СПОСОБ АНАЛИЗА ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2011 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц.

Известен способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1278628, G01N 15/02, от 23.12.1986), включающий освещение потока частиц и регистрацию амплитуд импульсов рассеянного частицами света, по которым и судят о размерах частиц.

Недостаток данного способа состоит в том, что он не предоставляет информацию о форме частиц, поскольку определяется не геометрический, а так называемый сферооптический размер (данной частице ставят в соответствие размер сферы, дающей такую же амплитуду импульса рассеянного света).

Известен способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1032370, G01N 15/02, от 30.07.1983), включающий освещение потока частиц плоскими полосами света, разделенными полосами тени различной ширины, и регистрацию количества импульсов, рассеянного каждой частицей света, по которым и судят о размерах частиц.

Недостаток этого способа состоит в том, что размер частиц (хотя и геометрический) определяется лишь в одном направлении, перпендикулярном направлению полос, т.е. способ также не дает информацию о форме частиц.

Известен способ анализа взвешенных частиц (Беляев С.П., Никифорова Н.К., Смирнов В.В. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей. М.: Энергоиздат, 1981. с.126-130), включающий освещение потока частиц световым пучком и регистрацию изображений частиц, по которым и судят о размерах последних.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь в одной плоскости проекции, кроме того, для ограничения счетного объема вдоль оси светового пучка приходится формировать этот пучок с заданной степенью когерентности и достаточно сложным образом дополнительно обрабатывать изображения, т.е. реализация способа весьма непроста.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ анализа взвешенных частиц (Пат. RU 2054652, G01N 15/02 от 20.02.1996), позволяющий получить на фотокатоде видеокамеры одновременно два изображения, соответствующие проекции частицы на две взаимно перпендикулярные плоскости.

Недостаток данного способа состоит в том, что размеры частиц определяются лишь в двух плоскостях проекции, что затрудняет оценку формы несферических частиц при их хаотической ориентации в потоке.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении информативности данных для оценки формы частиц, а для частиц достаточно простой формы эллипсоида вращения дает возможность определения как характерные размеры частиц, так и их ориентации в пространстве.

Этот результат достигается тем, что способ определения размеров и концентрации взвешенных частиц состоит в освещении потока частиц световым пучком и регистрации параметров световых сигналов, формируемых частицами при их пролете через выделенную область потока частиц. Причем световой пучок после прохождения потока с использованием отражающих зеркал разворачивают под углом шестьдесят градусов к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где регистрация изображения частиц происходит с трех равномерных углов светового потока.

В этом случае каждая частица фактически освещается тремя пучками света, а ее изображение в каждом из пучков несет информацию о проекции частицы на плоскость, т.е. информативность о форме частиц повышается как минимум вдвое в сравнении с известным способом. Причем применение цифрового распознавания изображений частиц, получаемых в ходе оперативного телевизионного анализа, позволяет хранить в ЭВМ массивы данных о размерах и формах частиц, что дает в дальнейшем создавать 3D модели взвешенных частиц.

На фиг.1 представлена общая схема устройства для реализации способа; на фиг.2 показан вид изображений в плоскости регистрации.

Устройство содержит источник 1 света, объектив 2, фокусирующий свет в некоторую область 3 потока частиц. На пути светового пучка последовательно под углом шестьдесят градусов расположены объективы 4, 7, 8, 11, 12, а также расположены зеркала 5, 6, 9, 10, которые установлены так, что ось светового пучка на выходе направлена в область потока частиц.

Объективы 2 и 4, 7 и 8, 11 и 12 лежат на одной оси и проходят через счетную область пучка, где пересекаются в некоторой точке A в плоскости регистрации фотокатода передающей видеокамеры 13, подключенной к персональному компьютеру 14.

Работает устройство по предлагаемому способу следующим образом.

Поток частиц (область 3) освещают световым пучком, формируемым источником 1 и объективом 2. После прохождения потока этот световой пучок системой объективов 4, 7, 8, 11, 12 и зеркал 5, 6, 9, 10 разворачивают равномерно под углом шестьдесят градусов к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц, где световой пучок проходит "трижды" через счетную область потока частиц, в плоскость регистрации эти изображения переносятся соответствующим объективом видеокамеры 13, подключенной к персональному компьютеру 14. Изображение 16 - есть проекция частицы на плоскость XOZ, а изображение 17 - проекция на плоскость YOZ. Одновременно объектив видеокамеры строит в плоскости регистрации третье изображение 15 частицы, соответствующее ее проекции на плоскость XOY (это изображение формируется световым пучком, распространяющимся вдоль оси OZ).

Таким образом, в плоскости регистрации имеется три проекции частицы. При этом поскольку частица смещена относительно осей OX, OY на расстояния, превосходящие соответствующие размеры частиц, то все три изображения пространственно разнесены. При совпадении частицы с общим фокусом объективов все три изображения наложатся друг на друга в окрестности точке A (фиг.2), этого наложения можно избежать соответствующей юстировкой зеркал.

Очевидно, что в этой схеме возможно ограничение счетного объема, допустимой глубиной резкости, используя в качестве критерия либо расстояние между изображениями либо соотношение размеров различных проекций по одной и той же оси координат.

Таким образом, рассмотренный способ, в отличие от известных способов, позволяет получить в плоскости регистрации одновременно три изображения каждой частицы. Это существенно повышает информативность измерений, в частности дает возможность определения параметров частицы при ее произвольной ориентации.

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц. Способ анализа взвешенных частиц включает освещение потока частиц световым пучком и регистрацию изображений частиц, по которым и судят о размерах последних. Причем после прохождения потока частиц системой объективов и зеркал световой пучок разворачивают равномерно под углом шестьдесят градусов к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где световой пучок проходит «трижды» через счетную область потока частиц. При этом в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к переносному компьютеру. Технический результат изобретения - повышение информативности данных для оценки формы частиц, а для частиц достаточно простой формы эллипсоида вращения дает возможность определения как характерные размеры частиц, так и их ориентации в пространстве. 2 ил.

Способ анализа взвешенных частиц, включающий освещение потока частиц световым пучком и регистрацию изображений частиц, по которым и судят о размерах последних, отличающийся тем, что после прохождения потока частиц системой объективов и зеркал световой пучок разворачивают равномерно под углом шестьдесят градусов к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где световой пучок проходит «трижды» через счетную область потока частиц, а в плоскость регистрации эти изображения переносятся объективом видеокамеры, подключенной к переносному компьютеру.