12, стр.1292-1304), содержащее источник света, зеркальные линзы, шторки для формирования светового пучка и фотоумножитель. В этом устройстве по амплитуде импульса, возникающего на аноде фотоумножителя при пересечении светового пучка с частицей, определяют размер частицы.A photoelectric device for measuring particle sizes is known (see N.V. Krasnogorskaya, Yu.Ya. Kirilenko, M.M. Rybin. Investigation of the parameters of precipitation particles in a free atmosphere. Physics of the atmosphere and ocean, vol. 111, no. 12, p. 1292 -1304), containing a light source, mirror lenses, curtains for forming a light beam and a photomultiplier. In this device, the particle size is determined by the amplitude of the pulse arising on the anode of the photomultiplier when the light beam intersects the particle.

Недостатком этого известного устройства является нестабильность результатов измерения из-за изменения светового потока источника света.The disadvantage of this known device is the instability of the measurement results due to changes in the luminous flux of the light source.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для измерения размеров капли воды (см. Патент РФ №2393462). Данное устройство содержит импульсный модулятор, источник излучения, соединенный выходом с передающей рупорной антенной, приемную рупорную антенну, детектор, подключенный выходом к входу усилителя, и индикатор. В этом устройстве величина выходного тока детектора является функцией размера 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 drop of water (see RF Patent No. 2393462). This device contains a pulse modulator, a radiation source connected to the output of the transmitting horn antenna, a receiving horn antenna, a detector connected by the output to the input of the amplifier, and an indicator. In this device, the output current of the detector is a function of the size of a drop of water.

Недостатком этого устройства следует считать погрешность, связанную с несогласованностью площади зондирующего каплю воды импульса с площадью самой капли воды.The disadvantage of this device should be considered the error associated with the inconsistency of the area of the probe of the drop of water pulse with the area of the drop of water.

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 геометрического размера диэлектрической частицы введены приемо-передающая рупорная антенна, циркулятор, фильтр нижних частот и микроконтроллер, причем выход источника излучения 1 соединен с первым плечом циркулятора, второе плечо которого подключено к приемо-передающей рупорной антенне, третье плечо циркулятора соединено с входом детектора, выход детектора через фильтр нижних частот соединен с входом усилителя, выход которого подключен к входу микроконтроллера.The technical result is achieved by the fact that a transceiver horn antenna, a circulator, a low-pass filter and a microcontroller are introduced into the device for measuring the geometric size of the dielectric particle, and the output of the radiation source 1 is connected to the first 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 detector through a low-pass filter is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the input of the microcontroller.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при зондировании диэлектрической частицы электромагнитным сигналом фиксированной частоты, отображенным на дисплее микроконтроллера сигналом, измеряют размер контролируемой частицы.The essence of the claimed invention, characterized by a combination of the above features, is that when probing a dielectric particle with an electromagnetic signal of a fixed frequency displayed on the display of the microcontroller, the size of the controlled particle is measured.

Наличие в заявляемом устройстве совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить поставленную задачу измерения геометрического размера частицы на основе микроконтроллера, осуществляющего преобразование аналогового информационного сигнала в цифровую с желаемым техническим решением, 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 the geometric particle size on the basis of a microcontroller that converts the analog information signal into digital with the desired technical solution, i.e. improving measurement accuracy.

На чертеже приведена структурная схема устройства.The drawing shows a structural diagram of the device.

Устройство содержит источник излучения 1, соединенный выходом с первым плечом циркулятора 2, приемо-передающую рупорную антенну 3, детектор 4, фильтр нижних частот 5, усилитель 6, соединенный выходом с микроконтроллером 7. Цифрой 8 обозначена диэлектрическая частица.The device 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, a low-pass filter 5, an amplifier 6, connected by the output to the microcontroller 7. The number 8 denotes the dielectric particle.

Устройство работает следующим образом. Выходной электромагнитный непрерывный сигнал фиксированной частоты источника излучения 1 поступает в первое плечо циркулятора 2. Этот сигнал далее с помощью второго плеча циркулятора сначала переносится в приемо-передающую рупорную антенну 3, а затем направляется в сторону контролируемой диэлектрической сферической по форме частицы 8.The device operates as follows. The output electromagnetic continuous signal of a fixed frequency of the radiation source 1 is supplied to the first arm of the circulator 2. This signal is then transferred via the second arm of the circulator to the transceiver horn antenna 3, and then sent to the controlled dielectric spherical particle shape 8.

В рассматриваемом случае при облучении данной частицы электромагнитным сигналом и при выполнении условия d<<λ где d - диаметр сферической частицы, λ - длина электромагнитной волны, для эффективной площади рассеяния (отражения) частицы можно записать (формула Ми)In the case under consideration, when this particle is irradiated with an electromagnetic signal and the condition d << λ is fulfilled, where d is the diameter of the spherical particle, λ is the electromagnetic wavelength, for the effective scattering (reflection) area of the particle, we can write (Mi formula)

σ = π 5 k m d 6 / λ 4 , ( 1 )

Figure 00000001
σ = π 5 k m d 6 / λ four , ( one )
Figure 00000001

где σ - эффективная площадь рассеяния частицы;where σ is the effective scattering area of the particle;

k m = | m 2 1 / m 2 + 2 | 2

Figure 00000002
, k m = | | | m 2 - one / m 2 + 2 | | | 2
Figure 00000002
,

где m - показатель преломления электромагнитной волны.where m is the refractive index of the electromagnetic wave.

Из представленной выше формулы видно, что путем оценки параметра σ можно определить диаметр (геометрический размер) облучаемой частицы.It can be seen from the above formula that, by estimating the parameter σ, one can determine the diameter (geometric size) of the irradiated particle.

Для этого рассеянный от контролируемой частицы сигнал улавливается приемо-передающей рупорной антенной и далее с помощью третьего плеча циркулятора поступает на вход детектора 4 (см. И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ. М.: Высшая школа, 1970, стр.292-293).For this, the signal scattered from the controlled particle is captured by the transceiver horn antenna and then, with the help of the third arm of the circulator, is fed to the input of detector 4 (see I.V. Lebedev. Microwave engineering and instruments. M .: Vysshaya shkola, 1970, p. 292 -293).

Известно, что при приеме отраженного от объекта контроля сигнала эффективную площадь рассеяния объекта можно выразить как:It is known that when receiving the signal reflected from the control object, the effective scattering area of the object can be expressed as:

σ = 4 π r 2 П о т р / П п а д . ( 2 )

Figure 00000003
σ = four π r 2 P about t R / P P but d . ( 2 )
Figure 00000003

где r - расстояние от излучателя до объекта, Потр - плотность потока мощности отраженной от объекта волны, Ппад - плотность потока мощности падающей на объект волны. Принимая последнее выражение применительно к рассматриваемому случаю, можно констатировать, что совместное решение (1) и (2) уравнений даст возможность оценить эффективную площадь рассеяния частицы из следующей формулы:where r is the distance from the emitter to the object, P Otr is the power flux density of the wave reflected from the object, P pad is the power flux density of the wave incident on the object. Taking the last expression in relation to the case under consideration, we can state that a joint solution of (1) and (2) equations will make it possible to estimate the effective scattering area of a particle from the following formula:

π 4 k m d 6 / λ 4 = 4 r 2 П о т р / П п а д

Figure 00000004
. π four k m d 6 / λ four = four r 2 P about t R / P P but d
Figure 00000004
.

Из последней формулы видно, что при известных значениях km, λ, Ппад и неизменном расстоянии между контролируемой частицей и приемо-передающей рупорной антенной (r) путем измерения плотности потока мощности отраженной от частицы волны (сигнала) можно судить о диаметре частицы. В силу этого входной сигнал детектора, соответствующий плотности потока мощности отраженной от частицы волны, сначала детектируется в детекторе и затем для подавления помех поступает на вход фильтра нижних частот 5. Продетектированный сигнал после прохождения фильтра нижних частот поступает на вход усилителя 6. Согласно предлагаемому устройству в качестве последнего здесь используется нормирующий усилитель, который может осуществить одновременно с усилением и масштабирование входного сигнала микроконтроллера 7. В микроконтроллере его входной аналоговый сигнал сначала преобразуется в цифровой, а затем цифровой код, соответствующий входному аналоговому сигналу микроконтроллера. Цифровой код далее с помощью регистра будет храниться до завершения следующего преобразования входного сигнала микроконтроллера. После этого хранимое число (код) передается в процессор микроконтроллера, где осуществляется обработка данных, соответствующих хранимому в регистре микроконтроллера цифровому коду. В результате обработки информации в микроконтроллере на его дисплее (индикаторе) отображается результат измерения геометрического размера (диаметра) контролируемой частицы.From the last formula it can be seen that for known values of k m , λ, P pad and a constant distance between the controlled particle and the transceiver horn antenna (r) by measuring the power flux density of the wave (signal) reflected from the particle, one can judge the particle diameter. Due to this, the detector input signal corresponding to the power flux density of the wave reflected from the particle is first detected in the detector and then fed to the input of the low-pass filter 5 to suppress noise. The detected signal after passing the low-pass filter is fed to the input of amplifier 6. According to the proposed device, As the latter, a normalizing amplifier is used here, which can simultaneously carry out amplification and scaling of the input signal of the microcontroller 7. In the microcontroller, e of the input analog signal is first converted to digital and then digital code corresponding to the input analog signal of the microcontroller. The digital code will then be stored using the register until the next conversion of the input signal of the microcontroller is completed. After that, the stored number (code) is transmitted to the microcontroller processor, where the data corresponding to the digital code stored in the microcontroller register is processed. As a result of information processing in the microcontroller, its display (indicator) displays the result of measuring the geometric size (diameter) of the controlled particle.

Итак, согласно предлагаемому техническому решению путем микроконтроллерной обработки информационного сигнала о частице можно обеспечить повышение точности измерения размера диэлектрической частицы.So, according to the proposed technical solution, by microcontroller processing an information signal about a particle, it is possible to increase the accuracy of measuring the size of a dielectric particle.

Claims (1)

Устройство для измерения геометрического размера диэлектрической частицы, содержащее источник излучения, детектор и усилитель, отличающееся тем, что в него введены циркулятор, приемо-передающая рупорная антенна, фильтр нижних частот и микроконтроллер, причем выход источника излучения соединен с первым плечом циркулятора, второе плечо которого подключено к приемо-передающей рупорной антенне, третье плечо циркулятора соединено с входом детектора, выход детектора через фильтр нижних частот соединен со входом усилителя, выход которого подключен к входу микроконтроллера. A device for measuring the geometric size of a dielectric particle containing a radiation source, a detector and an amplifier, characterized in that a circulator, a transceiver horn antenna, a low-pass filter and a microcontroller are introduced, the radiation source output being connected to the first arm of the circulator, the second arm of which connected to the transceiver horn antenna, the third arm of the circulator is connected to the input of the detector, the output of the detector through a low-pass filter is connected to the input of the amplifier, the output of which dklyuchen to the input of the microcontroller.
RU2012134476/28A 2012-08-13 2012-08-13 Device for measurement of dielectric particle geometrical size RU2508534C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134476/28A RU2508534C1 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Device for measurement of dielectric particle geometrical size

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134476/28A RU2508534C1 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Device for measurement of dielectric particle geometrical size

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2508534C1 true RU2508534C1 (en) 2014-02-27

Family

ID=50152256

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012134476/28A RU2508534C1 (en) 2012-08-13 2012-08-13 Device for measurement of dielectric particle geometrical size

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2508534C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1693465A1 (en) * 1989-05-05 1991-11-23 Азово-Черноморский Институт Механизации Сельского Хозяйства Method of determining particle size of flowing loose material
US5497100A (en) * 1994-10-17 1996-03-05 Hughes Aircraft Company Surface condition sensing system
RU2154814C2 (en) * 1995-09-28 2000-08-20 Сименс Акциенгезелльшафт Procedure and system determining geometrical sizes of particles of palletized and/or granulated material
US20040239338A1 (en) * 2001-05-31 2004-12-02 Jonsson Olafur H. Apparatus and method for microwave determination of least one physical parameter of a substance
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1693465A1 (en) * 1989-05-05 1991-11-23 Азово-Черноморский Институт Механизации Сельского Хозяйства Method of determining particle size of flowing loose material
US5497100A (en) * 1994-10-17 1996-03-05 Hughes Aircraft Company Surface condition sensing system
RU2154814C2 (en) * 1995-09-28 2000-08-20 Сименс Акциенгезелльшафт Procedure and system determining geometrical sizes of particles of palletized and/or granulated material
US20040239338A1 (en) * 2001-05-31 2004-12-02 Jonsson Olafur H. Apparatus and method for microwave determination of least one physical parameter of a substance
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
CN107356320B (en) pulse ultrasonic sound field detection device and method
CN101699265A (en) Device and method for measuring scattering particles by using dynamic polarized light
JP5441795B2 (en) Imaging apparatus and imaging method
WO2017177967A1 (en) Underwater detection system and underwater detection method
JP2004500582A (en) Terahertz transceiver and method for emission and detection of terahertz pulses using such a transceiver
CN109883337A (en) Thermal barrier coating thickness measurement system and measurement method based on terahertz light spectral technology
Rahman et al. Fiber optic displacement sensor for imaging of tooth surface roughness
CN102507500B (en) Laser environment scattering power measuring device
CN201622228U (en) Dynamic polarized light scattered grain measuring device
JP5277432B2 (en) Suspended matter analysis method
JP2018059789A (en) Distance measuring apparatus and distance measuring method
RU2508534C1 (en) Device for measurement of dielectric particle geometrical size
CN112859044A (en) Vortex rotation-based underwater laser radar system
JP2014142309A5 (en)
CN101571470A (en) Device and method for measuring nano particle diameter
CN114112132B (en) System and method for measuring gradient residual stress by laser ultrasonic
RU2393462C1 (en) Device for measuring size of water droplets
CN111122472B (en) Method for detecting size and position of heterogeneous object in biological phantom by using chaotic laser
CN105676225B (en) Ranging system and method in opaque troubled liquor
JP2015080604A (en) Subject information acquisition device and optical characteristic measuring device
CN207232187U (en) The device that space filtering tests the speed
CN203324187U (en) Fluorescence image-based alga chlorophyll a concentration detection device
EP3394595B1 (en) System for determining the characteristics of a gas and related method for measuring such characteristics
RU2797041C1 (en) Method for remote assessment of the level of activity of radioactive cloud in the amtosphere
Gomidze et al. About statistical moments of scattered laser radiation from random phase screen

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180814