RU2626750C1 - Optical-electronic device for controlling suspended particles - Google Patents

Optical-electronic device for controlling suspended particles Download PDF

Info

Publication number
RU2626750C1
RU2626750C1 RU2016111888A RU2016111888A RU2626750C1 RU 2626750 C1 RU2626750 C1 RU 2626750C1 RU 2016111888 A RU2016111888 A RU 2016111888A RU 2016111888 A RU2016111888 A RU 2016111888A RU 2626750 C1 RU2626750 C1 RU 2626750C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mirror
computer
analog
particle
lens
Prior art date
Application number
RU2016111888A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Владимирович Семенов
Юрий Борисович Ханжонков
Юрий Георгиевич Асцатуров
Ирина Николаевна Даниленко
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
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 образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ)
Priority to RU2016111888A priority Critical patent/RU2626750C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626750C1 publication Critical patent/RU2626750C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: suspended particle analysis device includes a laser source, a lens and mirror system where the light beam is turned evenly at an angle to the original beam and again passes through the particle stream and the particle images are recorded from the three angles of light flux. These images are transferred to the registration plane by the lens of a video camera connected to a personal computer, and to increase the accuracy of the measurement, the device additionally comprises a semi-transparent mirror, a mirror, a semi-transparent elliptic mirror, a lens with a mirror, a diaphragm, a light trap, a photoelectric multiplier, an amplifier, an analog-to-digital converter connected to the computer, two digital-to-analog converters connected to the computer, and two power amplifiers to control the laser and fan respectively, CCD array (instead of the video camera), whereto the amplifier, the analog-to-digital converter, DSP-processor are connected. A liquid crystal display and interface to external devices are also connected to the computer.
EFFECT: increased accuracy of dimensioning, regardless of the complex refractive index in a wider range of sizes.
1 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц.The invention relates to measurement techniques, can be used in medicine, biology, ecology, chemical industry, powder metallurgy and other fields of science and technology related to the analysis of suspended particles.

Известен способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1278628, G01N 15/02, от 23.12.1986), включающий освещение потока частиц и регистрацию амплитуд импульсов рассеянного частицами света, по которым и судят о размерах частиц.A known method for analyzing suspended particles (A.S. SU 1278628, G01N 15/02, dated 23.12.1986), comprising illuminating the particle stream and recording the amplitudes of the pulses of the light scattered by the particles, from which particle sizes are judged.

Недостаток данного способа состоит в том, что он не предоставляет информацию о форме частиц, поскольку определяется не геометрический, а так называемый сферооптический размер (данной частице ставят в соответствие размер сферы, дающей такую же амплитуду импульса рассеянного света).The disadvantage of this method is that it does not provide information about the shape of the particles, since it is determined not by geometric but by the so-called spherooptical size (this particle is associated with the size of a sphere that gives the same amplitude of the scattered light pulse).

Известен способ подсчета размера частиц (Пат. ЕР 1008843, G01N 15/02 от 14.06.2000), включающий стадию пропускания частицы через датчик в виде сферического зеркала, включающего освещение потока частиц и регистрацию амплитуд импульсов рассеянного частицами света, по которым и судят о размерах частиц.A known method of counting particle size (Pat. EP 1008843, G01N 15/02 of 06/14/2000), comprising the step of passing a particle through a sensor in the form of a spherical mirror, including illumination of the particle stream and recording the amplitudes of the pulses of the light scattered by the particles, which are used to judge the size particles.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь по рассеянному от частицы и сферического зеркала импульса, что затрудняет определять форму частиц.The disadvantage of this method is that the particle sizes are determined only by the momentum scattered from the particle and the spherical mirror, which makes it difficult to determine the shape of the particles.

Известен способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1032370, G01N 15/02, от 30.07.1983), включающий освещение потока частиц плоскими полосами света, разделенными полосами тени различной ширины, и регистрацию количества импульсов рассеянного каждой частицей света, по которым и судят о размерах частиц.A known method for analyzing suspended particles (A.S. SU 1032370, G01N 15/02, 07/30/1983), including illuminating the particle stream with flat light strips separated by shadow strips of different widths, and recording the number of pulses scattered by each light particle, through which judge about particle sizes.

Недостаток этого способа состоит в том, что размер частиц (хотя и геометрический) определяется лишь в одном направлении, перпендикулярном направлению полос, т.е. способ также не дает информацию о форме частиц.The disadvantage of this method is that the particle size (albeit geometric) is determined only in one direction perpendicular to the direction of the bands, i.e. the method also does not provide information on the shape of the particles.

Известен способ анализа взвешенных частиц (Беляев С.П., Никифорова Н.К., Смирнов В.В. и др. "Оптико-электронные методы изучения аэрозолей". М.: Энергоиздат, 1981. с. 126-130), включающий освещение потока частиц световым пучком и регистрацию изображений частиц, по которым и судят о размерах последних.There is a method of analysis of suspended particles (Belyaev SP, Nikiforova NK, Smirnov VV and others. "Optoelectronic methods for the study of aerosols". M: Energoizdat, 1981. S. 126-130), including illumination of the particle flux with a light beam and registration of particle images, which are used to judge the size of the latter.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь в одной плоскости проекции, кроме того, для ограничения счетного объема вдоль оси светового пучка приходится формировать этот пучок с заданной степенью когерентности и достаточно сложным образом дополнительно обрабатывать изображения, т.е. реализация способа весьма непроста.The disadvantage of this method is that the particle sizes are determined only in one projection plane, in addition, to limit the counting volume along the axis of the light beam, it is necessary to form this beam with a given degree of coherence and process images in a rather complicated way, i.e. the implementation of the method is very difficult.

Известен способ анализа взвешенных частиц (Пат. RU 2054652, G01N 15/02 от 20.02.1996), позволяющий получить на фотокатоде видеокамеры одновременно два изображения, соответствующие проекции частицы на две взаимно перпендикулярные плоскости.A known method for analyzing suspended particles (Pat. RU 2054652, G01N 15/02 of 02.20.1996), which allows you to get two images on the camera’s photocathode, corresponding to the projection of the particle onto two mutually perpendicular planes.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь в двух плоскостях проекции, что затрудняет оценку формы несферических частиц при их хаотической ориентации в потоке.The disadvantage of this method is that the particle sizes are determined only in two projection planes, which makes it difficult to assess the shape of nonspherical particles when they are randomly oriented in the flow.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ анализа взвешенных частиц (Пат. RU 2436067, G01N 15/02, от 22.10.2010), позволяющий получить на фотокатоде видеокамеры одновременно три изображения, соответствующие проекции частицы на три плоскости.The closest in technical essence to the proposed method is a method of analysis of suspended particles (Pat. RU 2436067, G01N 15/02, 10/22/2010), which allows you to get three images on the camera’s photocathode, corresponding to the projection of the particle onto three planes.

Недостаток данного способа состоит в том, что в широком размерном диапазоне сложно обеспечить быструю фокусировку видеокамеры при резком изменении размеров частиц, кроме этого при определении размеров малых частиц возникает дополнительная погрешность, обусловленная пределом разрешающей способности видеокамеры, что затрудняет как определение формы, так и размеров, и вызывает дополнительные погрешности и ограничение диапазона измерения.The disadvantage of this method is that in a wide size range it is difficult to ensure fast focusing of the video camera with a sharp change in particle size, in addition, when determining the size of small particles, an additional error arises due to the limit of the resolution of the video camera, which makes it difficult to determine the shape and size, and causes additional errors and limitation of the measurement range.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении информативности данных при измерении размеров малых частиц, а также определения их формы и ориентации в пространстве.The technical result that can be obtained by carrying out the invention consists in increasing the information content of the data when measuring the size of small particles, as well as determining their shape and orientation in space.

Этот результат достигается тем, что устройство анализа взвешенных частиц, включающее источник лазерного излучения, системы объективов и зеркал, где световой пучок разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц и регистрация изображений частицы происходит с трех углов светового потока, а в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру, при этом для повышения точности измерения дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, зеркало, полупрозрачное эллиптическое зеркало, объектив с зеркалом, диафрагму, ловушку света, фотоэлектронный умножитель, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к компьютеру, два цифро-аналоговых преобразователя, подключенных к компьютеру, два усилителя мощности соответственно для управления лазером и вентилятором, матрицу ПЗС (вместо видеокамеры), к которой подключен усилитель, аналого-цифровой преобразователь, DSP-процессор, к компьютеру также подключены жидкокристаллический индикатор и интерфейс сопряжения с внешними устройствами.This result is achieved by the fact that the device for analysis of suspended particles, including a laser source, systems of lenses and mirrors, where the light beam is rotated uniformly at an angle to the original beam and again passed through the particle stream and particle images are recorded from three angles of the light stream, and the registration plane, these images are transferred by the lens of a camcorder connected to a personal computer; in addition, to increase the accuracy of measurement, it additionally contains a translucent mirror , a mirror, a translucent elliptical mirror, a lens with a mirror, aperture, a light trap, a photomultiplier tube, an amplifier, an analog-to-digital converter connected to a computer, two digital-to-analog converters connected to a computer, two power amplifiers, respectively, for controlling a laser and a fan, a CCD matrix (instead of a video camera), to which an amplifier, an analog-to-digital converter, a DSP processor are connected, a liquid-crystal indicator and an interface for interfacing with shnimi devices.

На фиг. 1 представлена общая схема устройства по предлагаемому способу.In FIG. 1 presents a General diagram of the device according to the proposed method.

Устройство содержит: сферический корпус с внутренним светопоглощающим покрытием 1, полупрозрачное эллиптическое зеркало 2, счетный объем 3, лазерный излучатель 4, объективы 4-11, 21, зеркала 12-16, 19, полупрозрачное зеркало 17, смотровое окно 18, световую ловушку 20, диафрагму 22, фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 23, усилители 24, 27, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 25, 28, ПЗС-матрицу 26, DSP-процессор 29, компьютер (микроконтроллер) 30, цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) 31, 33, усилители мощности 32, 34, вентилятор (компрессор) 35, интерфейс сопряжения с устройствами 36, жидкокристаллический экран 37, патрубок забора пробы 38.The device comprises: a spherical body with an internal light-absorbing coating 1, a translucent elliptical mirror 2, a countable volume 3, a laser emitter 4, lenses 4-11, 21, mirrors 12-16, 19, a translucent mirror 17, a viewing window 18, a light trap 20, aperture 22, photomultiplier tube (PMT) 23, amplifiers 24, 27, analog-to-digital converters (ADC) 25, 28, CCD matrix 26, DSP processor 29, computer (microcontroller) 30, digital-to-analog converters (DAC) 31 , 33, power amplifiers 32, 34, fan (compressor) 35, interface to interface with the device 36, liquid crystal screen 37, sampling pipe 38.

Работает устройство по предлагаемому способу следующим образом.The device operates by the proposed method as follows.

Поток частиц (область 3) освещают световым пучком, формируемым лазерным излучателем 4 и объективом 5. После прохождения потока этот световой пучок системой объективов 5, 9, 11, 7, 10 и зеркал 14, 16, 12, 15 разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц, где световой пучок проходит "трижды" через счетную область потока частиц 3, в плоскость регистрации эти изображения переносятся соответствующим объективом 6, ПЗС-матрицой 26, усилителем 27, АЦП 28, DSP-процессором 29, подключенным к компьютеру (микроконтроллеру) 30. Одновременно объектив ПЗС-матрицы строит в плоскости регистрации три изображения частицы в разных проекциях. При этом все три изображения пространственно разнесены путем соответствующей юстировки зеркал 12, 14, 15, 16.The particle stream (region 3) is illuminated with a light beam formed by a laser emitter 4 and lens 5. After passing through the stream, this light beam is deployed uniformly at an angle to the original system of lenses 5, 9, 11, 7, 10 and mirrors 14, 16, 12, 15 beam and again passed through a particle stream, where the light beam passes “three times” through the counting region of the particle stream 3, these images are transferred to the registration plane by the corresponding lens 6, a CCD matrix 26, an amplifier 27, an ADC 28, a DSP processor 29 connected to computer (microcontroller) 30. Od TERM lens CCD is built in the recording plane three images particles in different projections. In this case, all three images are spatially separated by appropriate alignment of the mirrors 12, 14, 15, 16.

Кроме регистрации изображений частиц в трех проекциях, устройство регистрирует рассеянное частицами и собранное эллиптическим зеркалом (эллипсоидом вращения) излучение при помощи фотоэлектронного умножителя. Для чего при помощи полупрозрачного зеркала 17, зеркала 13 и объектива 8 дополнительно направляется в счетный объем 3 и с помощью полупрозрачного эллиптического зеркала 2, смотрового окна 18, объектива 19, диафрагмы 22 на фотоэлектронном умножителе 23 регистрируются рассеянные частицами световые импульсы, а прямой световой поток поглощается ловушкой света 20, отражаясь от зеркала 19. С фотоэлектронного умножителя 23 электрический сигнал, пропорциональный рассеянному от частицы световому импульсу, усиливается в усилителе 24, преобразуется из аналоговой в цифровую форму при помощи АЦП 25 и поступает в компьютер (микроконтроллер) для дальнейшей обработки.In addition to registering particle images in three projections, the device detects radiation scattered by particles and collected by an elliptical mirror (rotation ellipsoid) using a photoelectron multiplier. For this, using a translucent mirror 17, a mirror 13 and a lens 8, it is additionally directed to a counting volume 3 and using a translucent elliptical mirror 2, a viewing window 18, a lens 19, an aperture 22, light pulses scattered by the particles are recorded on the photoelectronic multiplier 23, and the direct light flux absorbed by the light trap 20, reflected from the mirror 19. From the photoelectron multiplier 23, an electric signal proportional to the light pulse scattered from the particle is amplified in the amplifier 24, is converted from analog digitally using the ADC 25 and enters the computer (microcontroller) for further processing.

Компьютер (микроконтроллер) 30 управляет работой лазера 4 при помощи цифроаналогового преобразователя ЦАП 31 и усилителя мощности 32, а также управляет работой вентилятора (компрессора) 35 при помощи цифроаналогового преобразователя ЦАП 33 и усилителя мощности 34.A computer (microcontroller) 30 controls the operation of the laser 4 using a digital-to-analog converter DAC 31 and a power amplifier 32, and also controls the operation of a fan (compressor) 35 using a digital-to-analog converter DAC 33 and a power amplifier 34.

Вентилятор (компрессор) 35 через патрубок забора пробы 38 обеспечивает доставку анализируемых частиц в счетный объем 3.A fan (compressor) 35 through the sampling pipe 38 provides delivery of the analyzed particles to the counting volume 3.

Результаты проведенных измерений выдаются на жидкокристаллический экран 37, а также могут быть переданы на внешние устройства при помощи интерфейса сопряжения с устройствами 36.The results of the measurements are displayed on the liquid crystal screen 37, and can also be transferred to external devices using the interface to interface with devices 36.

Сферический корпус 1 внутри покрыт специальным светопоглощающим составом для устранения паразитных отраженных световых импульсов.The spherical body 1 inside is covered with a special light-absorbing composition to eliminate stray reflected light pulses.

Таким образом, рассмотренное устройство, в отличие от известных, позволяет получить в плоскости регистрации одновременно три изображения каждой частицы, а также регистрировать при помощи полупрозрачного эллиптического зеркала и фотоэлектронного умножителя дополнительную информацию, позволяющую более точно определять размеры частиц вне зависимости от комплексного показателя преломления в более широком размерном диапазоне.Thus, the considered device, unlike the known ones, allows one to obtain simultaneously three images of each particle in the registration plane, as well as to register additional information with the help of a translucent elliptical mirror and a photoelectronic multiplier, which allows more accurate determination of particle sizes regardless of the complex refractive index in more wide size range.

Устройство существенно повышает информативность и точность измерений.The device significantly increases the information content and accuracy of measurements.

Claims (1)

Устройство анализа взвешенных частиц, включающее источник лазерного излучения, системы объективов и зеркал, где световой пучок разворачивают равномерно под углом к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц и регистрация изображений частицы происходит с трех углов светового потока, а в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к персональному компьютеру, отличающееся тем, что для повышения точности измерения устройство дополнительно содержит полупрозрачное зеркало, шесть зеркал, полупрозрачное эллиптическое зеркало, объектив, диафрагму, ловушку света, фотоэлектронный умножитель, усилитель, аналого-цифровой преобразователь, подключенный к компьютеру, два цифро-аналоговых преобразователя, подключенных к компьютеру, два усилителя мощности соответственно для управления лазером и вентилятором, матрицу ПЗС, к которой подключен усилитель, аналого-цифровой преобразователь, DSP-процессор, при этом к компьютеру также подключены жидкокристаллический индикатор и интерфейс сопряжения с внешними устройствами.A device for analyzing suspended particles, including a laser source, a system of lenses and mirrors, where the light beam is rotated uniformly at an angle to the original beam and again passed through the particle stream and particle images are recorded from three angles of the light stream, and these images are transferred to the registration plane by the lens video camera connected to a personal computer, characterized in that to increase the accuracy of the measurement, the device further comprises a translucent mirror, six mirrors al, a translucent elliptical mirror, a lens, a diaphragm, a light trap, a photomultiplier tube, an amplifier, an analog-to-digital converter connected to a computer, two digital-to-analog converters connected to a computer, two power amplifiers, respectively, for controlling a laser and a fan, a CCD matrix, to which an amplifier, an analog-to-digital converter, a DSP processor are connected, while a liquid crystal indicator and an interface for interfacing with external devices are also connected to the computer.
RU2016111888A 2016-03-29 2016-03-29 Optical-electronic device for controlling suspended particles RU2626750C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016111888A RU2626750C1 (en) 2016-03-29 2016-03-29 Optical-electronic device for controlling suspended particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016111888A RU2626750C1 (en) 2016-03-29 2016-03-29 Optical-electronic device for controlling suspended particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626750C1 true RU2626750C1 (en) 2017-07-31

Family

ID=59632493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016111888A RU2626750C1 (en) 2016-03-29 2016-03-29 Optical-electronic device for controlling suspended particles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626750C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080121026A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Cummins Filtration Ip, Inc. Combination contaminant size and nature sensing system and method for diagnosing contamination issues in fluids
RU2498269C1 (en) * 2012-04-16 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Analysis method of dirtiness of motor oil of internal combustion engine with disperse particles
RU2516200C2 (en) * 2012-06-15 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Device to analyse contamination of motor oil of internal combustion engine by disperse particles

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080121026A1 (en) * 2006-11-28 2008-05-29 Cummins Filtration Ip, Inc. Combination contaminant size and nature sensing system and method for diagnosing contamination issues in fluids
RU2498269C1 (en) * 2012-04-16 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Analysis method of dirtiness of motor oil of internal combustion engine with disperse particles
RU2516200C2 (en) * 2012-06-15 2014-05-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") Device to analyse contamination of motor oil of internal combustion engine by disperse particles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2825644B2 (en) Particle size analysis method and apparatus
US3851169A (en) Apparatus for measuring aerosol particles
JP2013108950A (en) Defect inspection method and device
CN108603825A (en) For being detected to independent fluid bearings particle and/or the method and apparatus of morphological analysis
US10113945B2 (en) Method and apparatus for combining measurements of particle characteristics using light scattering and optical imaging
US4441816A (en) Optical double-slit particle measuring system
CN110553955B (en) Particle size distribution measuring method and system based on light scattering field
CN106066315A (en) For characterizing and quantify the picking images of microgranule sample
JP6726687B2 (en) Particle analyzer and particle analysis method
JPH04249742A (en) Measuring apparatus of particle size distribution
US9909972B2 (en) Multi-camera apparatus for observation of microscopic movements and counting of particles in colloids and its calibration
RU2626750C1 (en) Optical-electronic device for controlling suspended particles
RU2622494C1 (en) Method for analyzing suspended particles
CN108398104A (en) The photoelectricity dynamic angle measuring devices and its method of random error can be reduced
CN108872152B (en) Particle refractive index measuring method, computer device and computer readable storage medium
CN115165683B (en) Aerosol particle size distribution measuring method and system
JP4792611B2 (en) Particle measuring device
CN206235769U (en) A kind of mobile phone spectrometer
JP2009229103A (en) Quantification method of metal colloid
RU2293971C2 (en) Radiography and tomography device
JPH0277636A (en) Particle measuring device
JP4105888B2 (en) Particle size distribution measuring device
RU2602492C2 (en) Device for measuring the location of wires in gas wire chambers
CN114609093B (en) Method for calculating scattering phase function of imaging turbidimeter based on fish-eye lens
TWI813127B (en) Optical system and method for detecting particles

Legal Events

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

Effective date: 20180330