RU2508534C1 - Device for measurement of dielectric particle geometrical size - Google Patents
Device for measurement of dielectric particle geometrical size Download PDFInfo
- 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
Links
Landscapes
- Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (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 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)
где σ - эффективная площадь рассеяния частицы;where σ is the effective scattering area of the particle;
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:
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:
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)
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)
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 |
-
2012
- 2012-08-13 RU RU2012134476/28A patent/RU2508534C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
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 |