RU2652662C1 - Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе - Google Patents
Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2652662C1 RU2652662C1 RU2017120779A RU2017120779A RU2652662C1 RU 2652662 C1 RU2652662 C1 RU 2652662C1 RU 2017120779 A RU2017120779 A RU 2017120779A RU 2017120779 A RU2017120779 A RU 2017120779A RU 2652662 C1 RU2652662 C1 RU 2652662C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- mass
- distribution
- lens
- suspended particles
- Prior art date
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 14
- 239000006100 radiation absorber Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 8
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технике измерений, в частности к оптическим методам контроля, и может использоваться в электронной и химической промышленности, в медицине, биологии, экологии, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с определением параметров взвешенных частиц. Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе содержит лазерный излучатель, генератор, пьезоизлучатель. Дополнительно содержит двояковогнутую линзу, оптический рассеиватель, поглотитель оптического излучения, смотровое окно, щель, объектив коллиматора, треугольную призму, объектив, ПЗС-матрицу и микропроцессорное устройство управления и обработки. Технический результат – повышение точности данных при определении распределения взвешенных частиц по массе. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерений, в частности к оптическим методам контроля и может использоваться в электронной и химической промышленности, в медицине, биологии, экологии, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с определением параметров взвешенных частиц.
Известен способ анализа взвешенных частиц (АС SU 507807, МПК G01N 15/02, опубл. 08.01.1974 г.), основанный на облучении исследуемого объекта электромагнитным и акустическим излучениями и регистрации рассеянного частицами электромагнитного излучения, в котором с целью повышения точности анализа, облучение осуществляют одновременно обоими видами излучений, регистрируют изменение частоты: моночастотного электромагнитного излучения, а размер частиц находят по формуле: 
, где η - коэффициент вязкости среды; V0 - амплитуда скорости частиц под действием акустических колебаний; Δf - максимальное изменение частот отраженного моночастотного электромагнитного излучения; λ - длина волны моночастотного электромагнитного излучения; ρ - плотность частицы; F - частота акустических колебаний. Недостатком способа является сложность реализации, а также отсутствие возможности определения распределения частиц по массе.
Известен фотоэлектрический способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц (АС SU № 1520399, МПК G01N 15/02, опубл. 07.11.1989 г.), заключающийся в том, что в потоке частиц, освещенном неподвижным пучком света, возбуждают акустическое колебание в направлении, перпендикулярном направлению потока и оси пучка, и регистрируют "пачки" импульсов рассеянного частицами света, возникающие при пересечении пучка света колеблющимися частицами, по амплитудам которых судят о размерах частиц, а по средней частоте повторений "пачек" - о концентрации частиц. Устройство, реализующее способ, содержит осветитель объектив, узел формирования потока аэрозоля, излучатель акустических колебаний, ловушку света, объектив, фотоприемник, блок обработки сигналов, приемно-анализирующий блок. Недостатком данного способа является отсутствие возможности определения распределения в среде частиц по массе.
Известен способ определения параметров дисперсных частиц (АС SU № 1508742, МПК G01N 15/02, опубл. 07.07.1992 г.), заключающийся в том, что объем с дисперсными частицами зондируют пучком маломощного лазерного излучения. Излучение, отраженное частицами назад, оптически смешивают с зондирующим измерением, регистрируют частотный спектр биений, из которого находят распределение частиц по скоростям, затем одновременно с зондирующим лазерным излучением счетный объем подвергают воздействию мощного лазерного импульса на длине волны, отличной от длин волны зондирующего лазера. По изменению частотного спектра биений отраженного зондирующего лазерного излучения определяют распределение частиц по размерам. Устройство, реализующее способ, содержит источник света, фотоприемный блок, акустические излучатели, преобразователи, блок обработки. К недостаткам можно отнести: использование мощной, дорогостоящей лазерной установки, сложность реализации и сложность обработки результатов измерений при большом количестве частиц в среде.
Известен способ измерения скорости и перемещения исследуемой среды (Пат. RU 2150707, МПК G01P5/26, опубл. 15.03.1999 г.), заключающийся в том, что в среде возбуждают акустическую волну, пропускают через среду световой пучок и регистрируют изменения характеристик светового пучка на выходе из среды, по которым и судят о скорости и перемещении среды. Недостатком отсутствие возможности определения распределения в среде частиц по массе.
В качестве прототипа выбран способ определения геометрических параметров дисперсных частиц (Пат. RU № 2346261, МПК G01N 15/02, опубл. 10.02.2009 г.), включающий зондирование исследуемой дисперсной среды пучком маломощного лазерного излучения и воздействия импульсов ультразвуковых колебаний, и по регистрируемым динамической составляющей рассеянного и отраженного от дисперсных частиц излучениям определяют их собственные частоты механических колебаний, из которых находят размер частиц. Устройство, реализующее способ, содержит лазер (лазерный излучатель), светоделитель, световод, объектив, фотоприемник, аналого-цифровой преобразователь, ЭВМ, цифро-аналоговый преобразователь, ультразвуковой генератор (генератор) и излучатель ультразвуковых колебаний (пьезоизлучатель). К недостаткам способа можно отнести сложность обработки результатов измерений при большом количестве частиц в среде, а также отсутствие возможности определения распределения частиц по массе.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, состоит в повышении точности данных при измерении распределения взвешенных частиц по массе.
Этот результат достигается тем, что устройство определения распределения взвешенных частиц по массе, содержащее лазерный излучатель, генератор, пьезоизлучатель, а для повышения точности определения распределения частиц по массе дополнительно содержит двояковогнутую линзу, оптический рассеиватель, поглотитель оптического излучения, смотровое окно, щель, объектив коллиматора, треугольную призму, объектив, ПЗС-матрицу и микропроцессорное устройство управления и обработки.
На чертеже представлено устройство.
Устройство содержит следующее: 1 - генератор, 2 - пьезоизлучатель, 3 - поглотитель оптического излучения, 4 - акустическое колебание (волна), 5 - оптический рассеиватель, 6 - смотровое окно, 7 – щель, 8- объектив коллиматора, 9 – двояковогнутая линза, 10 - лазерный излучатель, 11 – треугольная призма, 12 - объектив, 13 - ПЗС-матрица, 14 - микропроцессорное устройство управления и обработки.
Устройство работает следующим образом. Воздушный поток, содержащий частицы, пропускают через измерительный объем устройства (не обозначен). Этот объем подвергают акустическим колебаниям 4 с помощью пьезоизлучателя 2. Частицы, находящиеся в измерительном объёме совершают колебательные движения, при этом скорость отдельной частицы зависит от силы, действующей на частицу, массы частицы, частоты колебаний частицы, а также свойств среды, в которой движется частица. Частица достигает максимальной скорости, когда частота колебаний среды совпадает с резонансной частотой колебаний частицы.
Акустические колебания 4 в измерительном объеме создает пьезоизлучатель 2 и генератор 1, частоту которого задает микропроцессорное устройство управления и обработки 14. При монотонном увеличении частоты колебаний среды отдельные частицы входят в резонанс, когда частота свободных колебаний частиц совпадает с частотой колебаний среды. Частота свободных колебаний частицы зависит от массы этой частицы. Следовательно, если увеличивать частоту колебаний среды, то частицы с различной массой начнут последовательно входить в резонанс. Скорость движения этих частиц будет значительно выше скорости движения других частиц, находящихся в измерительном объёме.
Измерение скорости движения частиц осуществляется доплеровским методом. Для этого измерительный объем равномерно освещается монохроматическим светом с помощью лазерного излучателя 10, двояковогнутой линзы 9, оптического рассеивателя 5. Чтобы свет отражался только от частиц, находящихся в измерительном объёме, стенки этого объема обклеены поглотителем оптического излучения 3. Рассеиваемый частицами свет через смотровое стекло 6, щель 7, объектив коллиматора 8, треугольную призму 11 и объектив 12 поступает в виде спектра на ПЗС-матрицу 13.
Если частицы в измерительном объеме находятся неподвижно, то спектр отраженного от них света представляет собой одну линию, соответствующую частоте излучения лазерного излучателя 10. Эту линию размещают у края ПЗС-матрицы 13. После включения генератора 1 в измерительном объеме наблюдаются колебания среды и частиц, меняется частота отраженного от частиц света, т.е. происходит частотная модуляция лазерного излучения. Так как движение частиц осуществляется по синусоидальному закону, то происходит увеличение ширины линии спектра. Если группа частиц одной массы входит в резонанс, то происходит увеличение ширины и уменьшение амплитуды линии спектра. Следовательно, к частотной модуляции монохроматического света добавляется амплитудная модуляция. Ширина полученного спектра несет информацию о массе частицы, находящейся в резонансе, а амплитуда спектра – о процентном соотношении этих частиц относительно их общего числа. Информация о спектре поступает в микропроцессорное устройство управления и обработки 14, где происходит определение распределения взвешенных частиц по массе путем обработки получаемых изображений по заданному алгоритму.
Таким образом, рассмотренное устройство, в отличие от известных, позволяет существенно повысить точность данных при определении распределения взвешенных частиц по массе.
Claims (1)
- Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе, содержащее лазерный излучатель, генератор, пьезоизлучатель, отличающееся тем, что дополнительно содержит двояковогнутую линзу, оптический рассеиватель, поглотитель оптического излучения, смотровое окно, щель, объектив коллиматора, треугольную призму, объектив, ПЗС-матрицу и микропроцессорное устройство управления и обработки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017120779A RU2652662C1 (ru) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017120779A RU2652662C1 (ru) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2652662C1 true RU2652662C1 (ru) | 2018-04-28 |
Family
ID=62105349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017120779A RU2652662C1 (ru) | 2017-06-14 | 2017-06-14 | Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2652662C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU187103U1 (ru) * | 2018-11-09 | 2019-02-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Устройство для исследования планктона в среде обитания |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4633714A (en) * | 1985-08-13 | 1987-01-06 | University Of Arkansas | Aerosol particle charge and size analyzer |
| JPH08136434A (ja) * | 1994-11-05 | 1996-05-31 | Horiba Ltd | 粒度分布解析方法 |
| RU2346261C1 (ru) * | 2007-07-09 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ определения параметров дисперсных частиц |
| US20090316151A1 (en) * | 2005-09-14 | 2009-12-24 | University Of Washington | Dynamic characterization of particles with flow cytometry |
| US20140305191A1 (en) * | 2011-11-04 | 2014-10-16 | Danmarks Tekniske Universitet | Resonant fiber based aerosol particle sensor and method |
-
2017
- 2017-06-14 RU RU2017120779A patent/RU2652662C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4633714A (en) * | 1985-08-13 | 1987-01-06 | University Of Arkansas | Aerosol particle charge and size analyzer |
| JPH08136434A (ja) * | 1994-11-05 | 1996-05-31 | Horiba Ltd | 粒度分布解析方法 |
| US20090316151A1 (en) * | 2005-09-14 | 2009-12-24 | University Of Washington | Dynamic characterization of particles with flow cytometry |
| RU2346261C1 (ru) * | 2007-07-09 | 2009-02-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ определения параметров дисперсных частиц |
| US20140305191A1 (en) * | 2011-11-04 | 2014-10-16 | Danmarks Tekniske Universitet | Resonant fiber based aerosol particle sensor and method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU187103U1 (ru) * | 2018-11-09 | 2019-02-19 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Устройство для исследования планктона в среде обитания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7123363B2 (en) | Speckle pattern analysis method and system | |
| CN105699315B (zh) | 太赫兹波测量装置、测量方法以及测量仪器 | |
| JP6910083B2 (ja) | 超音波粒子径測定器及び超音波測定装置 | |
| CN107356320A (zh) | 一种脉冲超声声场检测装置与方法 | |
| Royer et al. | Quantitative imaging of transient acoustic fields by optical heterodyne interferometry | |
| RU2346261C1 (ru) | Способ определения параметров дисперсных частиц | |
| US20220178817A1 (en) | Optical Analysis Method and Optical Analysis System | |
| RU2652662C1 (ru) | Устройство определения распределения взвешенных частиц по массе | |
| GB2358703A (en) | An optical system for determining particle size distribution | |
| Jia et al. | Optical heterodyne detection of pulsed ultrasonic pressures | |
| JP2009025027A (ja) | 浮遊物質解析方法及び浮遊物質解析システム | |
| RU2652654C1 (ru) | Способ определения распределения взвешенных частиц по массе | |
| JP5360391B2 (ja) | 粒子測定方法および装置 | |
| CN210294066U (zh) | 一种用于获得痕量质量和分子结构信息的高通量探测装置 | |
| RU2650753C1 (ru) | Способ определения параметров взвешенных частиц | |
| US6094266A (en) | Detector for determining particle size distribution in an oscillating flow field | |
| Sriram et al. | Scanning laser Doppler techniques for vibration testing | |
| CN110231245B (zh) | 一种用于获得痕量质量和分子结构信息的高通量探测系统 | |
| RU2655728C1 (ru) | Устройство определения параметров взвешенных частиц | |
| Spiekhout et al. | Time-resolved absolute radius estimation of vibrating contrast microbubbles using an acoustical camera | |
| Lal et al. | Whole-field laser vibrometer for buried land mine detection | |
| Emery et al. | MEMS and MOEMS resonant frequencies analysis by digital holography microscopy (DHM) | |
| RU2675076C1 (ru) | Способ измерения частотных характеристик механических конструкций оптическим методом | |
| JP2010261910A (ja) | 動的超音波散乱法測定装置および微粒子の解析方法 | |
| DiMarzio et al. | New imaging technique combining diffusive photon-density waves and focused ultrasound |