RU2801784C1 - Method for control of content of mechanical impurities in aerosols and liquids and device of optical cell for its implementation - Google Patents

Method for control of content of mechanical impurities in aerosols and liquids and device of optical cell for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2801784C1
RU2801784C1 RU2022122808A RU2022122808A RU2801784C1 RU 2801784 C1 RU2801784 C1 RU 2801784C1 RU 2022122808 A RU2022122808 A RU 2022122808A RU 2022122808 A RU2022122808 A RU 2022122808A RU 2801784 C1 RU2801784 C1 RU 2801784C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
capillary
radiation
mechanical impurities
cell
laser
Prior art date
Application number
RU2022122808A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Анатольевич Битулев
Николай Николаевич Карандаков
Владислав Дмитриевич Мишин
Тимур Магомедович Магомедов
Дмитрий Ильич Беленький
Дмитрий Михайлович Балаханов
Original Assignee
Андрей Анатольевич Битулев
Николай Николаевич Карандаков
Владислав Дмитриевич Мишин
Тимур Магомедович Магомедов
Дмитрий Ильич Беленький
Дмитрий Михайлович Балаханов
Filing date
Publication date
Application filed by Андрей Анатольевич Битулев, Николай Николаевич Карандаков, Владислав Дмитриевич Мишин, Тимур Магомедович Магомедов, Дмитрий Ильич Беленький, Дмитрий Михайлович Балаханов filed Critical Андрей Анатольевич Битулев
Application granted granted Critical
Publication of RU2801784C1 publication Critical patent/RU2801784C1/en

Links

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: optical analysis of fluid media and method for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids. The method includes passing a controlled fluid medium, which is an aerosol or liquid, through a sampling path capillary located inside a closed hermetic cell and forming a laser radiation beam crossing the capillary. The laser radiation scattered by mechanical impurities of the fluid is collected by a spherical mirror located at an angle to the direction of the laser radiation and directed to a semiconductor detector located opposite the mirror. The direct laser radiation transmitted outside the capillary is absorbed by a black body placed in the cell on the side of the capillary opposite to the side where the semiconductor laser is located.
EFFECT: possibility of monitoring the content of mechanical impurities in aerosols and liquids in real time, determining concentration of particles, as well as improving the accuracy of measurements.
8 cl, 2 dwg

Description

Заявляемая группа изобретений относится к исследованиям текучей среды с использованием оптических средств, в частности, к способам и средствам контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях.The claimed group of inventions relates to studies of a fluid medium using optical means, in particular, to methods and means for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids.

Известен способ измерения счетной и массовой концентрации аэрозольных частиц, реализованный в оптико-электронном аэрозольном комплексе. Устройство содержит последовательно соединенные оптический блок, фоточувствительный приемник, счетчик частиц, схемы пересчета счетной концентрации аэрозольных частиц в массовую концентрацию и схемы сравнения величины измеренной массовой концентрации частиц аэрозоля с заданной величиной ПДК, схему формирования звукового и светового сигналов (RU 179118).A known method of measuring the counting and mass concentration of aerosol particles, implemented in optoelectronic aerosol complex. The device contains an optical unit connected in series, a photosensitive receiver, a particle counter, circuits for converting the counting concentration of aerosol particles into a mass concentration and circuits for comparing the measured mass concentration of aerosol particles with a given MPC value, a circuit for generating sound and light signals (RU 179118).

Недостатком данной реализации является отсутствие возможности измерения в реальном времени счетной концентрации частиц в жидкости.The disadvantage of this implementation is the inability to measure in real time the counting concentration of particles in the liquid.

Известен способ измерения счетной концентрации частиц в жидкости, реализованный в оптическом счетчике частиц. Данное устройство имеет лазерный резонатор с увеличенной апертурой, генерирующий лазерный свет, входную струю, обеспечивающую поток жидкости в область обнаружения частиц внутри лазерного резонатора, входная струя имеет входное отверстие для струи; оптический узел обнаружения, расположенный для сбора света, рассеянного от частиц, с областью обнаружения для получения выходного сигнала указывающий на частицы; и оптический барьерный комплекс, расположенный для снижения шума по сравнению с системой с увеличенной апертурой без оптического барьерного комплекса для скоростей потока жидкости, превышающих или равных примерно 0,1 кубических фута в минуту. Комплекс оптического барьера препятствует освещению лазерным лучом турбулентных вихревых токов, возникающих на внутренних стенках входной струи. Комплекс оптического барьера включает в себя одну или несколько физических апертур, один или несколько оптических ограничителей или оба, которые расположены для предотвращения освещения вихревых токов лазерным лучом (US 6903818).A known method for measuring the counting concentration of particles in a liquid, implemented in an optical particle counter. This device has a laser cavity with an enlarged aperture that generates laser light, an input jet that provides liquid flow to the particle detection area inside the laser cavity, the input jet has a jet inlet; an optical detection unit arranged to collect light scattered from the particles, with a detection area to obtain an output signal indicative of the particles; and an optical barrier package positioned to reduce noise compared to an enlarged aperture system without an optical barrier package for fluid flow rates greater than or equal to about 0.1 cubic feet per minute. The optical barrier complex prevents the laser beam from illuminating turbulent eddy currents that occur on the inner walls of the inlet jet. The optical barrier complex includes one or more physical apertures, one or more optical stops, or both, which are positioned to prevent laser beam illumination of eddy currents (US 6903818).

Недостатком данного способа является невозможность измерения с его помощью в реальном времени счетной и массовой концентрации частиц в аэрозолях. The disadvantage of this method is the impossibility of measuring with its help in real time the counting and mass concentration of particles in aerosols.

Известен способ измерения счетной концентрации аэрозольных частиц, реализованный в счетчике частиц, включающем в себя: многопоточную ячейку с проточными каналами, расположенными в первом направлении и имеющую секцию, включающую область обнаружения, для обнаружения частицы, образованную, когда проточный канал облучают излучающим светом; светоприемную оптическую систему, выполненную с возможностью приема излучаемого света, генерируемого частицей, содержащейся в образце текучая среда, текущая по меньшей мере в одном проточном канале и проходящая через область обнаружения; блок перемещения оптической оси, выполненный с возможностью перемещения оптической оси излучаемого света и оптической оси излучаемого света в первом направлении; и счетчик, сконфигурированный для подсчета частиц для каждого размера частиц на основе интенсивности излучаемого света (US 11262284). There is known a method for measuring the counting concentration of aerosol particles, implemented in a particle counter, including: a multi-flow cell with flow channels located in the first direction and having a section including a detection area for detecting a particle formed when the flow channel is irradiated with emitting light; a light receiving optical system configured to receive emitted light generated by a particle contained in the sample fluid flowing in at least one flow channel and passing through the detection area; an optical axis moving unit, configured to move the emitted light optical axis and the emitted light optical axis in the first direction; and a counter configured to count particles for each particle size based on the intensity of emitted light (US 11262284).

Недостатком способа является невозможность применения его в технических средствах, предназначенных для измерения в реальном времени массовой концентрации аэрозольных частиц, а также счетной концентрации частиц в жидкости.The disadvantage of this method is the impossibility of using it in technical means designed to measure in real time the mass concentration of aerosol particles, as well as the counting concentration of particles in a liquid.

Известно применение оптического сенсора в качестве датчика массовой концентрации аэрозольных частиц. Для обеспечения того, чтобы различные степени загрязнения оптического датчика частиц могли быть обнаружены датчиком и могут быть приняты во внимание, оптический датчик частиц идентифицирует отдельные частицы при низких концентрациях частиц до 1000 частиц/см3 (US 10488313).It is known to use an optical sensor as a sensor for the mass concentration of aerosol particles. To ensure that different degrees of contamination of the optical particle sensor can be detected by the sensor and can be taken into account, the optical particle sensor identifies individual particles at low particle concentrations up to 1000 particles/cm 3 (US 10488313).

Известен способ измерения счетной концентрации аэрозольных частиц, реализованный в широкодиапазонном счетчике частиц. Данное устройство имеет секции, которые отдельно обнаруживают крупные и мелкие частицы в аэрозоле. Крупные частицы подсчитываются и измеряются в оптическом счетчике частиц. Мелкие частицы классифицируются с помощью анализатора дифференциальной подвижности для определения размера, а затем пропускаются через испаритель и конденсатор и также подсчитываются (US 6639671).A known method for measuring the counting concentration of aerosol particles, implemented in a wide-range particle counter. This device has sections that separately detect large and small particles in the aerosol. Large particles are counted and measured in an optical particle counter. Fine particles are classified using a differential mobility analyzer for size determination and then passed through an evaporator and condenser and also counted (US 6639671).

Недостатком данного способа является невозможность с его помощью измерять в реальном времени счетную концентрацию частиц в жидкости.The disadvantage of this method is the inability to use it to measure in real time the countable concentration of particles in the liquid.

Известен способ измерения счетной концентрации аэрозольных частиц, реализованный в приборе, включающем в себя герметичную камеру обнаружения, газовый тракт и световой тракт, причем газовый тракт содержит газовую трубку для подачи образца и приемную газовую трубку, которые расположены соосно и жестко соединены с герметичной камерой обнаружения; световой тракт содержит источник света, который испускает расходящиеся лучи; набор падающих линз и криволинейное зеркало с отверстием последовательно расположены вдоль прямого направления лучей, испускаемых источником света, и как набор падающих линз, так и криволинейное зеркало неподвижно соединены с герметичной камерой обнаружения; фокальная точка криволинейного зеркала расположена на пересечении светового потока. тракта и газового тракта, а криволинейное зеркало снабжено устройством бокового сбора и обнаружения света; газовая труба для подачи пробы снабжена наружным рукавом с проточной трубой в оболочке, соосной с газовой трубой для подачи пробы, и между проточной трубой в оболочке и газовой трубой для подачи пробы образовано кольцевое пространство, которое позволяет проходить чистому газу в оболочке; выходной конец кольцевого пространства параллелен и выровнен. к выходному концу газоотводной трубы для подачи образца; и выходной конец газоотводной трубы с оболочкой соединен с соплом. Изобретение может эффективно предотвращать диффузию газовых потоков пробы, тем самым, повышая точность обнаружения (CN 101639435). A known method for measuring the counting concentration of aerosol particles, implemented in a device that includes a sealed detection chamber, a gas path and a light path, and the gas path contains a gas tube for sample supply and a receiving gas tube, which are located coaxially and rigidly connected to the sealed detection chamber; the light path contains a light source that emits divergent rays; the incident lens set and the apertured curved mirror are successively arranged along the direct direction of rays emitted from the light source, and both the incident lens set and the curved mirror are fixedly connected to the sealed detection chamber; the focal point of the curvilinear mirror is located at the intersection of the light flux. path and gas path, and the curvilinear mirror is equipped with a device for lateral collection and detection of light; the sample gas pipe is provided with an outer sleeve with a sheathed flow pipe coaxial with the sample gas pipe, and an annulus is formed between the sheathed flow pipe and the sample gas pipe to allow passage of pure sheath gas; the outlet end of the annulus is parallel and aligned. to the outlet end of the gas outlet pipe for supplying the sample; and the outlet end of the jacketed flue pipe is connected to the nozzle. The invention can effectively prevent the diffusion of sample gas streams, thereby increasing the detection accuracy (CN 101639435).

Недостатком данного способа является невозможность с его помощью измерять в реальном времени счетную концентрацию частиц в жидкости, а также массовую концентрацию аэрозольных частиц.The disadvantage of this method is the impossibility of using it to measure in real time the number concentration of particles in a liquid, as well as the mass concentration of aerosol particles.

Известен способ измерения счетной и массовой концентрации аэрозольных частиц, реализованный в оптическом датчике, который определяет скорость частиц, проходящих через зону обнаружения частиц, и, следовательно, скорость потока газа, как по измеренному времени полета отдельных частиц, так и по величине пиков интенсивности рассеянного света. Это используется для определения концентрации частиц и может использоваться для управления дополнительным вентилятором (US10900894). A known method for measuring the counting and mass concentration of aerosol particles, implemented in an optical sensor, which determines the speed of particles passing through the particle detection zone, and, consequently, the gas flow rate, both by the measured time of flight of individual particles, and by the magnitude of the scattered light intensity peaks . This is used to determine particle concentration and can be used to control an optional fan (US10900894).

Недостатком данного способа является невозможность с его помощью измерять в реальном времени счетную концентрацию частиц в жидкости.The disadvantage of this method is the inability to use it to measure in real time the countable concentration of particles in the liquid.

Известен способ контроля количественного содержания механических примесей в жидкости, заключающийся в том, что поток пропускают, поддерживая постоянный расход, через систему фильтрующих перегородок с последовательно уменьшающимися размерами пор, при этом измеряют давление перед каждой фильтрующей перегородкой и давление за ней, вычисляют на основании изменения разности давлений гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки по времени, затем по полученным данным определяют степень засорения фильтрующей перегородки путем сравнения с имеющимися тарировочными данными, показывающими изменение гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки в зависимости от содержания механических примесей, и на основе этих данных определяют количество механических примесей определенного размера и/или определяют изменение количества механических примесей определенного размера по времени прокачки. Известно также устройство контроля количественного содержания механических примесей в жидком углеводородном топливе, содержащее систему фильтрующих перегородок с последовательно уменьшающимися размерами пор, датчики давления, установленные перед каждой фильтрующей перегородкой и за ней, а также аналитический блок-регистратор, связанный с датчиками давления, отличающееся тем, что аналитический блок-регистратор содержит микропроцессор, включающий компараторы, и блок памяти, содержащий предварительно полученные тарировочные данные по связи между гидравлическим сопротивлением и весовым количеством частиц, задержанных каждой фильтрующей перегородкой, причем аналитический блок-регистратор оснащен программой, обеспечивающей возможность расчета изменения гидравлического сопротивления каждой фильтрующей перегородки по времени в зависимости от номинального размера пор или ячеек и фракционного состава частиц, по которым вычисляют концентрацию частиц и их фракционное распределение в потоке жидкости на каждом контролируемом участке технологической схемы очистки топлива, входы микропроцессора соединены с выходами датчиков давления и выходом блока памяти, а выход микропроцессора с входом блока памяти и с входом блока индикации, содержащего цифровой дисплей, имеющий возможность отображения на экране данных о весовом количестве механических примесей на каждой фильтрующей перегородке (RU 2563813).A known method for controlling the quantitative content of mechanical impurities in a liquid, which consists in the fact that the flow is passed, maintaining a constant flow rate, through a system of filtering partitions with successively decreasing pore sizes, while measuring the pressure in front of each filtering partition and the pressure behind it, calculated on the basis of a change in the difference pressure, the hydraulic resistance of the filtering partition over time, then, according to the data obtained, the degree of clogging of the filtering partition is determined by comparing with the available calibration data showing the change in the hydraulic resistance of the filtering partition depending on the content of mechanical impurities, and based on these data, the amount of mechanical impurities of a certain size and / or determine the change in the amount of mechanical impurities of a certain size by pumping time. It is also known a device for controlling the quantitative content of mechanical impurities in liquid hydrocarbon fuel, containing a system of filtering partitions with successively decreasing pore sizes, pressure sensors installed in front of each filtering partition and behind it, as well as an analytical recorder unit associated with pressure sensors, characterized in that that the analytical unit recorder contains a microprocessor, including comparators, and a memory unit containing previously obtained calibration data on the relationship between the hydraulic resistance and the weight amount of particles retained by each filter partition, moreover, the analytical unit recorder is equipped with a program that makes it possible to calculate the change in the hydraulic resistance of each filtering partition in time depending on the nominal size of pores or cells and the fractional composition of the particles, which calculate the concentration of particles and their fractional distribution in the liquid flow at each controlled section of the technological scheme of fuel purification, the inputs of the microprocessor are connected to the outputs of the pressure sensors and the output of the memory block, and the output of the microprocessor with the input of the memory block and with the input of the display unit containing a digital display capable of displaying on the screen data on the weight amount of mechanical impurities on each filter partition (RU 2563813).

Недостатками данной группы изобретения являются низкая точность, малая производительность и высокая трудоемкость.The disadvantages of this group of inventions are low accuracy, low productivity and high labor intensity.

Также известны способ контроля содержания механических примесей и измерительное устройство для определения размера и количества частиц в жидкости имеет оптическую систему, расположенную между осветительным устройством и камерой, чтобы световые лучи с разными длинами волн попадали на глубину измеряемого объема. Устройство имеет измерительную ячейку с измерительным объемом, в который подается жидкость, содержащая частицы. Осветительное устройство излучает свет в сторону измеряемого объема, а камера фиксирует изображение объема. Оптическая система, расположенная между осветительным устройством и камерой, заставляет световые лучи с разными длинами волн падать в разных плоскостях фокусировки (f1-f3) на глубину объема. Камера объединяет изображения плоскостей фокусировки в одно изображение общей плоскости, а блок оценки определяет частицы в изображениях плоскостей фокусировки. Включена независимая формула изобретения для способа определения размера и количества частиц в жидкости. Таким образом, устройство содержит измерительную ячейку, через которую проходит среда, содержащая частицы, и осветительное устройство для освещения измерительного объема, а также камеру для захвата изображения измерительного объема и блок оценки для оценки изображения, полученного с помощью камеры, и определения частиц (DE 102011006033, прототип). Also known is a method for controlling the content of mechanical impurities and a measuring device for determining the size and number of particles in a liquid has an optical system located between the lighting device and the camera so that light rays with different wavelengths fall to the depth of the measured volume. The device has a measuring cell with a measuring volume into which a liquid containing particles is supplied. The lighting device emits light towards the measured volume, and the camera captures an image of the volume. An optical system located between the lighting device and the camera causes light rays with different wavelengths to fall in different focusing planes (f1-f3) to the depth of the volume. The camera combines the images of the focus planes into one common plane image, and the estimator determines the particles in the images of the focus planes. Independent claims are included for a method for determining the size and number of particles in a liquid. Thus, the device comprises a measuring cell through which a medium containing particles passes, and a lighting device for illuminating the measuring volume, as well as a camera for capturing an image of the measuring volume and an evaluation unit for evaluating the image obtained with the camera and determining the particles (DE 102011006033 , prototype).

Данное техническое решение имеет два основных недостатка: невозможность работы с аэрозольными средами, а также высокие значения погрешности измерений (порядка 20-25%). Погрешность вызвана применением в качестве детектора камеры, а также применением лампы в качестве источника излучения.This technical solution has two main disadvantages: the impossibility of working with aerosol media, as well as high measurement errors (about 20-25%). The error is caused by the use of a camera as a detector, as well as the use of a lamp as a radiation source.

Техническая проблема, на решение которой направлено настоящее техническое решение заключается в расширении арсенала, устранении недостатков и повышении эффективности таких технических средств, которые обеспечивают в реальном времени контроль содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях. The technical problem to be solved by the present technical solution is to expand the arsenal, eliminate deficiencies and increase the efficiency of such technical means that provide real-time control of the content of mechanical impurities in aerosols and liquids.

Технический результат, достигаемый за счет использования заявленной группы изобретений, заключается в создания альтернативных способа и конструкции измерительной ячейки, реализующих в реальном времени контроль содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях и счетную концентрацию частиц в жидкости, а так же повышении точности измерений.The technical result achieved through the use of the claimed group of inventions is to create an alternative method and design of the measuring cell that implements real-time control of the content of mechanical impurities in aerosols and liquids and the counting concentration of particles in the liquid, as well as increasing the accuracy of measurements.

Сущность изобретения в части способа контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях заключается в том, что он предусматривает пропускание контролируемой текучей среды, представляющей собой аэрозоль или жидкость, через размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта, формирование излучения, пересекающего пробоотборный тракт, собирание излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды и контроль содержания механических примесей, причем осуществляют пропускание контролируемой текучей среды, представляющей собой аэрозоль или жидкость, через размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки капилляр пробоотборного тракта, формирование с помощью лазера луча лазерного излучения, пересекающего капилляр, собирание лазерного излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды в капилляре, на сферическом зеркале, расположенном под углом к направлению лазерного излучения и направляющем собранный им луч на расположенный противоположно зеркалу полупроводниковый детектор, с одновременным поглощением прошедшего вне капилляра прямого лазерного излучения с помощью черного тела, размещенного в ячейке со стороны капилляра, противоположной стороне размещения полупроводникового лазера.The essence of the invention in terms of the method for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids lies in the fact that it provides for the passage of a controlled fluid medium, which is an aerosol or liquid, through a section of the sampling tract located inside a closed sealed cell, the formation of radiation crossing the sampling tract, the collection of radiation , dispersed by mechanical impurities of the fluid medium and control of the content of mechanical impurities, moreover, the controlled fluid medium, which is an aerosol or liquid, is passed through the capillary of the sampling tract located inside the closed hermetic cell, the formation of a beam of laser radiation by means of a laser crossing the capillary, the collection of laser radiation, the fluid medium scattered by mechanical impurities in the capillary, on a spherical mirror located at an angle to the direction of laser radiation and directing the beam collected by it to a semiconductor detector located opposite to the mirror, with simultaneous absorption of direct laser radiation transmitted outside the capillary using a black body placed in the cell from the side capillary, opposite to the side where the semiconductor laser is placed.

Предпочтительно, формирование луча лазерного излучения осуществляют с помощью полупроводникового лазера с длиной волны 632 нм.Preferably, the formation of the laser radiation beam is carried out using a semiconductor laser with a wavelength of 632 nm.

Предпочтительно, собирание рассеянного лазерного излучения осуществляют на сферическом зеркале, расположенном под прямым углом к направлению лазерного излучения.Preferably, the scattered laser radiation is collected on a spherical mirror located at right angles to the direction of the laser radiation.

Предпочтительно, производят отбор проб с помощью двухпозиционного распределительного клапана, включенного в пробоотборный тракт с возможностью работы ячейки с разными текучими средами.Preferably, sampling is performed using an on/off control valve included in the sampling path with the ability to operate the cell with different fluids.

Сущность изобретения в части устройства оптической ячейки для реализации вышеизложенного способа заключается в том, что она содержит размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта, средства формирования излучения, пересекающего пробоотборный тракт, средства излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды и средства контроля содержания механических примесей, причем она содержит размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки капилляр пробоотборного тракта, лазер для формирования луча лазерного излучения, пересекающего капилляр, полупроводниковый детектор механических примесей, сферическое зеркало, расположенное под углом к направлению лазерного излучения с возможностью собирания лазерного излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды в капилляре, и направления собранного им луча на полупроводниковый детектор механических примесей, расположенный противоположно зеркалу, и черное тело, выполненное с возможностью поглощения прошедшего вне капилляра прямого лазерного излучения и размещенное в ячейке со стороны капилляра, противоположной стороне размещения полупроводникового лазера.The essence of the invention in terms of the device of the optical cell for implementing the above method lies in the fact that it contains a section of the sampling tract located inside the closed sealed cell, means for generating radiation crossing the sampling tract, means for radiation scattered by mechanical impurities of the fluid and means for controlling the content of mechanical impurities, moreover, it contains a capillary of the sampling path located inside a closed sealed cell, a laser for forming a beam of laser radiation crossing the capillary, a semiconductor detector of mechanical impurities, a spherical mirror located at an angle to the direction of laser radiation with the possibility of collecting laser radiation scattered by mechanical impurities of the fluid in the capillary , and directing the beam collected by it to a semiconductor detector of mechanical impurities, located opposite to the mirror, and a black body, made with the possibility of absorbing direct laser radiation passing outside the capillary and placed in the cell on the side of the capillary, opposite to the side of the semiconductor laser.

Предпочтительно, лазер выполнен в виде полупроводникового лазера с длиной волны 632 нм.Preferably, the laser is in the form of a 632 nm semiconductor laser.

Предпочтительно, сферическое зеркало расположено под прямым углом к направлению лазерного излучения.Preferably, the spherical mirror is at right angles to the direction of the laser light.

Предпочтительно, устройство снабжено средством отбор проб в виде распределительного клапана, включенного в пробоотборный тракт с возможностью работы ячейки с разными текучими средами.Preferably, the device is provided with a sampling means in the form of a distributing valve included in the sampling path so that the cell can operate with different fluids.

Исследованием уровня техники идентичных способов и устройств оптической ячейки, применяемой в приборах контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях, не обнаружено.A study of the state of the art of identical methods and devices of the optical cell used in devices for monitoring the content of mechanical impurities in aerosols and liquids was not found.

На фиг. 1 изображена схема ячейки в разрезе, на фиг. 2 - схема оптической ячейки для реализации способа контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях, вид снаружи.In FIG. 1 shows a diagram of a cell in section, Fig. 2 is a diagram of an optical cell for implementing a method for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids, external view.

На чертеже фиг. 1 обозначены:In the drawing of FIG. 1 marked:

1 - Полупроводниковый лазер с длиной волны порядка 632 нм; 2 - сферическое зеркало; 3 - капилляр; 4 - черное тело; 5 - полупроводниковый детектор; 6 - каналы обдува лазера и детектора чистым воздухом.1 - Semiconductor laser with a wavelength of about 632 nm; 2 - spherical mirror; 3 - capillary; 4 - black body; 5 - semiconductor detector; 6 - channels for blowing the laser and detector with clean air.

На чертеже фиг. 2 обозначены:In the drawing of FIG. 2 marked:

7 - оптическая ячейка (корпус); 1 - полупроводниковый лазер; 8 - пробоотборный тракт; 9 - распределительный клапан.7 - optical cell (case); 1 - semiconductor laser; 8 - sampling tract; 9 - distribution valve.

Устройство оптической ячейки содержит размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта 8, средства формирования излучения, пересекающего пробоотборный тракт 9, средства излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды и средства контроля содержания механических примесей.The device of the optical cell contains a section of the sampling path 8 located inside the closed sealed cell, means for generating radiation that crosses the sampling path 9, means for radiation scattered by mechanical impurities of the fluid, and means for controlling the content of mechanical impurities.

Ячейка 7 содержит размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки 7 капилляр 3 пробоотборного тракта 8, полупроводноковый лазер 1 для формирования луча лазерного излучения, пересекающего капилляр 3, полупроводниковый детектор 5 механических примесей (полупроводниковый фотодиод вместо камеры), сферическое зеркало 2 (сегмент сферического зеркала), расположенное под углом к направлению лазерного излучения с возможностью собирания лазерного излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды в капилляре 3, и направления собранного им луча на полупроводниковый детектор 5 механических примесей, расположенный противоположно зеркалу 2, и черное тело 4, выполненное с возможностью поглощения прошедшего вне капилляра 3 прямого лазерного излучения и размещенное в ячейке 7 со стороны капилляра 3, противоположной стороне размещения полупроводникового лазера 1.The cell 7 contains a capillary 3 of the sampling path 8 placed inside the closed hermetic cell 7, a semiconductor laser 1 for forming a beam of laser radiation crossing the capillary 3, a semiconductor detector 5 of mechanical impurities (a semiconductor photodiode instead of a camera), a spherical mirror 2 (segment of a spherical mirror) located at an angle to the direction of laser radiation with the possibility of collecting laser radiation scattered by mechanical impurities of the fluid medium in the capillary 3, and directing the beam collected by it to a semiconductor detector 5 of mechanical impurities located opposite to the mirror 2, and a black body 4, made with the possibility of absorbing the passed outside the capillary 3 of direct laser radiation and placed in cell 7 on the side of capillary 3, opposite to the side of placement of semiconductor laser 1.

Лазер 1 выполнен в виде полупроводникового лазера с длиной волны порядка 632 нм.Laser 1 is made in the form of a semiconductor laser with a wavelength of about 632 nm.

Сферическое зеркало 2 расположено под прямым углом к направлению лазерного излучения.The spherical mirror 2 is located at a right angle to the direction of the laser radiation.

Устройство снабжено средством отбор проб в виде распределительного клапана 9, включенного в пробоотборный тракт 8 с возможностью работы ячейки с разными текучими средами.The device is equipped with a sampling device in the form of a distribution valve 9 included in the sampling path 8 with the ability to operate the cell with different fluids.

Способ и работа устройства оптической ячейки для реализации способа контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях осуществляются следующим образом. The method and operation of the optical cell device for implementing the method for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids are carried out as follows.

Полупроводниковый лазер 1 формирует луч, проходящий через капилляр 3 через который двигаются частицы, содержащиеся в воздухе или жидкости. Рассеянный ими свет собирается на сферическом зеркале 2 и попадает на полупроводниковый детектор 5. Прямое лазерное излучение попадает на черное тело 4, где поглощается и не вносит дополнительной погрешности в результат измерений. После проведения измерения, для очистки ячейки от остаточной концентрации частиц, производится очистка ячейки (лазера 1 и детектора 5) через каналы 6 обдува 6 для повышения точности измерений и уменьшения случайной составляющей неопределенности измерений.The semiconductor laser 1 forms a beam passing through the capillary 3 through which the particles contained in the air or liquid move. The light scattered by them is collected on a spherical mirror 2 and falls on a semiconductor detector 5. Direct laser radiation falls on a black body 4, where it is absorbed and does not introduce additional errors into the measurement result. After the measurement, in order to clean the cell from the residual concentration of particles, the cell (laser 1 and detector 5) is cleaned through the channels 6 of the blower 6 to improve the measurement accuracy and reduce the random component of the measurement uncertainty.

В соответствии с фиг. 2, возможность применения данной ячейки в процессе измерений параметров частиц, как в аэрозолях, так и в жидкостях, обусловлена наличием распределительного клапана 9. Корректность работы ячейки 7 с разными средами обеспечивается за счет системы подачи воздуха в ячейку 7 через фильтр (не изображен) в обратном направлении.In accordance with FIG. 2, the possibility of using this cell in the process of measuring the parameters of particles, both in aerosols and in liquids, is due to the presence of a distribution valve 9. The correct operation of cell 7 with different media is ensured by the system for supplying air to cell 7 through a filter (not shown) in reverse direction.

Результаты измерений могут передаваться на обрабатывающий оптико-электронный аэрозольный комплекс (не изображен) осуществляющий мониторинг содержания механических примесей в контролируемой текучей среде. Такой комплекс может включать в себя аналитический блок-регистратор, связанный с датчиками давления, а также микропроцессор, включающий компараторы, и блок памяти. Указанный аналитический блок-регистратор оснащен, например, программой, обеспечивающей возможность расчета фракционного состава частиц, по которым вычисляют концентрацию частиц и их фракционное распределение в потоке текучей среды, а выход микропроцессора с входом блока памяти и с входом блока индикации, содержащего цифровой дисплей, имеющий возможность отображения на экране интегральных данных о количестве механических примесей обнаруженных в реальном времени.The measurement results can be transmitted to a processing optical-electronic aerosol complex (not shown) that monitors the content of mechanical impurities in a controlled fluid medium. Such a complex may include an analytical recorder connected to pressure sensors, as well as a microprocessor including comparators, and a memory unit. The specified analytical unit recorder is equipped, for example, with a program that makes it possible to calculate the fractional composition of particles, according to which the concentration of particles and their fractional distribution in the fluid flow are calculated, and the output of the microprocessor with the input of the memory block and with the input of the display unit containing a digital display having the ability to display on the screen integral data on the amount of mechanical impurities detected in real time.

Технический результат достигается благодаря применению в конструкции ячейки полупроводникового лазера с длиной волны порядка 632 нм в качестве осветителя. Также для аэрозольных реализаций предусмотрен обдув ячейки для очистки ее от пыли. Дополнительно, для обеспечения возможности отбора как жидкой, так и аэрозольной пробы, в ее конструкции предусмотрено наличие распределительного клапана 9. Корректность работы ячейки с разными средами обеспечивается за счет системы подачи воздуха в ячейку 7 через фильтр в обратном направлении.The technical result is achieved due to the use of a semiconductor laser with a wavelength of about 632 nm as an illuminator in the design of the cell. Also, for aerosol implementations, the cell is blown to clean it from dust. Additionally, to ensure the possibility of taking both liquid and aerosol samples, its design provides for the presence of a distribution valve 9. The correct operation of the cell with different media is ensured by the air supply system to the cell 7 through the filter in the opposite direction.

Данная группа изобретений (способ и конструкция ячейки) позволяет измерять счетную концентрацию частиц в жидкости, счетную концентрацию аэрозольных частиц, массовую концентрацию аэрозольных частиц без необходимости разработки дополнительных устройств, а также значительно удешевляет и упрощает процесс выпуска, эксплуатации и обслуживания средств измерений, в состав которых она входит за счет стандартизации компонентов.This group of inventions (method and cell design) makes it possible to measure the number concentration of particles in a liquid, the number concentration of aerosol particles, the mass concentration of aerosol particles without the need to develop additional devices, and also significantly reduces the cost and simplifies the process of production, operation and maintenance of measuring instruments, which include it enters through the standardization of components.

Данная группа изобретений (способ и конструкция ячейки) позволяет обеспечить значения погрешности измерений на уровне 10-15%, в частности, за счет применения в конструкции ячейки полупроводникового лазера с длиной волны порядка 632 нм, в качестве осветителя. Также для аэрозольных реализаций предусмотрен обдув ячейки для очистки ее от пыли.This group of inventions (method and cell design) makes it possible to provide measurement errors at the level of 10-15%, in particular, due to the use of a semiconductor laser with a wavelength of about 632 nm as an illuminator in the cell design. Also, for aerosol implementations, the cell is blown to clean it from dust.

Технический результат достигается за счет применения в конструкции ячейки полупроводникового лазера с длиной волны порядка 632 нм, в качестве осветителя, а также использование полупроводникового фотодиода вместо камеры. Также для аэрозольных реализаций предусмотрен обдув ячейки для очистки ее от пыли. Дополнительно, для обеспечения возможности попеременного отбора как жидкой, так и аэрозольной пробы, в ее конструкции предусмотрено наличие распределительного клапана. The technical result is achieved through the use of a semiconductor laser with a wavelength of about 632 nm as an illuminator in the cell design, as well as the use of a semiconductor photodiode instead of a camera. Also, for aerosol implementations, the cell is blown to clean it from dust. Additionally, to ensure the possibility of alternate sampling of both liquid and aerosol samples, its design provides for the presence of a distribution valve.

Таким образом, в результате реализации заявляемой группы технических решений, осуществляется создание оригинальных способа и устройства контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях. Обеспечено повышение точности, эффективности таких технических средств.Thus, as a result of the implementation of the claimed group of technical solutions, an original method and device for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids is being created. An increase in the accuracy and efficiency of such technical means has been provided.

Claims (10)

1. Способ контроля содержания механических примесей в аэрозолях и жидкостях, включающий пропускание контролируемой текучей среды, представляющей собой аэрозоль или жидкость, через размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта, формирование излучения, пересекающего пробоотборный тракт, собирание излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды и контроль содержания механических примесей,1. A method for controlling the content of mechanical impurities in aerosols and liquids, including passing a controlled fluid medium, which is an aerosol or liquid, through a section of the sampling tract located inside a closed sealed cell, generating radiation that crosses the sampling tract, collecting radiation scattered by mechanical impurities of the fluid medium, and control of the content of mechanical impurities, отличающийся тем, что размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта, через который осуществляют пропускание контролируемой текучей среды, выполнен в виде капилляра, формирование излучения осуществляют с помощью полупроводникового лазера, луч которого пересекает капилляр, собирание лазерного излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды в капилляре, выполняют сферическим зеркалом, расположенным под углом к направлению лазерного излучения и направляющим собранное им излучение на расположенный противоположно зеркалу полупроводниковый детектор, прошедшее вне капилляра прямое лазерное излучение поглощают с помощью черного тела, размещенного в ячейке со стороны капилляра, противоположной стороне размещения полупроводникового лазера.characterized in that the section of the sampling path located inside the closed sealed cell, through which the controlled fluid is passed, is made in the form of a capillary, the radiation is formed using a semiconductor laser, the beam of which crosses the capillary, the collection of laser radiation scattered by mechanical impurities of the fluid in the capillary , is performed by a spherical mirror located at an angle to the direction of laser radiation and directing the radiation collected by it to a semiconductor detector located opposite the mirror, direct laser radiation passing outside the capillary is absorbed by a black body placed in the cell on the side of the capillary, opposite to the side of the semiconductor laser. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование луча лазерного излучения осуществляют с помощью полупроводникового лазера с длиной волны 632 нм.2. The method according to claim 1, characterized in that the formation of a laser radiation beam is carried out using a semiconductor laser with a wavelength of 632 nm. 3. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что собирание рассеянного лазерного излучения осуществляют на сферическом зеркале, расположенном под прямым углом к направлению лазерного излучения.3. The method according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that the collection of scattered laser radiation is carried out on a spherical mirror located at right angles to the direction of laser radiation. 4. Способ по любому из пп. 1, 2, отличающийся тем, что производят отбор проб с помощью двухпозиционного распределительного клапана, включенного в пробоотборный тракт с возможностью работы ячейки с разными текучими средами.4. The method according to any one of paragraphs. 1, 2, characterized in that sampling is performed using a two-position control valve included in the sampling path with the ability to operate the cell with different fluids. 5. Устройство оптической ячейки для реализации способа по любому из пп. 1-4, содержащее размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта, средства формирования излучения, пересекающего пробоотборный тракт, средство сбора излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды, и средство контроля содержания механических примесей,5. The device of the optical cell for implementing the method according to any one of paragraphs. 1-4, containing a section of the sampling tract located inside the closed sealed cell, means for generating radiation crossing the sampling tract, a means for collecting radiation scattered by mechanical impurities of the fluid, and a means for controlling the content of mechanical impurities, отличающееся тем, что размещенный внутри замкнутой герметичной ячейки участок пробоотборного тракта выполнен в виде капилляра, средство формирования излучения представляет собой полупроводниковый лазер, предназначенный для формирования луча лазерного излучения, пересекающего капилляр, средство контроля содержания механических примесей представляет собой полупроводниковый детектор, средство сбора излучения выполнено в виде сферического зеркала, расположенного под углом к направлению лазерного излучения с возможностью сбора лазерного излучения, рассеянного механическими примесями текучей среды в капилляре, и направления собранного излучения на полупроводниковый детектор, расположенный противоположно зеркалу, устройство дополнительно содержит черное тело, выполненное с возможностью поглощения прошедшего вне капилляра прямого лазерного излучения и размещенное в ячейке со стороны капилляра, противоположной стороне размещения полупроводникового лазера.characterized in that the section of the sampling path located inside the closed sealed cell is made in the form of a capillary, the means for generating radiation is a semiconductor laser designed to form a beam of laser radiation crossing the capillary, the means for controlling the content of mechanical impurities is a semiconductor detector, the means for collecting radiation is made in in the form of a spherical mirror located at an angle to the direction of laser radiation with the possibility of collecting laser radiation scattered by mechanical impurities of the fluid medium in the capillary, and directing the collected radiation to a semiconductor detector located opposite the mirror, the device additionally contains a black body configured to absorb the radiation passed outside the capillary direct laser radiation and placed in the cell on the side of the capillary, opposite to the side of the semiconductor laser. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что лазер выполнен в виде полупроводникового лазера с длиной волны 632 нм.6. The device according to claim 5, characterized in that the laser is made in the form of a semiconductor laser with a wavelength of 632 nm. 7. Устройство по любому из пп. 5, 6, отличающееся тем, что сферическое зеркало расположено под прямым углом к направлению лазерного излучения.7. The device according to any one of paragraphs. 5, 6, characterized in that the spherical mirror is located at right angles to the direction of laser radiation. 8. Устройство по любому из пп. 5, 6, отличающееся тем, что оно снабжено средством отбор проб в виде распределительного клапана, включенного в пробоотборный тракт с возможностью работы ячейки с разными текучими средами.8. The device according to any one of paragraphs. 5, 6, characterized in that it is equipped with a sampling device in the form of a distribution valve included in the sampling path with the ability to operate the cell with different fluids.
RU2022122808A 2022-08-24 Method for control of content of mechanical impurities in aerosols and liquids and device of optical cell for its implementation RU2801784C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801784C1 true RU2801784C1 (en) 2023-08-15

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4728190A (en) * 1985-10-15 1988-03-01 Particle Measuring Systems, Inc. Device and method for optically detecting particles in a fluid
CN101634622B (en) * 2009-08-10 2012-01-04 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 Side scattered light sensing device for particle counter
DE102011006033A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 Pamas Partikelmess- und Analysesysteme GmbH Measuring device for detecting size and number of particles in liquid, has optical system arranged between lighting device and camera, to make light rays of different wavelengths to impinge on depth of measurement volume
RU183438U1 (en) * 2018-04-05 2018-09-24 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Device for measuring the distribution of the concentration and size of nanoparticles in liquids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4728190A (en) * 1985-10-15 1988-03-01 Particle Measuring Systems, Inc. Device and method for optically detecting particles in a fluid
CN101634622B (en) * 2009-08-10 2012-01-04 中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所 Side scattered light sensing device for particle counter
DE102011006033A1 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 Pamas Partikelmess- und Analysesysteme GmbH Measuring device for detecting size and number of particles in liquid, has optical system arranged between lighting device and camera, to make light rays of different wavelengths to impinge on depth of measurement volume
RU183438U1 (en) * 2018-04-05 2018-09-24 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") Device for measuring the distribution of the concentration and size of nanoparticles in liquids

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8047055B2 (en) Size segregated aerosol mass concentration measurement with inlet conditioners and multiple detectors
US8351035B2 (en) Particulate detection and calibration of sensors
WO2017133045A1 (en) Aerosol real time monitor
RU2006108798A (en) OPTICAL FLOW METER FOR MEASURING GAS AND LIQUID FLOW IN PIPELINES
EP0441904B1 (en) Multiport parallel flow particle sensor
US20090039249A1 (en) Size segregated aerosol mass concentration measurement device
TWI779421B (en) In-situ, real-time detection of particulate defects in a fluid
CN110132802B (en) Online detection device and online detection method for particle size and particle concentration
US4737648A (en) Apparatus for detecting fibrous particle sizes by detecting scattered light at different angles
JP5990185B2 (en) Equipment for photometric or spectroscopic inspection of liquid samples
JP5443787B2 (en) A device that counts fibers in the air with high accuracy
KR20120013297A (en) Method and system for analysing solid particles in a medium
KR101749994B1 (en) Biological particle detection apparatus for measuring fluorescence and scattering
JP2019506622A (en) Method and apparatus for detection and / or structural analysis of individual flowing particles in a fluid
US6674529B2 (en) Method and apparatus for determining physical collective parameters of particles of gases
JPH05506503A (en) Diversion for uniform multi-sensor detection
RU2801784C1 (en) Method for control of content of mechanical impurities in aerosols and liquids and device of optical cell for its implementation
KR101897232B1 (en) Apparatus of image detector for detecting particulate in liquid
US6005662A (en) Apparatus and method for the measurement and separation of airborne fibers
KR102479361B1 (en) Curtain flow design for optical chambers
CN108120659A (en) A kind of particle concentration detecting system and method having from zero calibration
JP2003222591A (en) Gas measurement device
JPH01165939A (en) Apparatus for measuring foreign matter contained in fluidizing liquid
JP4180952B2 (en) Wide range particle counter
RU2359250C1 (en) Method of liquid purity control