RU2730418C1 - Способ определения примесей в жидких средах - Google Patents
Способ определения примесей в жидких средах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730418C1 RU2730418C1 RU2019131305A RU2019131305A RU2730418C1 RU 2730418 C1 RU2730418 C1 RU 2730418C1 RU 2019131305 A RU2019131305 A RU 2019131305A RU 2019131305 A RU2019131305 A RU 2019131305A RU 2730418 C1 RU2730418 C1 RU 2730418C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- impurities
- sample
- determining
- state
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 4
- 230000005281 excited state Effects 0.000 claims description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 238000001454 recorded image Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу определения примесей в жидких средах и может быть использовано для контроля чистоты, вязкости и степени прозрачности технических жидкостей. Согласно предлагаемому способу, определение состояния жидкости осуществляется за счет определения характеристик результирующих распределений интенсивностей (спекл-изображений), регистрируемых в результате прохождения вихревого лазерного пучка с винтовой фазовой дислокацией волнового фронта через контролируемые жидкие пробы. Для этого определяют коэффициент корреляции спекл-изображений, зарегистрированных от жидкой пробы в возмущенном состоянии жидкости и в состоянии ее покоя. Технический результат - повышение точности определения примесей в составе рабочих жидкостей.
Description
Способ определения примесей в жидких средах 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 примесей.
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.].
Недостатком данного способа является зависимость точности определения примесей от разрешения объектива оптической системы и системы регистрации данных.
Известен 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 облучают лазерным излучением и получают изображения объема среды в нескольких слоях. Оценку изображений проводят по результатам корреляционного анализа.
Основным недостатком способа является недостаточная точность определения примесей, обусловленная затенением изображений последовательных слоев друг другом.
Наиболее близким по своей технической сущности является способ определения примесей в жидких средах [Патент RU 2659192, МПК G01N 21/3577, опубл. 28.06.2018. Бюл. №19], заключающийся в предварительном отборе контролируемой пробы, ее перемешивании, пропускании через нее сформированного спекл-поля, выдерживании на время необходимого до полного оседания примесей в пробе жидкости, и повторной регистрации спекл-изображения, проведении оценки параметров примесей по значению коэффициента корреляции двух спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном состоянии жидкости и в состоянии ее покоя.
Основным недостатком способа является низкая точность определения наличия примесей при размерах частиц в контролируемой жидкости, не превышающих длину волны лазера. Данный недостаток обусловлен тем, что спекл-изображение меняет свою структуру только тогда, когда размер частиц соизмерим с длиной волны лазера.
Технический результат изобретения - повышение точности определения примесей в жидких средах за счет формирования спекл-поля в жидкой среде в результате прохождения вихревого лазерного пучка через контролируемую пробу с частицами примеси существенно меньше длины волны лазера.
Технический результат достигается тем, что производят отбор пробы контролируемой жидкости, перемешивают жидкость, пропускают через пробу контролируемой жидкости лазерное излучение, регистрируют спекл-изображения, выдерживают кюветы с пробой на время, достаточное для полного оседания примесей в жидкости и повторно регистрируют спекл-изображения, оценку параметров примесей осуществляют по значению коэффициента корреляции двух спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном состоянии и в состоянии ее покоя, отличающий тем, что предварительно формируют лазерный пучок с винтовой дислокацией волнового фронта и пропускают его через жидкую пробу.
Сущность изобретения заключается в том, что предварительно формируют лазерный пучок с винтовой дислокацией волнового фронта и пропускают его через жидкую пробу.
В известном способе спекл-поле в контролируемой жидкости меняет свою структуру за счет интерференции его на частицах примеси в контролируемой жидкости. Это происходит в случае, когда размеры частиц соизмеримы с длиной волны лазерного излучения. Изменение структуры спекл-поля вызывает изменение спекл-изображения, которое фиксируется до оседания примеси (после взбалтывания контролируемой жидкости) и после оседания примеси. Коэффициент корреляции между ними дает информацию о наличии примеси.
Известно, что лазерный вихревой пучок в однородной среде (жидкая среда без примесей) сохраняет свою структуру, а в рассеивающей среде (жидкая среда с примесью) в пучке происходит разупорядочивание части вихревой структуры электромагнитного поля, при увеличении концентрации примесей способное привести к полному разрушению структуры пучка (см., например, Аксенов В.П. Канев Ф.Ю. и др. Регистрация параметров вихревого пучка в турбулентной атмосфере. 4.1. Использование градиентов волнового фронта. С. 177). В работе Петрова Н.В., Павлова П.В., Малова А.Н. / Численное моделирование распространения и отражения оптического вихря методами скалярной теории дифракции. Квантовая электроника, 43, №6 (2013), с. 586 показано, что структура вихревого лазерного пучка начинает нарушаться при отражении от неровностей существенно меньше длины волны лазера. Это приводит к формированию спекл-изображения. Поэтому учитывая, что лазерные пучки с винтовой фазовой дислокацией волнового фронта есть ни что иное, как вихревые лазерные пучки [см., например, Котляр В.В., Ковалев А.А. Вихревые лазерные пучки (Самара: Новая техника, 2012)], согласно изобретению, формируют лазерный пучок с винтовой дислокацией волнового фронта и пропускают его через жидкую пробу. При прохождении через жидкость с примесью разрушение такого пучка происходит при наличии в ней примесей с размерами частиц 20 нм (см., например, Петров Н.В., Павлов П.В., Малов А.Н. / Численное моделирование распространения и отражения оптического вихря методами скалярной теории дифракции. Квантовая электроника, 43, №6 (2013), с. 586), что существенно меньше длины волны лазерного излучения.
Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Формирование лазерного пучка с винтовой дислокацией волнового фронта может быть выполнено с помощью фазовых транспарантов или дифракционных оптических элементов (ДОЭ) [см., например, Л.А. Казак, А.Л. Толстик. Вестник БГУ. Сер. 1. 2010. №2 с. 3] или с помощью пространственного модулятора света - SLM [см., например, А.А. Зинчик. Применение пространственных модуляторов света для формирования лазерных пучков со спиральным распределением фазы. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2015, том 15, №5, С. 817-824].
Способ может быть реализован аналогично прототипу с некоторым отличием, заключающемся в предварительном формировании лазерного пучка с винтовой дислокацией волнового фронта. Формирование такого пучка может быть получено, апример, пропусканием лазерного излучения через ДОЭ. Затем пропускают лазерный пучок с винтовой дислокацией волнового фронта через перемешанную контролируемую пробу. При прохождении такого пучка через пробу, находящиеся в ней частицы примеси приводят к нарушению поперечной структуры пучка, т.е. к образованию спеклов, формировании лазерного пучка с винтовой фазовой дислокацией волнового фронта и пропускании его через жидкую пробу. При прохождении вихревого пучка через возбужденную пробу при наличии примесей в контролируемой пробе нарушается его поперечная структура даже при размерах частиц меньше длины волны лазера, что приводит к образованию спеклов, которые регистрируются аналогично прототипу. После оседания примесей процесс повторяется. Решение о наличии либо отсутствии примесей в жидкой пробе осуществляют путем определения коэффициента корреляции двух спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном (после перемешивания) состоянии пробы и в состоянии ее покоя (после оседания примесей). В результате в области наблюдения происходит регистрация спекл-изображений.
Claims (1)
- Способ определения примесей в жидких средах, включающий отбор пробы контролируемой жидкости, перемешивание жидкости, пропускание через пробу контролируемой жидкости лазерного излучения, регистрацию спекл-изображения, выдерживание кюветы с пробой на время, достаточное для полного оседания примесей в жидкости и повторную регистрацию спекл-изображения, проведение оценки параметров примесей по значению коэффициента корреляции двух спекл-изображений, зарегистрированных в возбужденном состоянии и в состоянии ее покоя, отличающийся тем, что предварительно формируют лазерный пучок с винтовой дислокацией волнового фронта и пропускают его через жидкую пробу.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131305A RU2730418C1 (ru) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Способ определения примесей в жидких средах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019131305A RU2730418C1 (ru) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Способ определения примесей в жидких средах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2730418C1 true RU2730418C1 (ru) | 2020-08-21 |
Family
ID=72237766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019131305A RU2730418C1 (ru) | 2019-10-02 | 2019-10-02 | Способ определения примесей в жидких средах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2730418C1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040239932A1 (en) * | 2001-06-18 | 2004-12-02 | Doriano Brogioli | Method of measuring properties of particles immersed in a body and corresponding apparatus |
| RU2659192C1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-06-28 | 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 | Способ определения примесей в жидких средах |
-
2019
- 2019-10-02 RU RU2019131305A patent/RU2730418C1/ru active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040239932A1 (en) * | 2001-06-18 | 2004-12-02 | Doriano Brogioli | Method of measuring properties of particles immersed in a body and corresponding apparatus |
| RU2659192C1 (ru) * | 2017-06-20 | 2018-06-28 | 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 | Способ определения примесей в жидких средах |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| T.A. Vovk, N.V. Petrov "Correlation characterization of particles in volume based on peak-to-basement ratio" Scientific reports, т. 7, 2017. "Научная сессия НИЯУ МИФИ-2011" С. 59-60. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12313514B2 (en) | Detection scheme for particle size and concentration measurement | |
| Maaß et al. | Experimental comparison of measurement techniques for drop size distributions in liquid/liquid dispersions | |
| EP2387708B1 (en) | Automated real-time particle characterization and three-dimensional velocimetry with holographic video microscopy | |
| US20100315635A1 (en) | Device and method for measuring static and dynamic scattered light in small volumes | |
| US11933707B2 (en) | Depicting of objects | |
| Jacobsen et al. | Refractive‐index‐induced aberrations in two‐photon confocal fluorescence microscopy | |
| RU2730418C1 (ru) | Способ определения примесей в жидких средах | |
| WO2009067043A1 (fr) | Procédé de mesure des dimensions de particules dans un liquide et dispositif de mise en oeuvre | |
| Kapfenberger et al. | Accurate holographic imaging of colloidal particle pairs by Rayleigh-Sommerfeld reconstruction | |
| d’Abzac et al. | Experimental and numerical analysis of ballistic and scattered light using femtosecond optical Kerr gating: a way for the characterization of strongly scattering media | |
| RU2659192C1 (ru) | Способ определения примесей в жидких средах | |
| Putz et al. | Glare points in laser flow cytometry | |
| King et al. | VIII.—OPTICAL CONDITIONS FOR QUANTITATIVE ULTRA‐VIOLET MICROSPECTROSCOPY | |
| Hoshino et al. | Scatterometry using deep learning for analysis of oil including phosphor | |
| Martin | Precision Measurements of Colloidal Dynamics with Holographic Microscopy | |
| Marchioro et al. | Can vibrational sum frequency scattering spectra be measured from the surface of 40-100 nm aerosols in a cloud containing 10$^{6} $ particles/mL? | |
| Grebenikova et al. | Features a construction to optical system of refractometer for monitoring a state of flowing media | |
| Karabegov | Particle size fraction monitoring of dispersion liquids | |
| RU2343453C2 (ru) | Устройство для определения фальсификата жидких продуктов | |
| Seet et al. | Refractometry of organosilica microspheres | |
| Pavlov et al. | Determination of the Working Liquids Technical Condition By Analysis of Digital Speckle Images Parameters | |
| Räty et al. | Light transmission model for determination of the refractive index of solid particles in suspensions: an immersion study | |
| Su et al. | Side scatter light for micro-size differentiation and cellular analysis | |
| Mikhyeyev | SURFACE PLASMON MICROSCOPY OF INHOMOGENEOUS AQUEOUS MIXTURES MICROSCOPIE DE PLASMONS DE SURFACE DES MÉLANGES AQUEUX | |
| Lozani Gerdhem | Saturated planar laser-induced fluorescence using sinusoidal intensity modulation |