Установка для исследования материалов и растворов методом объемных индикатрис светорассеяния Российский патент 2018 года по МПК G01N21/47 G01J1/02 

Описание патента на изобретение RU2667318C1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в химии и материаловедении для исследования наночастиц в жидких, газовых средах и твердотельных наноструктурированных материалах методом индикатрис светорассеяния.

Известна установка для исследования наноструктурированных материалов и химических реакций методом индикатрис светорассеяния (https://moluch.ru/archive/66/11066/). Установка содержит лазер, фотодиоды, печатную плату, Arduino Mega 2560, компьютер.

Недостатки – фотодиоды расположены радиально в одной плоскости, что позволяет измерять интенсивность рассеянного света только в одном положении, этого недостаточно для точного анализа исследуемого образца, кроме того, для управления установкой и обработки данных используется стороннее программное обеспечение компании National Instruments.

Известно устройство для исследования материалов методом индикатрис светорассеяния, содержащее расположенные в одной плоскости источник излучения и фотоприемники, размещенные по окружности таким образом, что ось источника излучения проходит через центр окружности, держатели для установки образцов исследуемых сред и материалов, первый из которых для образцов жидких и газообразных сред, содержащих наночастицы, а второй для образцов прозрачных твердотельных наноструктурированных материалов обеспечивают размещение образцов в центре окружности размещения фотоприемников, а третий держатель для образцов непрозрачных твердотельных наноструктурированных материалов обеспечивает размещение этого образца на линии окружности размещения фотоприемников по ходу излучения за центром окружности размещения фотоприемников, при этом фотоприемники электрически соединены с входом блока операционных усилителей, выход которого соединен с входом микроконтроллера, который связан с компьютером. Между источником излучения и фотоприемниками по ходу излучения размещена оптическая система линз, увеличивающая диаметр луча до заданного размера, а третий держатель для образцов непрозрачных твердотельных наноструктурированных материалов закреплен на валу сервопривода, электрический вход которого связан с микроконтроллером (патент RU167044, МПК G01N 21/00, опубл. 20.12.2016 г.). Принято за прототип.

Недостатком является низкая информативность получаемых в ходе измерения индикатрис статического рассеяния света и недостаточные условия, созданные для уменьшения влияния сторонней засветки фотодиодов.

Задачей изобретения является создание установки для исследования материалов методом индикатрис светорассеяния, исключающей недостатки аналогов.

Технический результат - повышение информативности объемных индикатрис светорассеяния.

Задача решается, а технический результат достигается установкой для исследования материалов и растворов методом объемных индикатрис светорассеяния, включающей измерительный элемент, источник излучения в виде лазера,  фотоприемники в виде фотодиодов, операционные усилители, микроконтроллер, держатель для установки образцов исследуемых сред и материалов, причем фотодиоды электрически соединены с входом блока операционных усилителей, выход которого соединен с входом микроконтроллера, который связан с компьютером. В отличие от прототипа измерительный элемент выполнен из PLA-пластика в виде дуги с размещенными на ней pin-фотодиодами с возможностью ее вращения относительно источника излучения через определенные промежутки времени на заданный угол посредством сервопривода, к валу которого закреплен один конец  измерительного элемента, при этом второй конец измерительного элемента с помощью шарикового подшипника зафиксирован вокруг оси источника излучения, который представляет собой маломощный красный лазер, связанный с блоком питания, причем исследуемый образец расположен внутри сферы вращения измерительного элемента, а рабочая зона, в которую помещается исследуемый образец, изолирована от внешней засветки с помощью полусферического корпуса, который имеет светопоглощающую поверхность и расположен вокруг траектории движения измерительного элемента, при этом установка имеет измерительный блок, в котором размещены электрическая схема, генератор сигнала, микроконтроллер, индикаторы работы установки, тумблеры переключения и выход для подключения к компьютеру и сети.

Согласно изобретению рабочая зона оснащена универсальным зажимом, позволяющим фиксировать кюветы и подложки для размещения исследуемого образца в определенной точке рабочей зоны.

Технический результат достигается следующим.

Использование лазера малой мощности с соответствующей длиной излучения (красный лазер - 650 нм) приводит к отсутствию нежелательного разогрева исследуемых образцов и нежелательной люминесценции. Установка обеспечивает отсутствие механического контакта измерительного элемента с образцом, так как образец взаимодействует только с лазерным пучком. Фотодиоды, расположенные вдоль дуги измерительного элемента, который выполнен с возможностью вращения относительно образца, обеспечивают регистрацию интенсивности рассеянного света в объеме. Все это приводит к повышению информативности объемных индикатрис светорассеяния.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана заявляемая установка для исследования материалов и растворов методом объемных индикатрис светорассеяния.

Установка включает измерительный элемент 1 из PLA-пластика в виде дуги, источник излучения 2 в виде маломощного красного лазера,  фотоприемники 3 в виде pin-фотодиодов, операционные усилители 4, микроконтроллер 5, держатель 6 для установки образцов исследуемых сред и материалов, причем фотодиоды электрически соединены с входом блока операционных усилителей, выход которого соединен с входом микроконтроллера, который связан с компьютером (не показано). Измерительный элемент 1 имеет возможность вращения относительно источника излучения 2 через определенные промежутки времени на заданный угол посредством сервопривода 7, к валу которого закреплен один конец  измерительного элемента, при этом второй конец измерительного элемента с помощью шарикового подшипника 8 зафиксирован вокруг оси источника излучения, причем исследуемый образец расположен внутри сферы вращения измерительного элемента, а рабочая зона, в которую помещается исследуемый образец, изолирована от внешней засветки с помощью полусферического корпуса 9, который имеет светопоглощающую поверхность и расположен вокруг траектории движения измерительного элемента. Блок питания обозначен позицией 10, электрическая схема - 11, индикаторы работы установки - 12, тумблеры переключения - 13 и выходы для подключения к компьютеру и сети - 14.

Установка работает следующим образом.

Перед началом измерения исследуемый образец закрепляется с помощью держателя 6 и рабочая зона закрывается с помощью полусферического корпуса 9. Далее с помощью тумблера 13 включается блок питания 10, регулирующий интенсивность источника излучения 2. После этого с помощью компьютера (не показано), который подсоединен к установке через предусмотренный выход 14, задаются параметры и условия измерения. После запуска измерения на компьютере измерительный элемент 1 приводится в движение и двигается по поверхности полусферы относительно образца на заданный в программе угол с помощью закрепленного с одной стороны дуги сервопривода 7 и подшипника 8, закрепленного с другой. Интенсивность рассеянного на образце света фиксируется с помощью фотодиодов 3, далее сигнал усиливается за счет операционных усилителей 4, расположенных на электрической схеме 11, и преобразуется в цифровой с помощью микроконтроллера5, соединенного с компьютером через выход 14. После окончания измерения загорается световой индикатор 12.

Использование лазера малой мощности с соответствующей длиной излучения (красный лазер - 650 нм) приводит к отсутствию нежелательного разогрева исследуемых образцов и нежелательной люминесценции. Установка обеспечивает отсутствие механического контакта измерительного элемента с образцом, так как образец взаимодействует только с лазерным пучком. Фотодиоды, расположенные вдоль дуги измерительного элемента, который выполнен с возможностью вращения относительно образца, обеспечивают регистрацию интенсивности рассеянного света в объеме. Все это приводит к повышению информативности объемных индикатрис светорассеяния.

Таким образом, заявляемая установка для исследования материалов методом индикатрис светорассеяния позволяет повысить информативность объемных индикатрис светорассеяния.

Похожие патенты RU2667318C1

название год авторы номер документа
ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЖИ И СЛИЗИСТЫХ ОБОЛОЧЕК IN VIVO 2002
  • Рогаткин Д.А.
  • Колбас Ю.Ю.
RU2234853C1
СПОСОБ ФОТОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1992
  • Крылов Юрий Николаевич[By]
  • Соколов Евгений Александрович[By]
  • Татарченко Раиса Александровна[By]
  • Казаков Николай Павлович[By]
  • Костюткин Владимир Григорьевич[By]
RU2051376C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ 2019
  • Сидоровский Николай Валентинович
RU2726036C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА 2019
  • Вонти Анна Олеговна
  • Ильинский Александр Валентинович
  • Шадрин Евгений Борисович
RU2702519C1
СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С КОНСТРУКЦИОННЫМИ МАТЕРИАЛАМИ 2017
  • Сиренко Александр Васильевич
  • Мазанов Валерий Алексеевич
  • Кокшаров Виктор Васильевич
  • Макейкин Евгений Николаевич
  • Маркин Сергей Викторович
  • Авдошина Ольга Евгеньевна
RU2664969C1
Способ контроля оптической анизотропии светорассеяния плоских волокнистых материалов и устройство для его осуществления 1989
  • Шляхтенко Павел Григорьевич
  • Суриков Олег Михайлович
  • Калличаран Сародж Кумар
SU1723503A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И СРЕДНЕГО РАЗМЕРА ЧАСТИЦ В КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ РАСТВОРАХ САХАРОЗЫ 2002
  • Петров С.М.
  • Шлык Ю.К.
  • Шестов А.Г.
  • Подгорнова Н.М.
  • Солуянова Н.Н.
RU2228522C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЖИДКОГО АНАЛИТА 2016
  • Сидоров Александр Иванович
  • Ильинский Александр Валентинович
  • Шадрин Евгений Борисович
RU2626299C1
Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения 1990
  • Калантарьян Оганес Ваганович
  • Кононенко Сергей Игнатьевич
  • Муратов Александр Иванович
  • Сторижко Владимир Ефимович
SU1770771A1
УСТАНОВКА ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ ЧИПОВ КАСКАДНЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ Al-Ga-In-As-P 2009
  • Андреев Вячеслав Михайлович
  • Румянцев Валерий Дмитриевич
  • Ащеулов Юрий Владимирович
  • Малевский Дмитрий Андреевич
RU2391648C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 667 318 C1

Реферат патента 2018 года Установка для исследования материалов и растворов методом объемных индикатрис светорассеяния

Изобретение относится к области измерительной техники и касается установки для исследования материалов и растворов методом объемных индикатрис светорассеяния. Установка включает в себя источник излучения, измерительный элемент, измерительный блок, блок питания и держатель для установки образцов. В качестве источника излучения используется маломощный красный лазер. Измерительный элемент выполнен в виде дуги с размещенными на ней pin-фотодиодами и имеет возможность вращения относительно источника излучения через определенные промежутки времени на заданный угол посредством сервопривода, к валу которого закреплен один конец измерительного элемента. Второй конец измерительного элемента с помощью шарикового подшипника зафиксирован вокруг оси источника излучения. Образец расположен внутри сферы вращения измерительного элемента. Рабочая зона, в которую помещается исследуемый образец, изолирована от внешней засветки с помощью полусферического корпуса, который имеет светопоглощающую поверхность и расположен вокруг траектории движения измерительного элемента. Технический результат заключается в повышении информативности измерений объемных индикатрис светорассеяния. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 667 318 C1

1. Установка для исследования материалов и растворов методом объемных индикатрис светорассеяния, включающая измерительный элемент, источник излучения в виде лазера, фотоприемники в виде фотодиодов, операционные усилители, микроконтроллер, держатель для установки образцов исследуемых сред и материалов, причем фотодиоды электрически соединены с входом блока операционных усилителей, выход которого соединен с входом микроконтроллера, который связан с компьютером, отличающаяся тем, что измерительный элемент выполнен из PLA-пластика в виде дуги с размещенными на ней pin-фотодиодами с возможностью ее вращения относительно источника излучения через определенные промежутки времени на заданный угол посредством сервопривода, к валу которого закреплен один конец измерительного элемента, при этом второй конец измерительного элемента с помощью шарикового подшипника зафиксирован вокруг оси источника излучения, который представляет собой маломощный красный лазер, связанный с блоком питания, причем исследуемый образец расположен внутри сферы вращения измерительного элемента, а рабочая зона, в которую помещается исследуемый образец, изолирована от внешней засветки с помощью полусферического корпуса, который имеет светопоглощающую поверхность и расположен вокруг траектории движения измерительного элемента, при этом установка имеет измерительный блок, в котором размещены электрическая схема, генератор сигнала, микроконтроллер, индикаторы работы установки, тумблеры переключения и выход для подключения к компьютеру и сети.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочая зона оснащена универсальным зажимом, позволяющим фиксировать кюветы и подложки для размещения исследуемого образца в определенной точке рабочей зоны.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2667318C1

US 2014362377 A1, 11.12.2014
US 6034776 A1, 07.03.2000
СПОСОБ ИНДИКАЦИИ ПРИ ИЗМЕРЕНИИ СИЛБ1 ТЯЖЕСТИ 0
  • Э. Ю. Миколаевский, Л. В. Калишева, М. А. Телепин В. О. Баграм
SU167044A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ РАССЕЯННОГО СВЕТА И СПОСОБ ИХ ОБНАРУЖЕНИЯ 2013
  • Зименс Андреас
  • Вагнер Эрнст-Вернер
RU2632580C2

RU 2 667 318 C1

Авторы

Тихомиров Евгений Михайлович

Даты

2018-09-18Публикация

2017-10-19Подача