СПОСОБ АНАЛИЗА ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 2014 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в электронной промышленности, 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 №2436067 С1, G01N 15/02, от 22.10.2010 г.), позволяющий получить на фотокатоде видеокамеры одновременно три изображения, соответствующие проекции частицы на три плоскости.

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

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении информативности данных для оценки несферических частиц сложной формы 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 по отношению к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где регистрация изображения частиц происходит с четырех углов светового потока, что позволяет проводить оценку несферических частиц сложной формы при их хаотической ориентации в потоке.

В этом случае каждая частица фактически освещается четырьмя пучками света, а ее изображение в каждом из пучков несет информацию о проекции частицы на плоскость, т.е. информативность о форме частиц повышается в сравнении с известными способами. 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 изображения в плоскости регистрации.

Устройство содержит источник 1 света, объектив 2, фокусирующий свет в некоторую область 3 потока частиц. На пути светового пучка расположены объективы 4, 7, 8, 10, 12, 13, 15, 17, 18, а также расположены зеркала 5, 6, 9, 11, 14, 16, которые установлены так, что ось светового пучка на выходе направлена в область потока частиц.

Объективы 2 и 4, 7 и 8, 10 и 12, 13 и 15, 17 и 18 не лежат на одной оси, но проходят через счетную область пучка, где пересекаются в некоторой точке А в плоскости регистрации фотокатода передающей видеокамеры 19, подключенной к персональному компьютеру 20.

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, 10, 12, 13, 15, 17, 18 и зеркал 5, 6, 9, 11, 14, 16 разворачивают по отношению к исходному пучку и вновь пропускают через поток частиц, где световой пучок проходит четыре раза через счетную область потока частиц, в плоскость регистрации эти изображения переносятся соответствующим объективом видеокамеры 19, подключенной к персональному компьютеру 20. Изображения 21, 22, 23, 24 получаются при прохождении светового пучка через частицу при повороте исходного светового пучка с помощью зеркал, при этом изображения соответствуют съемке частицы под углами в сферических координатах (r, Θ, φ) относительно области 3: (r, 45°, 90°), (r, 135°, 180°), (r, 45°, 270°), (r, 135°, 0°) соответственно.

Таким образом, в плоскости регистрации имеется четыре изображения частицы. При совпадении частицы с общим фокусом объективов все четыре изображения наложатся друг на друга в окрестности точки А (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 расстояние между изображениями.

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

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в электронной промышленности, медицине, биологии, экологии, химической промышленности, порошковой металлургии и других областях науки и техники, связанных с анализом взвешенных частиц. Способ состоит в том, что поток частиц освещают световым пучком и регистрируют изображение частиц, по которым и судят о размерах и формах частиц. Световой пучок после прохождения потока разворачивают по отношению к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где регистрация изображения частиц происходит с четырех углов светового потока. Таким образом, в плоскости регистрации имеется четыре проекции частицы. По полученным изображениям судят о размерах и формах частиц сложной формы. Техническим результатом изобретения является повышение информативности данных для оценки несферических частиц сложной формы 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 и формах последних, отличающийся тем, что световой пучок после прохождения потока разворачивают по отношению к исходному пучку и вновь пропускают через поток, где регистрация изображения частиц происходит с четырех различных углов светового потока.