RU2659192C1 - Method for determination of impurities in liquid media - Google Patents
Method for determination of impurities in liquid media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659192C1 RU2659192C1 RU2017121782A RU2017121782A RU2659192C1 RU 2659192 C1 RU2659192 C1 RU 2659192C1 RU 2017121782 A RU2017121782 A RU 2017121782A RU 2017121782 A RU2017121782 A RU 2017121782A RU 2659192 C1 RU2659192 C1 RU 2659192C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impurities
- liquid
- speckle
- sample
- field
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title abstract description 32
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 12
- 230000005281 excited state Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000005337 ground glass Substances 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
Abstract
Description
Изобретение относится к области диагностики и контроля качества жидкостей и может найти применение в машиностроении, энергетике, авиации и других областях техники при анализе технических жидкостей на наличие в них различного рода непрозрачных и прозрачных (но отличающихся от жидкости показателем преломления) примесей.The invention relates to the field of diagnostics and quality control of liquids and can be used in mechanical engineering, energy, aviation and other areas of technology in the analysis of technical fluids for the presence of various kinds of opaque and transparent (but different from the liquid refractive index) impurities.
Известен способ экспресс-идентификации и контроля качества жидкостей, который состоит в том, что пробу исследуемой жидкости в виде тонкого слоя со свободной поверхностью облучают поглощающимся жидкостью лазерным импульсом, а идентификация и контроль качества жидкости проводится по индивидуальным особенностям процесса развития и релаксации термокапиллярного отклика, который наблюдается с помощью лазерного луча [см., например, Птент RU 2247968 C1, МПК G01N 21/00, опубл. 10.03.2005].There is a method of express identification and quality control of liquids, which consists in the fact that a sample of a liquid under investigation in the form of a thin layer with a free surface is irradiated with a laser pulse absorbed by the liquid, and the identification and quality control of the fluid is carried out according to individual features of the development and relaxation process of the thermocapillary response, which observed using a laser beam [see, for example, Pent RU 2247968 C1, IPC G01N 21/00, publ. March 10, 2005].
Недостатком данного способа является низкая точность определения наличия примесей во всем объеме исследуемой жидкости вследствие искажения структуры контролируемой жидкости при формировании пленки.The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the presence of impurities in the entire volume of the test liquid due to the distortion of the structure of the controlled liquid during film formation.
Известен способ определения сверхмалых концентраций примесей в растворах и газах, основанный на пропускании лазерного излучения через контролируемую жидкость и при последующем анализе регистрируемых изображений, формирующихся в результате комбинационного рассеяния лазерного излучения, проходящего через измерительную кювету с исследуемым объектом [см., например, Сборник научных трудов «Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011» С. 59-60].A known method for determining ultra-low concentrations of impurities in solutions and gases, based on the transmission of laser radiation through a controlled fluid and the subsequent analysis of the recorded images formed as a result of Raman scattering of laser radiation passing through the measuring cell with the object under study [see, for example, Collection of scientific papers “Scientific session of NRNU MEPI-2011” p. 59-60].
Недостатком данного способа является зависимость точности определения примесей от разрешения объектива оптической системы и системы регистрации данных.The disadvantage of this method is the dependence of the accuracy of determination of impurities on the resolution of the lens of the optical system and the data recording system.
Наиболее близким по своей технической сущности является способ определения микрочастиц в жидкости методом цифровой голографии, заключающийся в облучении жидкости лазерным излучением, получении изображений слоев исследуемой жидкости и распознавании малых рассеивающих частиц в произвольном сечении объема на основе определения корреляционных функций регистрируемых голограмм в соответствующем слое контролируемой жидкости [Petrov N.V. Correlation characterization of particles in volume based on peak-to-basement ratio. Scientific reports. 2017. Т. 7.]. В данном способе измерительную кювету освещают лазерным излучением и получают изображения объема среды в нескольких слоях. Оценку изображений проводят по результатам корреляционного анализа.The closest in technical essence is the method of determining microparticles in a liquid by digital holography, consisting in irradiating the liquid with laser radiation, obtaining images of the layers of the test liquid and recognizing small scattering particles in an arbitrary section of the volume based on determining the correlation functions of recorded holograms in the corresponding layer of the controlled liquid [ Petrov NV Correlation characterization of particles in volume based on peak-to-basement ratio. Scientific reports. 2017. V. 7.]. In this method, the measuring cuvette is illuminated with laser radiation and images of the volume of the medium in several layers are obtained. Image assessment is carried out according to the results of correlation analysis.
Основным недостатком предлагаемого способа является недостаточная точность определения примесей, обусловленная затенением изображений последовательных слоев друг другом.The main disadvantage of the proposed method is the lack of accuracy in the determination of impurities, due to the shading of images of successive layers with each other.
Технический результат изобретения - повышение точности определения примесей в жидких средах.The technical result of the invention is to improve the accuracy of determining impurities in liquid media.
Технический результат достигается тем, что производится отбор пробы контролируемой жидкости, пропускание через жидкость лазерного излучения и оценка параметров примесей, отличающийся тем, что после отбора пробу перемешивают, формируют спекл-поле лазерного излучения, регистрируют спекл-изображения лазерного пучка, прошедшего через контролируемую жидкость, выдерживают некоторое время до полного оседания примесей в пробе жидкости и повторно регистрируют спекл-изображение, оценку параметров примесей проводят по значению коэффициента корреляции двух спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном состоянии жидкости и в состоянии ее покоя.The technical result is achieved by taking a sample of a controlled liquid, passing laser radiation through the liquid and evaluating the parameters of impurities, characterized in that after sampling the sample is mixed, a laser radiation speckle field is formed, the speckle image of the laser beam passing through the controlled liquid is formed, stand for some time until complete sedimentation of impurities in the fluid sample and re-register the speckle image, the evaluation of the parameters of impurities is carried out according to the value of the coefficient orrelyatsii two speckle images captured by the liquid in the excited state and in its rest state.
Сущность изобретения заключается в том, что после отбора пробу перемешивают, формируют спекл-поле лазерного излучения, регистрируют спекл-изображения лазерного пучка, прошедшего через контролируемую жидкость, выдерживают некоторое время до полного оседания примесей в пробе жидкости и повторно регистрируют спекл-изображение, а оценку параметров примесей проводят по значению коэффициента корреляции двух спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном состоянии пробы жидкости и в состоянии ее покоя.The essence of the invention lies in the fact that after sampling the sample is mixed, the laser radiation speckle field is formed, the speckle image of the laser beam passing through the controlled liquid is recorded, it is kept for a while until the impurities are completely settled in the liquid sample and the speckle image is re-recorded impurity parameters are carried out according to the value of the correlation coefficient of two speckle images recorded in the excited state of the fluid sample and in the state of its rest.
Перемешивание обеспечивает создание однородной взвеси частиц за счет равномерного распределения находящихся в пробе примесей. Перемешивание может быть выполнено с помощью мешалки [см., например, http://ulab.nt-it.ru/images/manuals/8/us-1550a-d.pdf].Mixing ensures the creation of a uniform suspension of particles due to the uniform distribution of impurities in the sample. Mixing can be performed using a mixer [see, for example, http://ulab.nt-it.ru/images/manuals/8/us-1550a-d.pdf].
Использование спекл-поля обеспечивает получение спекл-изображений при малейшем изменении концентрации и размеров примесей в жидкой пробе. [Vladimirov А.P. / Dynamic speckle interferometry of microscopic and macroscopic processes in deformable media. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, 6.08.2015, C. 27-57]. Формирование спекл-поля лазерного излучения может быть выполнено с помощью фазового элемента, например, матового стекла [см., например, М. Франсон. Оптика спеклов. - М.: Мир. 1980. С. 57], а сам размер спекл-пятен может изменяться посредством фокусировки и/или дефокусировки зондирующего лазерного пучка. Фазовый элемент обеспечивает равномерное спекл-поле за счет множества центров рассеивания. Регистрация спекл-изображения лазерного излучения, прошедшего через контролируемую жидкость, может быть выполнена, например, ПЗС-матрицей [см., например, Патент RU 112991, МПК G01B 5/28, опубл. 27.01.2012 г.]. Определяют коэффициент корреляции спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном состоянии жидкости и при ее покое; по его значению принимают решение о наличии либо отсутствии примесей в исследуемой жидкости. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.The use of speckle-field provides obtaining speckle images with the slightest change in the concentration and size of impurities in the liquid sample. [Vladimirov A.P. / Dynamic speckle interferometry of microscopic and macroscopic processes in deformable media. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures, August 6, 2015, pp. 27-57]. The formation of the speckle-field of laser radiation can be performed using a phase element, for example, ground glass [see, for example, M. Franson. Optics speckles. - M .: Mir. 1980. S. 57], and the size of the speckle spots can be changed by focusing and / or defocusing of the probing laser beam. The phase element provides a uniform speckle-field due to the multiple centers of dispersion. Registration of a speckle image of laser radiation transmitted through a controlled fluid can be performed, for example, with a CCD matrix [see, for example, Patent RU 112991, IPC G01B 5/28, publ. January 27, 2012]. Determine the coefficient of correlation of speckle images recorded in the excited state of the liquid and when it is at rest; according to its value, decisions are made on the presence or absence of impurities in the liquid under study. This achieves the technical result indicated in the invention.
Способ может быть реализован, например, с помощью устройства, блок-схема которого приведена на фигуре, где обозначено: 1 - лазер, 2 - формирователь спекл-поля, 3 - измерительная кювета, 4 - блок перемешивания, 5 - оптический регистратор спекл-картин, 6 - решающее устройство.The method can be implemented, for example, using a device whose block diagram is shown in the figure where: 1 - laser, 2 - speckle field generator, 3 - measuring cell, 4 - mixing unit, 5 - optical speckle recorder , 6 - solver.
Назначение формирователя спекл-поля 2 и блока перемешивания 4 ясно из их названия.The purpose of the speckle-field former 2 and mixing block 4 is clear from their name.
Оптический регистратор спекл-изображений 5 предназначен для регистрации и передачи спекл-изображений на решающее устройство 6, он может быть выполнен в виде ПЗС-матрицы [см., например, Патент RU 112991, МПК G01B 5/28, опубл. 27.01.2012 г.].The optical recorder of speckle images 5 is intended for recording and transmitting speckle images to a resolver 6, it can be made in the form of a CCD matrix [see, for example, Patent RU 112991, IPC G01B 5/28, publ. January 27, 2012].
Решающее устройство 6 предназначено для определения коэффициента корреляции между двумя спекл-изображениями, зарегистрированными в возмущенном состоянии и в состоянии покоя, и принятия решения о наличии либо отсутствии примесей по значению вычисленного коэффициента корреляции. Решающее устройство может быть выполнено на базе ЭВМ со специализированным программным обеспечением, разработанным, например [см., например, Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2014617227, опубл. 15.07.2014 г.].Solver 6 is designed to determine the correlation coefficient between two speckle images recorded in a disturbed state and at rest, and to make a decision on the presence or absence of impurities by the value of the calculated correlation coefficient. The solver can be executed on a computer base with specialized software developed, for example [see, for example, the Certificate of state registration of a computer program 2014617227, publ. July 15, 2014].
Устройство работает следующим образом: осуществляют отбор пробы контролируемой жидкости в измерительную кювету 3. Перемешивают жидкую пробу с помощью блока перемешивания 4. Сформированное спекл-поле проецируют на возбужденную контролируемую жидкость, выходящее из кюветы световое поле регистрируют с помощью оптического регистратора 5 в виде спекл-изображения. Затем кювета с пробой жидкости выдерживается промежуток времени, соответствующий полному оседанию примесей на дно измерительной кюветы 3, и производят повторную регистрацию спекл-изображения. Определяют коэффициент корреляции между двумя зарегистрированными спекл-изображениями и по его значению решающее устройство выдает информацию о наличии либо отсутствии примесей в объеме контролируемой жидкой пробе.The device works as follows: sampling of the controlled liquid is carried out in the measuring cell 3. The liquid sample is mixed using the mixing unit 4. The formed speckle-field is projected onto the excited controlled liquid, the light field leaving the cell is recorded with the help of the optical recorder 5 in the form of a speckle image . Then the cuvette with the breakdown of the liquid is maintained for a period of time corresponding to the complete settling of impurities at the bottom of the measuring cuvette 3, and the speckle image is re-recorded. The correlation coefficient between the two recorded speckle images is determined, and by its value the resolver gives information about the presence or absence of impurities in the volume of the controlled liquid sample.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017121782A RU2659192C1 (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Method for determination of impurities in liquid media |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017121782A RU2659192C1 (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Method for determination of impurities in liquid media |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659192C1 true RU2659192C1 (en) | 2018-06-28 |
Family
ID=62816020
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017121782A RU2659192C1 (en) | 2017-06-20 | 2017-06-20 | Method for determination of impurities in liquid media |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659192C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730418C1 (en) * | 2019-10-02 | 2020-08-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining impurities in liquid media |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7268874B2 (en) * | 2001-06-18 | 2007-09-11 | Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia | Method of measuring properties of dispersed particles in a container and corresponding apparatus |
| RU110837U1 (en) * | 2011-05-25 | 2011-11-27 | Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения" | OPTICAL DISTURBANCE DETECTION DEVICE FOR DIFFUSING LIGHT IN WATER |
| RU114783U1 (en) * | 2011-10-21 | 2012-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли | NON-DESTRUCTIVE CONTROL SYSTEM OF OBJECTS IN THz SPECTRUM RANGE |
| RU2555175C2 (en) * | 2009-01-30 | 2015-07-10 | Клаудио Оливейра ЭГАЛОН | Multi-point multi-parameter fibre-optic side illumination sensor |
-
2017
- 2017-06-20 RU RU2017121782A patent/RU2659192C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7268874B2 (en) * | 2001-06-18 | 2007-09-11 | Infm Istituto Nazionale Per La Fisica Della Materia | Method of measuring properties of dispersed particles in a container and corresponding apparatus |
| RU2555175C2 (en) * | 2009-01-30 | 2015-07-10 | Клаудио Оливейра ЭГАЛОН | Multi-point multi-parameter fibre-optic side illumination sensor |
| RU110837U1 (en) * | 2011-05-25 | 2011-11-27 | Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения" | OPTICAL DISTURBANCE DETECTION DEVICE FOR DIFFUSING LIGHT IN WATER |
| RU114783U1 (en) * | 2011-10-21 | 2012-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли | NON-DESTRUCTIVE CONTROL SYSTEM OF OBJECTS IN THz SPECTRUM RANGE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2730418C1 (en) * | 2019-10-02 | 2020-08-21 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Method of determining impurities in liquid media |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Digman et al. | Measuring fast dynamics in solutions and cells with a laser scanning microscope | |
| US20170074768A1 (en) | Common Radiation Path for Acquiring Particle Information by Means of Direct Image Evaluation and Differential Image Analysis | |
| US20090125242A1 (en) | Tomographic phase microscopy | |
| US11790510B2 (en) | Material testing of optical test pieces | |
| JP2013531787A (en) | Holographic fluctuation microscope apparatus and method for determining particle motility and / or cell dispersion | |
| Li et al. | Characterization of dynamic random process using optical vortex metrology | |
| CN104568990A (en) | Method for detecting bubble defect inside glass based on Mie scattering | |
| Gao et al. | Roughness measurement of moving weak-scattering surface by dynamic speckle image | |
| Davies et al. | Scattering signatures of suspended particles: an integrated system for combining digital holography and laser diffraction | |
| RU2659192C1 (en) | Method for determination of impurities in liquid media | |
| Grant et al. | Low-cost, open-access quantitative phase imaging of algal cells using the transport of intensity equation | |
| KR20150119765A (en) | Laser Scattering Particle Analysis Apparatus and Analysis Method Of The Same | |
| Boening et al. | Applicability of an EM-CCD for spatially resolved TIR-ICS | |
| CN111289479B (en) | Phase defect detection device and method based on nonlinear thermography inversion | |
| Shangraw et al. | Improving axial localization of weak phase particles in digital in-line holography | |
| TWI637166B (en) | System and mehtod for differential phase contrast microscopy | |
| Clark et al. | Quantitative phase measurement in coherent diffraction imaging | |
| Saglimbeni et al. | Holographic tracking and sizing of optically trapped microprobes in diamond anvil cells | |
| Pavlov et al. | Determination of the Working Liquids Technical Condition By Analysis of Digital Speckle Images Parameters | |
| Phongikaroon | Drop size distribution for liquid-liquid dispersions produced by rotor-stator mixers | |
| RU2730418C1 (en) | Method of determining impurities in liquid media | |
| Meziane et al. | Precision inspection of transparent component quality | |
| Mosayebi | Digital Laser Speckle Image Correlation | |
| Kim et al. | Stabilizing method for reflection interference contrast microscopy | |
| RU213288U1 (en) | Optical meter for the numerical concentration of nanoparticles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190621 |