Способ определения концентрации фазовых микронеоднородностей в потоке жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01N15/02 G03B15/02 

Предлагаемое изобретение относится к области измерений характеристик фазовой структуры жидкости и может быть преимущественно использовано в гидроакустике при исследовании процессов распространения и трансформации акустических сигналов под водой.

Целью предполагаемого изобретения является повышение информативности оп- редфлений путем увеличения объема исследуемой жидкости при концентрациях не менее 106ед/м3. .

Указанная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в разовом и ориентированном навстречу потоку жидкости макрофотографировании исследуемого объема жидкости, расположенного в поле щелевого света и определяемого границами резко-изображаемого пространства объектива и площадью кадра в предметной плоскости объектива, разовое макрофотографирование осуществляют в поле постоянного щелевого

света, а концентрацию фазовых микронеод- нородностей определяют по формуле:

(/

С

Nv

S -t U

(1)

где Nv - концентрация микронеоднородно- стей в единице исследуемого объема жидкости, ед/м3;

п - счетное количество зафиксированных на фотокадре фазовых микронеодно- родностей, ед.;

S - площадь кадра в предметной плоскости объектива, м ;

t - время наблюдений (экспозиция), с;

U - скорость движения потока жидкости, м/с.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом отвечает критерию новизна, поскольку в нем вводится совершенно новое действие по формированию объема исследуемой жидкости, определяемого уже как произведение площади

00

о

со

00

ел

кадра в предметной плоскости объектива на вектор скорости потока жидкости и время экспозиции. Кроме того, предлагаемый способ соответствует критерию существенные Отличия, поскольку отличительного признака, связанного с определением концентрации микронеоднородностей по результатам разового макрофотографирования в поле постоянного щелевого света, не обнаружено в других аналогичных решениях.

Сущность способа заключается в том, что разовое макрофотографирование осуществляется в поле постоянного щелевого света, по полученной фотореализации подсчитывают количество зафиксированных фазовых микронеоднородностей, например, пузырьков воздуха, а их концентрацию определяют по формуле (1).

Определение концентрации фазовых микронеоднородностей в потоке жидкости осуществляют следующим образом. Измерительное устройство, с помощью которого реализуется способ, опускают с борта дрейфующего судна (или с платформы) на заданный горизонт измерений. Измерительное устройство должно иметь в своей конструкции элементы, обеспечивающие ориентацию устройства в потоке жидкости таким образом, чтобы вектор скорости течения жидкости был направлен в объектив фотоустройства. Этим элементом может быть хвостовое оперение (флюгер), разворачивающее устройство по течению. Фотосъемка должна проводиться в темное время суток, либо на горизонтах, куда естественный свет практически не проникает. Это необходимо для того, чтобы во время экспозиции кадра не происходило засветки его естественным светом. Макрофотографирование фазовых микронеоднородностей осуществляют на . разовый (единичный) кадр, т.е. в режиме открытого затвора фотоаппарата без перемотки пленки. Экспозиция кадра начинается в момент включения источника постоянного щелевого света, а заканчивается в момент его выключения. Источник щелевого света выполнен таким образом, чтобы свет, проходящий через узкую щелевую диафрагму (ширина щели равна ширине .резко изображаемого пространства объектива, а длина,- размеру кадра в предметной-плоскости объектива) высвечивал объем исследуемой жидкости, заключенный между ближней и дальней границами резко изображаемого пространства. При этом поле щелевого света должно быть расположено в плоскости, параллельной предметной плоскости объектива. При таком расположении поля щелевого света последний не попадает в объектив фотоаппарата и фотопленка остается не засвеченной. Но, постольку, поскольку измерительная система находится в потоке движущейся жидкости,

то через высвеченный объем жидкости могут проходить фазовые неоднородности, например, пузырьки воздуха, которые, попадая в световую щель, тут же дают отражение во всех направлениях, в том числе и в объектив. На фотопленке прохождение такого пузырька будет зафиксировано в виде светящегося пятна, размеры которого зависят и от размеров самого пузырька и от размера световой щели. Если количество

постоянных щелевых источников света равно трем, и они разнесены в предметной плоскости объектива один относительно другого на 120°, то на фотокадре от каждого пузырька будут высвечиваться три пятна, по

которым уже однозначно можно определять. диаметры фазовых неоднородностей. Величина возможной экспозиции кадра (время измерений t) выбирается исходя из ожидаемой скорости .набегающего потока (скорости дрейфа судна) и может определяться из соображений достаточности наблюдений, например, в 1 м объема исследуемой жидкости. Тогда, при площади кадра в предметной плоскости объектива, равной 5 - 50 см ,

и скорости течения, равной в среднем 20 см/с, необходимая экспозиция (время наблюдений) будет равна 103 - 104 с (при о О9), т.е. находится в пределах одного часа, что вполне приемлемо для исследования фазовой

структуры микронеоднородностей и не противоречит условию квазистационарности. Таким образом, предлагаемый способ позволяет в реально,допустимый отрезок времени повысить информативность определений по меньшей мере на два порядка. Кроме того, при окончательной обработке отснятого фотоматериала с последующим определением дисперсного состава фазовых микронеоднородностей, мы имеем дело лишь

с одним, или несколькими, отнесенными к разным уровням измерений, кадрами, что существенно упрощает предлагаемый способ в сравнении с прототипом.

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого способа по сравнению с прототипом является повышение информативности определений по меньшей мере на два порядка, а также упрощение способа за счет сокращения расходуемой пленки и

времени, затрачиваемого на ее обработку.

Формула изобретения Способ определения концентрации фазовых микронеоднородностей в потоке жид кости, заключающийся в освещении

жидкости щелевым источником света в направлении, перпендикулярном потоку, ориентированному навстречу потоку макрофотографировании освещенной жидкости, протекающей через зону наблюдений, определяемую границами резко изображаемого пространства и площадью кадра в предметной плоскости обьектива, анализе фотоизображения и определении концентрации по результатам анализа, отличающий- с я тем, что, с целью повышения информативности за счет увеличения объема исследуемой жидкости при концентрациях менее 106 ед/м3, освещают поток жидкости источником постоянного света, производят разовое макрофотографирование, а концентрацию

фазовых микронеоднородностей определяют по формуле

Nv

S -t -U

где NV - концентрация микронеоднородностей в единице исследуемого объема жидкости, ед/м3;

п - счетное количество зафиксированных на фотокадре фазовых микронеоднородностей, ед.;

S - площадь кадра в предметной плоскости обьектива,м ;

t - время наблюдений (экспозиция), с;

U - скорость движения потока жидкости, м/с.

Сущность изобретения: поток жидкости, набегающий на фотоаппарат, освещают щелевым источником постоянного света, производят разовое макрофотографирование, анализируют фотографию и определяют концентрацию по результатам анализа. 1 ил.