УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ГЛОБУЛ ВОДОМАСЛЯНЫХ ЭМУЛЬСИЙ Российский патент 2024 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических свойств, а именно определения размеров частиц или распределения их по размерам, и может быть использовано для определения размеров глобул водомасляной эмульсии.

Известен лазерный анализатор частиц fritsch ANALYSETTE 22 NeXT Nano, предназначенный для измерения размеров частиц в диапазоне 0,01 - 3800 мкм с высокой точностью [https://www.fritsch.com.ru/izmerenie-razmera-chastic/staticheskoe-rassejanie-sveta/detali/produkty/lazernyi-pribor-dlja-izmerenija-razmera-chastic-analysette-22-next-nano/]. Данное устройство, как и подобные ему, не способно оценить форму частиц.

Известен анализатор частиц CAMSIZER X2, содержащий цифровые камеры высокого разрешения, обеспечивающие частоту кадров более 300 изображений в секунду, которые оценивают размер частиц в режиме реального времени с помощью мощного программного обеспечения [https://www.microtrac.com/ru/products/particle-size-shape-analysis/dynamic-image-analysis/camsizer-x2/].

Данное устройство предназначено для определения размеров твердых частиц, его применение для определения размеров глобул водомасляных эмульсий невозможно.

Наиболее близким к заявляемому устройству является проточный микроскоп для измерения распределения по размерам взвешенных в жидкости частиц [RU 2747790 C1, МПК G01N 5/02 (2006.01), опубл. 14.05.2021], содержащий телецентрический источник света, цифровую видеокамеру с телецентрическим объективом, оптическую ячейку и компьютер, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен портом забора образца с подводящим каналом, гидравлически связанными друг с другом через трехходовой клапан с Т-образной пробкой и шестеренчатым насосом, при этом оптическая ячейка изготовлена из полиэфирэфиркетона и имеет толщину, обеспечивающую скорость протекания потока в ячейке, равную скорости потока в подводящих каналах, и позволяющая фиксировать все проходящие через нее частицы.

Недостатком устройства является отсутствие модуля для подготовки эмульсии, а также низкая степень автоматизации и низкая скорость процесса измерения распределения глобул по размерам.

Техническим результатом предложенного изобретения является уменьшение времени измерения размеров глобул эмульсии и расширение функционала устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения размеров глобул водомасляных эмульсий, содержит электроприводы, подключенные к микроконтроллеру, с помощью которых можно в автоматическом режиме регулировать положение предметного столика относительно объектива микроскопа, а также персональный компьютер, на котором происходит анализ фотографий с помощью алгоритмов распознавания и сегментации, что уменьшает время определения размеров глобул. Также устройство содержит емкость для подготовки эмульсии с крышкой, в которую помещаются мембранный насос для подготовки эмульсии и насос для подачи эмульсии в оптическую ячейку, подключенные к программируемому источнику питанию. Программируемый источник питания, микроконтроллер и камера подключены к персональному компьютеру. Благодаря данному программному и техническому оснащению, с помощью устройства можно создавать эмульсии с заданными размерами глобул.

На фиг. 1 показана схема устройства для определения размеров глобул водомасляных эмульсий.

На фиг. 2 представлена структурная схема заявленного устройства.

Устройство для определения размеров глобул водомасляной эмульсии содержит тринокулярный микроскоп 1 с предметным столиком 2, камерой 3 (К) и ручками настройки положения 4 предметного столика 2. Камера 3 (К) микроскопа 1 подключается к персональному компьютеру 5 (ПК). К ручкам настройки положения 4 предметного столика 2 через механическую передачу крепятся электроприводы 6, 7, 8 (ЭД1, ЭД2, ЭД3), которые соединены с микроконтроллером 9 (МК), подключенным к персональному компьютеру 5 (ПК). На предметный столик 2 устанавливается оптическая ячейка 10. К оптической ячейке 10 с помощью хомутов крепятся соединительные трубки для подачи водомасляной эмульсии из емкости 11 для подготовки эмульсии и вывода водомасляной эмульсии в техническую емкость 12. Емкость для подготовки эмульсии 11 накрывается крышкой 13, в которой предусмотрены отверстия для насоса 14 (Н1) для подготовки эмульсии и для насоса 15 (Н2) для подачи эмульсии в оптическую ячейку 10. Насос 14 (Н1) для подготовки эмульсии устанавливается таким образом, чтобы заборное отверстие находилось на уровне раздела фаз, а выходное под углом 90 градусов к стенке емкости 11. Насос 15 (Н2) для подачи эмульсии в оптическую ячейку устанавливается перед насосом 14 (Н1) для подготовки эмульсии. Насос 14 (Н1) для подготовки эмульсии и насос 15 (Н2) для подачи эмульсии соединены с программируемым источником питания 16 (ПИП), который соединен с персональным компьютером 5 (ПК).

В качестве тринокулярного микроскопа 1 может быть использован Levenhuk MED D10T, снабжённый цифровой камерой 5,1 Мпикс. В качестве персонального компьютера 5 (ПК) может быть использован HONOR MagicBook 15. В качестве электроприводов 6, 7, 8 (ЭД1, ЭД2, ЭД3) могут быть использованы шаговые электроприводы NEMA 17. В качестве микроконтроллера 9 (МК) может быть использован STM32 Nucleo-F411RE. Оптическая ячейка 10 может быть выполнена из пластика и покровных стекол. Емкость для подготовки эмульсии 11, техническая емкость 12 и крышка 13 могут быть изготовлены из пластика. В качестве мембранного насоса для подготовки эмульсии 14 (Н1) может быть использован воздушно-водяной для пищевых продуктов TSSP370-B. В качестве насоса 15 (Н2) для подачи эмульсии в оптическую ячейку 10 может быть использована помпа водяная миниатюрная RS-360SH. В качестве программируемого источника питания 16 (ПИП) может быть использован источник Rigol DP832. Соединительные трубки могут быть изготовлены из силикона.

Устройство работает в статическом и динамическом режиме.

В статическом режиме происходит подготовка эмульсии с помощью насоса 14 (Н1), который забирает жидкость на уровне раздела фаз и выдает под углом 90 градусов к стенке емкости 11 для подготовки эмульсии. Величина, форма сигнала и время подаваемого на насос напряжения подбирается в зависимости от того, какие размеры глобул необходимо получить. После окончания подготовки порция эмульсии, равная объему оптической ячейки, передается на оптическую ячейку 10 с помощью насоса 15 (Н2). Затем происходит настройка положения предметного столика 4 относительно объектива микроскопа 1 по оси Z для настройки фокусного расстояния с помощью электропривода 8 (ЭД3). Далее происходит процесс создания фотографий с помощью камеры 3 (К) и перемещение предметного столика 4 относительно объектива микроскопа 1 по осям X и Y с помощью электродвигателей 6 (ЭД1) и 7 (ЭД2) с целью захвата всей площади оптической ячейки. После создания фотографий, изображение передается на персональный компьютер 5 (ПК), где происходит анализ фотографий с помощью алгоритмов распознавания и сегментации. Управление электродвигателями 6, 7, 8 (ЭД1, ЭД2, ЭД3) осуществляется с помощью микроконтроллера 9 (МК), работа которого регулируется персональным компьютером 5 (ПК) в зависимости от получаемого изображения. После захвата всей площади оптической ячейки 10, с помощью насоса 15 (Н2) подается новая порция эмульсии из емкости 11 для подготовки эмульсии, а предыдущая попадает в техническую емкость 12. Насосы 14 (Н1) и 15 (Н2) питаются от программируемого источника питания 16 (ПИП), который удаленно управляется с персонального компьютера 5 (ПК).

В динамическом режиме происходят аналогичные действия, однако эмульсия подается на оптическую ячейку не порциями, а медленным потоком и регулирование положения предметного столика 4 относительно микроскопа 1 происходит только по оси X. Скорость потока рассчитывается исходя из размеров и геометрии оптической ячейки, таким образом, чтобы обеспечить ламинарный поток.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно определения размеров частиц или распределения их по размерам, и может быть использовано для определения размеров глобул водомасляной эмульсии. Устройство для определения размеров глобул водомасляной эмульсии содержит цифровую камеру, оптическую ячейку и компьютер, а также дополнительно содержит микроскоп, электроприводы, которые через механическую передачу крепятся к ручкам настройки положения предметного столика микроскопа, управляемым с помощью микроконтроллера, емкость для подготовки эмульсии с крышкой, в которой предусмотрены отверстия для насоса для подготовки эмульсии, установленного таким образом, чтобы его заборное отверстие находилось на уровне раздела фаз, а выходное под углом 90 градусов к стенке емкости, и насоса для подачи эмульсии, установленного перед насосом для подготовки эмульсии, выходное отверстие насоса для подачи эмульсии соединено с оптической ячейкой, техническую емкость для слива эмульсии после проведения анализа, программируемый блок питания для подачи напряжения на насосы. Техническим результатом является уменьшение времени измерения размеров глобул эмульсии и расширение функционала устройства. 2 ил.

Устройство для определения размеров глобул водомасляной эмульсии, содержащее цифровую камеру, оптическую ячейку и компьютер, отличающееся тем, что дополнительно содержит микроскоп, электроприводы, которые через механическую передачу крепятся к ручкам настройки положения предметного столика микроскопа, управляемым с помощью микроконтроллера, емкость для подготовки эмульсии с крышкой, в которой предусмотрены отверстия для насоса для подготовки эмульсии, установленного таким образом, чтобы его заборное отверстие находилось на уровне раздела фаз, а выходное под углом 90 градусов к стенке емкости, и насоса для подачи эмульсии, установленного перед насосом для подготовки эмульсии, выходное отверстие насоса для подачи эмульсии соединено с оптической ячейкой, техническую емкость для слива эмульсии после проведения анализа, программируемый блок питания для подачи напряжения на насосы.