Анализатор микрочастиц в жидкостях

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 51)5 С 01 М 5/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ А ВТОРСНОМУ СВИ ЕЛЬСТВ жений, а кА-входами п(21) (22) (46) (71) ский и осо "ИРКА 72 ческое уст етствсоед со чик с выхо 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 арифметикологическое устройство, к выходу пПеренос" которого входом Захват подключена микроЭВМ, второй порт ввода которой соединен с выходами схем И, каждая из которых своими первыми входами подключена к прямому выходу предыдущего статического трИггера, а вторым входом - к инверсному выу последующего статического трига. 1 ил. ход гер обрет Цель изобретенияительности за счеее чувствительног повышение чув использования ие относится ике, предназ рязненности м ст льнои тех нтроля за аченожидкост метода койтролибровкой в ля с автома процессе из ческои рения,использова отрасляхожет быть ой и други химичесышленности. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР 4334656/23 - 2530, 11.8315,02,90, Вюл, Р 6Всесоюзный научно-исследовательинститут химических реактивовбо чистых химических веществ .(57) Изобретение относится к измерительной технике, предназначено дляконтроля загрязненности жидкостейи может быть использовано в химической и других отраслях промьпвленностиЦель изобретения - повышение чувствительности за счет использованияболее чувствительного метода контроля с автоматической калибровкой впроцессе измерения. Анализатор содержит проточную кювету, установленную соосно с лазером, фотоэлектронныиумножитель, оптически сопряженный сосветоводом и соединенный через второй усилитель с первыми входами компараторов, подключенных вторыми входами к выходам блока опорных напряыходам компараторовдключено арифметико-логийство и входами "Сброс"щие фазоимпульсные счетенные счетными входами опорного генератора, а кНа чертеже приведена функциональ-ная схема устройства,Устройство содержит проточнуюкювету 1 с прозрачными окнами 2 и 3,оптические оси которых соосны с оптической осью лазера 4, отверстияминапуска 5 и слива 6 анализируемойжидкости, между которыми установленсветовод 7, выполненный в виде прозрачной пластины с непрозрачными покрытиями 8 и 9, нанесенными на ееплоскости, с цилиндрическим отверстием 10 и плоским полированным торцом11, с которым оптически сопряжен фотоэлектронный умножитель 12, к выходукоторого через второй усилитель 13с регулируемым коэффициентом первымивходами подключены компараторы14-21, вторые входы которых соединены с выходами блока 22 опорных найряжений, к их выходам второй шиной23 подключены А-входы статическогоРрифметико-логического устройства 24н входами "Сброс" соответствующие 25фазоимпульсные счетчики 25-32, соединенные счетными входами с выходомопорного генератора 33, а к их выходам первыми входами подключены статические триггеры 34-41, вторые входы 10которых через блок 42 формированиякоротких импульсов подключены к выходу "Подтверждение захвата" микроЭВМ43, соединенной управляющим выходомчерез блок 44 регулирования коэффициента усиления с входом управлениявторого усилителя 13 а к ее первому порту ввода информации первой шиной 45 подключен выход многоканального амплитудного анализатора 46, 40соединенный своим входом через первыйусилитель 47 к выходу фотоэлектрического преобразователя 48, установленного на выходе светового луча лазера 4 из проточной кюветы 1, кроме 45того, к прямым выходам статическихтриггеров 34-41 с помощью третьейшины 49 В-входами подключено статическое арифметико-логическое устройство 24, к выходу "Перенос" котороговходом "Захват" подключена микроЭВМ43, второй порт ввода информации которой четвертой шиной 50 подключенк выходам схем И 5.1-57, каждая изкоторых своими первыми входами подключена к прямому выходу предыдущеготриггера, а вторым входом - к инверс)ному выходу последующего статического триггера. Анализатор микрочастиц в жидкостях работает следующим образом.Через отверстие напуска 5 в объем проточной кюветы 1 подают анализируемую жидкость, которая через цилиндрическое отверстие 10 и отверстие слива 6 вытекает из объема про- точной кюветы. Протекающую через цилиндрическое отверстие 10 жидкость облучают с помощью лазера 4 через прозрачное окно 2.При этом через второе прозрачное окно 3 с помощью фотоэлектрического преобразователя 48 регистрируют ослабление светового потока в момент прохождения микрочастицы через цилиндрическое отверстие 10.Усиленный первым усилителем 47 электрический сигнал с выхода фотоэлектрического преобразователя 48 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 обработкаПри 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 которого43302 6 5 15 на вход "Сброс" фазоимпульсного 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 фазоимпульсный счетчик 2) 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 арифметикологического устройства 24 осуществляется сравнение числа А, 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-входыПри 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 1 Захват 1 микроЭВМ информация с выхода схемы И 51 перепишется в микроЗВМ 43. После оконча 25 30 35 40 45 50 55 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 микро- частицы через отверстие 10 превьппает 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 существова" ния 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 ко"торому вторым входом подключена первая схема И 51, имеется уровень логического нуля, то на ее выходе также сформируется уровень логического нуля. а 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 4 и 15 и на выходах первого и второго статических триггеров 34 и 35 одно 1543302временно имеют место уровни логических единиц, поэтому число А равновчислу ВПри этом на выходе Перенос статического арифметико-логического устройства 24 имеет местоуровень логического нуля.Как только частица выйдет из цилиндрического отверстия 10, амплитуда электрического сигнала на выходевторого усилителя 13 станет ниже порога срабатывания хотя бы тольковторого компаратора 15, на выходекоторого сформируется уровень логического нуля.При этом число А меньше числа В,таК как первый и второй статическиетриггеры 34 и 35 остаются без изменения. Следовательно, на выходе"Перенос" статического арифметикологического устройства 24 сформируется уровень логической единицы, споступлением которого на вход "Захват" информация с выхода второйсхемы И 52 перепишется в микроЭВМ 43,. После перезаписи информации вмикроЭВМ на ее выходе "Подтверждениезахвата" вновь сформируется уровеньлогической единицы, с поступлениемкОторого на вход блока 42 формирования коротких импульсов на его выходесформируется короткий импульс, которь 1 й перебросит статические триггеры34 и 35 в исходное состояние, в которОм на их прямых выходах сформируются уровни логических нулей, послечего на вьмодах всех схем И 51-57также сформируются уровни логическихнулей.Аналогично осуществляется определение размеров микрочастиц по электрическому импульсу, амплитуда которо.го превышает порог срабатываниятретьего, четвертого и т.д. компараторов,Восьмой канал является вспомогательным, С его помощью задается максимальный диаметр регистрируемыхмикрочастиц путем определения интенсивности рассеянного света. При этомвосьмой канал откликается на всеэлектрические импульсы с выхода второго усилителя, амплитуда которыхпревышает порог срабатывания восьмого компаратора 21.Таким образом, описанные блокиобразуют узел устройства, которыйявляется фактически амплитудно-временным анализатором электрических импульсов, который позволяет осуществлять их селекцию одновременнопо амплитуде и длительности,Первые четыре канала амплитудно 5временного анализатора, подключенногок выходу второго усилителя 13, служат для регистрации субмикронныхчастиц с диаметром до 1 мкм,Последующие каналы служат длярегистрации микрочастиц с диаметромсвыше 1 мкм и предназначены для коррекции амплитудно-временного анализатора с помощью мнсгоканальногоамплитудного анализатора, в первомканале которого регистрируются частицы с диаметром от 1 до 2 мкм, вовтором канале - от 2 до 3 мкм, втретьем от 3 до 4 мкм и т,д.Калибровка амплитудно-временногоанализатора осуществляется следующимобразом,Информация, поступающая с первого,второго и третьего каналов ампли 25 тудного анализатора 4 б, с помощьюмикроЭВМ сравнивается с информацией,поступающей с пятого, шестого и седьмого каналов амплитудно-временногоанализатора.В том случае, когда имеет местонесоответствие числ зафиксированньмимпульсов в сравниваемых каналах, науправляющем выходе микроЭВМ сформируется соответствующий код, по кото 35рому с помощью блока 44 управления1 изменяется коэффициент усиления второго усилителя 13, благодаря чемуустанавливается полное соответствиеукаэанных каналов, что позволяет исключить погрешнос.".ь при измерении размеров субмикронных частиц, обусловленную нестабильностью тракта преобразования рассеянного частицами света в электрические сигналы на выходе второго усилителя,.Формула изобретенияАнализатор микрочастиц в жидкостях, содержащий лазер, сопряженный 50с проточной кюветои 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 е плоскости, и полированным плоским торцом, причем световод делит обеем проточной кю9 15 веты на две равные части между отверстиями напуска и слива анализируемой жидкости и двумя прозрачными окнами, а его цилиндрическое отверстие выполнено соосно с прозрачными окнами, на выходе светового луча лазера одного из которых установлен фотоэлектрический преобразователь с 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 тл и ч а ю щ и й с я 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 Мсхем И, причем к выходу фотоэлектронного 43302 10умнсжителя через второй усилитель срегулируемым коэффициентом усиленияподключены первыми входами М компа 5раторов, вторые входы которых соединены с соответствующими выходами блока опорных напряжений, к выходам Мкомпараторов подключены А-входы статического арифметико-логическогоустройства и входы "Сброс" соответствующих фазоимпульсных счетчиков,счетные входы которых соединены свыходом опорного .генератора, а к ихвыходам первыми входами подключеныМ статических триггеров, вторые входы которых через блок формированиякоротких импульсов подключены к вы-ходу "Подтверждение захвата" микроЭВМ, соединенной своим управляющим20 выходом через блок регулирования коэффициента усиления с управляющимвходом второго усилителя, к прямымвыходам М статических триггеров подключено В-входами статическое ариф 25 метико-логическое устройство, к выходу Перенос которого входом нЗах.ват" подключена микроЭВМ, подключенная вторым портом через четвертуюшину к выходам Мсхем И, каждая изкоторых своим первым входом подключена к прямому выходу предыдущегостатического триггера, а вторым входом - к инверсному выходу последующего статического триггера,153302 Составитель Д,ГромовРедактор М.Недолуженко Техред М,Ходанич Корректо ня Гираж 498 Заказ 3 дписно осударст изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101 нног 3035 комитета по изобр Москва, Ж, Рач ениям и отк кая наб д тиям при ГКНТ СССР4/5