СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ГОМОГЕНИЗАЦИИ ГЕТЕРОГЕННЫХ СМЕСЕЙ Российский патент 2015 года по МПК G01N21/85 

Изобретение относится к способам определения качества гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности при получении и анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов.

Известен способ определения качества смешения материалов, включающий введение в смешиваемую массу мелкодисперсного порошкообразного люминофора и его облучение ультрафиолетовыми лучами (см. патент РФ №2022253, кл. G01N 21/64, B01F 3/18, опубл. 30.10.1994 г.).

Недостатками известного способа являются невозможность автоматизировать процесс контроля степени однородности смеси и необходимость эксперта. Кроме того, недостаточная точность контроля степени однородности вследствие сложной обработки данных.

Известен способ определения однородности сыпучей смеси, включающий операции пробоотбора, замер светорассеяния с помощью трех фотометрических приборов и преобразование оптической плотности в электрический сигнал, по величине которого и судят о степени однородности (см. заявка №2002106464 от 12.03.02.)

Недостатком известного способа является отсутствие автоматического определения степени однородности гомогенизируемой смеси и сложность применения способа в условиях запыленности и в случае близких оптических плотностей различных компонентов.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения степени гомогенизации смесей по оптолептической информации об их поверхности, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси в аппарате смешения, сопровождающееся светодиодной подсветкой поверхности смеси белого цвета со стабилизированным источником питания, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих и вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси (см. патент №2489705 от 10.08.2013). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением - дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающее подсветкой поверхности смеси; обработка полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей; вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая точность контроля степени однородности сыпучих веществ вследствие того, что они могут находиться в состоянии подвижности, пылеобразования или иметь неровную поверхность. Это приводит к сложности, а иногда и невозможности получения четкой оптолептической информации.

Задачей изобретения является повышение точности контроля степени однородности гетерогенной композиции, возможность его применения в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси и автоматизация процесса определения качества гомогенизации.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси, согласно изобретению перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген и вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Признаки предлагаемого способа, отличные от прототипа, - перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген; вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Введение люмогена перед гомогенизацией в гетерогенную смесь позволит уменьшить влияние оптических шумов, которые могут определяться как поверхность с большой энтропией оптолептической информацией. При добавлении люмогена определяют степень гомогенизации смеси только по распределению люмогена на поверхности смеси, что исключает уровень зашумленности, создаваемый неровностью поверхности, пылеобразованием или подвижностью смеси.

В связи с зашумленностью образца во всех цветовых слоях использование энтропии всей оптолептической информации не приводит к требуемому результату. Вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально, и по ее значению судят о степени гомогенизации смеси, что позволит повысить точность контроля степени однородности гетерогенной композиции и применить его в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси. Например, при использовании зеленого люмогена для определения степени однородности смеси применяется энтропия только G-слоя.

Способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлены изображения поверхности смеси состава №1 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения.

На фиг.2 приведена зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №1 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения.

На фиг.3 представлены изображения поверхности смеси состава №2 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения.

На фиг.4 приведена зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №2 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения.

Возможность осуществления способа подтверждается следующим примером.

Для натурного эксперимента были использованы две сухие гетерогенные композиции, применяемые для тампонажа в нефтяной промышленности (тампонажные смеси).

Перед гомогенизацией в гетерогенные композиции был введен люмоген.

С помощью светосканирующего устройства дистанционно снимался образ поверхности смеси в растрово-цифровой форме. Для этого аппарат смешения снабжался подсветкой. Полученную информацию передавали на устройство обработки оптолептической информации, в качестве которого использовали ПЭВМ.

Для автоматического определения степени однородности смеси поверхность образца представляется в виде образа, снятого со светочувствительной матрицы:

где O_i,j - отклик элемента светочувствительной матрицы; i, j - номер элемента соответственно в строке и столбце матрицы; n, m - количество элементов светочувствительной матрицы по высоте и ширине соответственно; l - количество уровней сигнала, передаваемого каждой ячейкой матрицы; k - номер цветовой составляющей.

Степень однородности определяется по энтропии оптолептической информации в битах:

где p_i - вероятность появления i-го уровня цветовой информации.

Изображение поверхности композиций снималось при различных стадиях гомогенизации, которые определялись тактами работы мешалки. Принималось, что 1 такт = 10 оборотам мешалки лабораторного смесителя.

Экспериментально установлено, что для данных композиций целесообразно было использовать только G-слой, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Изображения поверхности смеси состава №1 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения, представлены на фиг.1.

Зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №1 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения приведена на фиг.2.

Значения энтропии G-слоя от степени гомогенизации, выраженной в тактах смешения, для композиции №1 приведены в таблице 1.

Таблица 1 Кол-во тактов 1 2 3 Значние энтропии G-слоя 6.5052 6.2177 6.0261

Изображения поверхности смеси состава №2 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения, представлены на фиг.3.

Зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №2 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения приведена на фиг.4.

Значения энтропии G-слоя от степени гомогенизации, выраженной в тактах смешения, для композиции №2 приведены в таблице 2.

Таблица 2 Кол-во тактов 1 2 3 Значние энтропии G-слоя 7.227 5.271 5.109

В ходе эксперимента вычислялась энтропия всей оптолептической информации и энтропия оптолептической информации каждого оптолептического слоя. Для определения степени гомогенизации учитывали энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально, и по ее значению судили о степени гомогенизации смеси. Экспериментально установлено, что в сравнении с прототипом предлагаемый способ обладает большей точностью.

Преимущество предложенного способа состоит в том, что он позволяет автоматизировать процесс определения качества гомогенизации, повысить точность контроля степени однородности гетерогенной композиции и применять его в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси.

Изобретение относится к области определения качества гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности при получении и анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов. В способе перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген, затем осуществляют дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально, и по ее значению определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси. Изобретение обеспечивает повышение точности контроля степени однородности гетерогенной композиции, возможность его применения в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси и автоматизацию процесса определения качества гомогенизации. 4 ил., 2 табл.

Способ определения качества гомогенизации гетерогенных смесей, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси, отличающийся тем, что перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген и вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.