Анализатор микрочастиц в жидкостях Советский патент 1990 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля загрязненности жидкостей и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет использования более чувствительного метода коНтро- ля с автоматической калибровкой в процессе измерения.

На чертеже приведена функциональная схема устройства,

Устройство содержит проточную кювету 1 с прозрачными окнами 2 и 3, оптические оси которых соосны с оптической осью лазера 4, отверстиями напуска 5 и слива 6 анализируемой жидкости, между которыми установлен световод 7, выполненный в виде проз- рачной пластины с непрозрачными покрытиями 0 и 9, нанесенными на ее плоскости, с цилиндрическим отверстием 10 и плоским полированным торцом 11, с которым оптически сопряжен фо- тоэлектронный умножитель 12, к выходу которого через второй усилитель 13 с регулируемым коэффициентом первыми входами подключены компараторы 14-21, вторые входы которых соеди- нены с выходами блока 22 опорных напряжений, к их выходам второй шиной 23 подключены А-входы статического арифметико-логического устройства 24 и входами Сброс соответствующие фазоимпульсные счетчики 25-32, соединенные счетными входами с выходом опорного генератора 33, а к их выходам первыми входами подключены статические триггеры 34-41, вторые входы которых через блок 42 формирования коротких импульсов подключены к выходу Подтверждение захвата микроЭВМ 43, соединенной управляющим выходом через блок 44 регулирования коэффи- циента усиления с входом управления второго усилителя 13, а к ее первому порту ввода информации первой шиной 45 подключен выход многоканального амплитудного анализатора 46, соединенный своим входом через первы усилитель 47 к выходу фотоэлектрического преобразователя 48, установленного на выходе светового луча лазера 4 из проточной кюветы 1, кроме того, к прямым выходам статических триггеров 34-41 с помощью третьей шины 49 В-входэми подключено статическое арифметико-логическое устройство 24, к выходу Перенос которого входом Захват подключена микроЭВМ 43, второй порт ввода информации которой четвертой шиной 50 подключен к выходам схем И 51-57, каждая из которых своими первыми входами под- ключена к прямому выходу предыдущего триггера, а вторым входом - к инверс )ному выходу последующего статического триггера.

Анализатор микрочастиц в жидкостях работает следующим образом.

Через отверстие напуска 5 в объе проточной кюветы 1 подают анализируемую жидкость, которая через цилиндрическое отверстие 10 и отверстие слива 6 вытекает из объема проточной кюветы. Протекающую через цилиндрическое отверстие 10 жидкост облучают с помощью лазера 4 через прозрачное окно 2.

При этом через второе прозрачное окно 3 с помощью фотоэлектрического преобразователя 40 регистрируют ослабление светового потока в момент прохождения микрочастицы через цилиндрическое отверстие 10.

Усиленный первым усилителем 47 электрический сигнал с выхода Фотоэлектрического преобразователя А8 поступает на вход многоканального амплитудного анализатора 46, с помощью которого по величине амплитуды электрического импульса определяют размер микрочастицы в момент прохождения ее через цилиндрическое отверстие 10 световода 7.

С информационного выхода многоканального амплитудного анализатора 46 По первой шине 45 через первый порт информация поступает в микроЭВМ 43, в которой осуществляется ее обработка .

При этом непрозрачные покрытия 8 и 9 служат для того, чтобы световой луч лазера 4 поступал на фотоэлектрический преобразователь 48 только через цилиндрическое отверстие 10.

Одновременно при прохождении микрочастицы через цилиндрическое отверстие 10 рассеянный ею свет по световоду 7 через полированный торец 11 поступает на оптически с ним сопряженный фотоэлектронный умножитель 12, с выхода которого усиленный вторым усилителем 13 электрический импульс поступает на первые входы компараторов 14-21, пороги срабатывания которых задаются с помощью блока 22 опорных напряжений.

Если на выходе второго усилителя 13 сформируется импульс, амплитуда которого превышает пороговое напряжение, например, только первого компаратора 14, то на его выходе при этом сформируется уровень логической единицы, с поступлением которого

на вход Сброс: фаэоимпульсного счетчика 25 на его счетный вход начнут поступать импульсы с генератора 33, частота следования которых задается из такого расчета, чтобы за время прохождения микрочастицы через цилиндрическое отверстие 10 фа- зоимпульсный счетчик 25 успел заполниться настолько, чтобы на его выходе сформировался уровень логической единицы, с поступлением которого на первый вход статического триггера 34 на его прямом выходе сформируется уровень логической единицы. Остальные же статические -триггеры 35-41 на своих прямых выходах имеют уровень логического нуля, а на инверсных выходах - уровни логических единиц.

Таким образом, фазоимпульсные счетчики в предлагаемом устройстве выполняют функции элементов задержки, благодаря чему исключается регистрация случайных импульсов.

С помощью статического арифметико- логического устройства 24 осуществляется сравнение числа Л, поступающего с выходов компараторов по второй шине 23 на его А-входы, и числа В, поступающего с выходов статических триггеров по третьей шине 49 на его В-входы

При этом, если А меньше В, то на выходе Перенос статического арифметико-логического устройства 24 уровень логической единицы, при кото- ром производится перезапись информации с выходов схем И 51-57 в мик- роЭВМ 43.

После того как микрочастица выйдет из цилиндрического отверстия 10, амплитуда электрического импульса на выходе фотоэлектронного умножителя 12 и подключенного к его выходу второго усилителя 13 уменьшится до величины, при которой она ниже порога срабатывания первого компаратора 14. При этом на его выходе сформируется уровень логического нуля, после чего число А станет меньше числа В, которое останется без изменения, так как статический триггер 35 не изменит своего состояния.

В результате на выходе Перенос статического арифметико-логического устройства 24 сформируется уровень логической единицы, при поступлении которого на вход Захват микроЭВМ информация с выхода схемы И 51 перепишется в микроЭВМ 43. После оконча0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ния перезаписи информации на ее выходе Подтверждение захвата сформируется уровень логической единицы, при котором производится обнуление статических триггеров. При этом на выходах схем И также сформируется уровень логических нулей. .

С поступлением следующего электрического импульса с выхода второго усилителя 13 весь цикл измерения повторится .

В случае, когда амплитуда электрического импульса на выходе второго усилителя 13 при прохождении микрочастицы через отверстие 10 превыша- |ет порог срабатывания одновременно первого и второго компараторов 14 и 15, на их выходах сформируются уровни логических единиц, в результате чего импульсы с выхода опорного генератора 33 одновременно поступают на счетные входы фазоимпульсных счетчиков 25 и 26. За время существования импульса на выходе второго усилителя 13 фазоимпульсные счетчики 25 и 26 заполнены настолько, что на их выходах сформируются уровни логических единиц, при поступлении которых на первые входы статических триггеров 34 и 35 на выходах последних сформируются уровни логических единиц.

Так как на инверсном выходе второго статического триггера 35, к которому вторым входом подключена первая схема И 51, имеется уровень логического нуля, то на ее выходе также сформируется уровень логического нуля. На выходе второй схемы И 52 сформируется уровень логической единицы, так как ее второй вход подключен к инверсному выходу третьего статического триггера 36, состояние которого осталось неизменным.

Таким образом, в то время как на прямых выходах первого и второго статических триггеров 34 и 35 уровни логических единиц, на выходе первой схемы И 51 сохраняется уровень логического нуля, а на выходе схемы И 51 - уровень логической единицы, который указывает на то, что зарегистрированная микрочастица по своим размерам соответствует второму каналу.

Так как в данном случае на выходе первого и второго компараторов 14 и 15 и на выходах первого и второго статических триггеров 34 и 35 одновременно имеют место уровни логических единиц, поэтому число А равно числу В. При этом на выходе Перенос статического арифметико-логи- ческого устройства 24 имеет место уровень логического нуля.

Как только частица выйдет из цилиндрического отверстия 10, амплитуда электрического сигнала на выходе второго усилителя 13 станет ниже порога срабатывания хотя бы только второго компаратора 15, на выходе которого сформируется уровень логического нуля.

При этом число А меньше числа В, так как первый и второй статические триггеры 34 и 35 остаются без изменения. Следовательно, на выходе Перенос статического арифметике- логического устройства 24 сформируется уровень логической единицы, с поступлением которого на вход Захват информация с выхода второй схемы И 52 перепишется в микроЭВМ43.

После перезаписи информации в микроЭВМ на ее выходе Подтверждение захвата вновь сформируется уровень логической единицы, с поступлением которого на вход блока 42 формирова- ния коротких импульсов на его выходе сформируется короткий импульс, который перебросит статические триггеры 34 и 35 в исходное состояние, в котором на их прямых выходах сформируют- ся уровни логических нулей, после чего на выходах всех схем И 51-57 также сформируются уровни логических нулей.

Аналогично осуществляется опреде- ление размеров микрочастиц по электрическому импульсу, амплитуда которого превышает порог срабатывания третьего, четвертого и т.д. компараторов.

Восьмой канал является вспомогательным. С его помощью задается максимальный диаметр регистрируемых микрочастиц путем определения интенсивности рассеянного света. При этом восьмой канал откликается на все электрические импульсы с выхода второго усилителя, амплитуда которых превышает порог срабатывания восьмого компаратора 21.

Таким образом, описанные блоки образуют узел устройства, который является фактически амплитудно-временным анализатором электрических

5

0 ,

Q 5

0

5

импульсов, который позволяет осуществлять их селекцию одновременно по амплитуде и длительности.

Первые четыре канала амплитудно- временного анализатора, подключенного к выходу второго усилителя 13, служат для регистрации субмикронных частиц с диаметром до 1 мкм.

Последующие каналы служат для регистрации микрочастиц с диаметром свыше 1 мкм и предназначены для коррекции амплитудно-временного анализатора с помощью многоканального амплитудного анализатора, в первом канале которого регистрируются частицы с диаметром от 1 до 2 мкм, во втором канале - от 2 до 3 мкм, в третьем от 3 до 4 мкм и т.д.

Калибровка амплитудно-временного анализатора осуществляется следующим образом.

Информация, поступающая с первого, второго и третьего каналов амплитудного анализатора 46, с помощью микроЭВМ сравнивается с информацией, поступающей с пятого, ыеитого и седьмого каналов амплитудно-временного анализатора.

В том случае, когда имеет место несоответствие числа зафиксированных импульсов в сравниваемых каналах, на управляющем выходе микроЭВМ сформируется соответствующий код, по которому с помощью блока 44 управления (изменяется коэффициент усиления второго усилителя 13, благодаря чему устанавливается полное соответствие указанных каналов, что позволяет исключить погрешность при измерении размеров субмикронных частиц, обусловленную нестабильностью тракта преобразования рассеянного частицами света в электрические сигналы на выходе второго усилителя.Формула изобретения

Анализатор микрочастиц в жидкостях, содержащий лазер, сопряженный с проточной кюветой с отверстиями напуска и слива анализируемой жидкости, двумя прозрачными окнами и световодом, выполненным в виде прозрачной пластины с цилиндрическим отверстием, непрозрачными покрытиями, нанесенными на обе ее плоскости, и полированным плоским торцом, причем световод делит объем проточной кюветы на две равные части между отверстиями напуска и слива анализируемой жидкости и дпумя прозрачными окнами, а его цилиндрическое отверстие выполнено соосно с прозрачными окнами, на выходе светового луча лазера одного из которых установлен фотоэлектрический преобразователь подключенным к нему своим входом первым усилителем, с выходом которого соединен многоканальный амплитудный анализатор с подключенной к его выходу с помощью первой шины первым портом ввода микроЭВМ, о т- личающийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет использования более чувствительного метода контроля с автоматической калибровкой в процессе измерения, анализатор дополнительно содержит фотоэлектронный умножитель, оптически сопряженный с помощью полированного торца световода с проточной кюветой, второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, блок опорных напряжений, опорный генератор, блок формирования коротких импульсов, статическое арифметико-логическое устройство, блок регулирования коэффициента усиления, М компараторов, М фазоимпульсных счетчиков,.М статических триггеров и М-1 схем И, причем к выходу фотоэлектронного

10

54330210

умножителя через второй усилитель с регулируемым коэффициентом усиления подключены первыми входами М компараторов, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока опорных напряжений, к выходам М компараторов подключены А- входы статического арифметико-логического устройства и входы Сброс соответствующих фазоимпульсных счетчиков, счетные входы которых соединены с выходом опорного генератора, а к их выходам первыми входами подключены М статических триггеров, вторые входы которых через блок формирования коротких импульсов подключены к выходу Подтверждение захвата мик- роЭВМ, соединенной своим управляющим выходом через блок регулирования коэффициента усиления с управляющим входом второго усилителя, к прямым выходам М статических триггеров подключено В-входами статическое арифметико-логическое устройство, к вы15

20

25

ходу Перенос которого входом Захват подключена микроЭВМ, подключенная вторым портом через четвертую шину к выходам М-1 схем И, каждая из 30 которых своим первым входом подключена к прямому выходу предыдущего статического триггера, а вторым входом - к инверсному выходу последующего статического триггера.

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для контроля загрязненности жидкостей и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности. Цель изобретения - повышение чувствительности за счет использования более чувствительного метода контроля с автоматической калибровкой в процессе измерения. Анализатор содержит проточную кювету, установленную соосно с лазером, фотоэлектронный умножитель, оптически сопряженный со световодом и соединенный через второй усилитель с первыми входами компараторов, подключенных вторыми входами к выходам блока опорных напряжений, а к выходам компараторов А-входами подключено арифметико-логическое устройство и входами "Сброс" - соответствующие фазоимпульсные счетчики, соединенные счетными входами с выходом опорного генератора, а к их выходам подключены первыми входами статические триггеры, вторые входы которых через блок формирования коротких импульсов соединены с выходом микроЭВМ, подключенной управляющим выходом через блок регулирования коэффициента усиления к входу управления второго усилителя, а к ее первому порту подключен выход многоканального амплитудного анализатора, который соединен своим входом через первый усилитель с выходом фотоэлектрического преобразователя, установленного на выходе светового луча лазера из проточной кюветы. Кроме того, к прямым выходам статических триггеров В-входами подключено арифметико-логическое устройство, к выходу "Перенос" которого входом "ЗАХВАТ" подключена микроЭВМ, второй порпоперечного сечения потока шлака в желобе. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.л.и.нечипоренков.в.фельдман543.053технологичность конструкции волоконно-оптического датчика давления. Датчик содержит одномодовый волоконный световод 1 с серцевиной 2

Составитель Д.Громов Редактор М.Недолуженко Техред М.Ходанич Корректор в.Гирняк

Заказ 396

Тираж 498

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное