УЛУЧШЕННОЕ УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ
IMPROVED DETECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оптическому устройству для визуального обнаружения коллоидных частиц в пробах жидкости, которые без указанного устройства не видны глазом. В частности, настоящее изобретение относится к оптическому устройству для визуального обнаружения коллоидных частиц, включая микроорганизмы, размеры которых не меньше 0,2 микрометра, в пробах воды, полученных из различных источников.
Уровень техники
Известно, что пробы жидкости, особенно пробы воды, которые на невооруженный взгляд являются чистыми, обычно сильно загрязнены коллоидными частицами.
Здесь под коллоидными частицами понимается любая органическая или неорганическая примесь, содержащаяся в жидкой среде, причем размеры частиц не меньше 0,2 микрометра, кроме того, размер и плотность этих частиц отличаются от окружающей среды, которая обычно представляет собой воду, так что данные частицы не осаждаются под действием силы тяжести, даже когда они находятся в спокойном состоянии в течение длительного времени. Указанные частицы не являются частью среды, а появляются в результате постоянного загрязнения среды. Указанные частицы могут содержать, например, пыль, патогенные и не патогенные бактерии, оболочки спор, волокнистый материал, микроорганизмы, отмершие клетки, пыльцу и тому подобное. Устройства, способные обнаружить и отслеживать эти твердые частицы, используют химические, микробиологические и спектроскопические методы анализа. Данные устройства применяются в различных отраслях промышленности, например в медицинской, фармацевтической, биотехнологической и пищевой промышленности. Указанные методы обычно включают в себя окрашивание частиц красящими веществами и дальнейшее проведение спектроскопического анализа этих проб для определения степени чистоты. В микробных методах обычно используются технологии фильтрации через мембрану. Частицы собираются на мембранном фильтре, и их можно обрабатывать и измерять или другим способом пересчитывать при наблюдении в микроскоп.
Тем не менее, оба данных метода требуют специальных навыков и подходящего оборудования, а также времени, необходимого для взятия проб и их анализа, поэтому данные методы признаны неосуществимыми в некоторых областях, особенно при фильтрации воды, где выводы о чистоте воды желательно делать непрерывно. В данном случае заманчивым выглядит использование оптических методов, в данном направлении было сделано несколько попыток по разработке устройства, которое предоставляет простой и дешевый способ обнаружения коллоидных частиц в пробах жидкости.
В документе US 2004/0009473 А1 описан набор и процесс обнаружения микробов в пробе жидкости. Указанный набор содержит устройство фильтрации, и при протекании жидкости, содержащей микробы, они задерживаются на фильтре. Фильтр покрыт химическими реагентами, которые подвергают клетки микробов разрушению. Другое имеющееся покрытие предназначено для обнаружения подобных микробов. Это делается посредством испускания сигналов в форме светового излучения, такого как люминесцентное излучение. Далее указанное устройство помещается в аппарат, способный измерять энергию излучения. Указанный аппарат измеряет энергию излучения клеток, подвергшихся разрушению. Далее с целью определения концентрации микробов в жидкости, измеренное значение сравнивается с образцом, который показывает величину энергии излучения, как функцию концентрации микробов.
Таким образом, указанная заявка относится к устройству фильтрации, фильтр которого покрыт химическим реагентом для разрушения микробов, а другое покрытие испускает сигнал от подвергшихся разрушению микробов. Указанное устройство не реагирует на присутствие твердых частиц не являющихся микробами, которые содержатся в пробе жидкости и также являются одним из главных источников загрязнения подобных проб жидкости.
В документе US 6522405 В2 описан способ и устройство обнаружения в потоке жидкости частиц, размеры которых менее микрометра. Указанное устройство содержит источник когерентного света, свет от которого с помощью линзы или другим способом сходится на ячейке с потоком жидкости, которая содержит частицы. Сходящийся свет, падающий на движущиеся частицы, преломляется на фотоприемник, расположенный на оптической оси пучка света с противоположной стороны от источника света. Фотоприемник формирует электрические сигналы, которые обрабатываются электрическими схемами с целью подсчета числа частиц в потоке. Ячейка, через которую протекает поток жидкости, расположена рядом с фокусом сходящегося пучка. Длина траектории частиц, находящихся рядом с фокусом, меньше, чем длина траектории частиц, которые находятся дальше от фокальной точки, хотя частицы двигаются с одинаковой скоростью. Таким образом, фотоприемник испускает короткий сигнал, соответствующий частицам, проходящим рядом с фокальной точкой, и длинный сигнал для частиц, отдаленных от фокуса. Частота сигнала соответствует расстоянию между траекторией частиц и фокусом, а также соответствует размеру частиц. При любом изменении освещенности фотоприемника, вызванном дифракционным изображением сходящегося пучка света, указанное устройство генерирует подходящий электрический сигнал, представляющий характеристики частиц.
Тем не менее, указанная система предполагает особую точность и компетенцию при манипулировании с фокальной точкой при обнаружении и подсчете с помощью фотоприемников и электрических схем числа частиц в потоке жидкости и визуально не показывает твердые частицы.
В документе US 2002/0139865 А1 описана система, уменьшающая запах воды, которая содержит резервуар, насос и трубопровод, связанный с насосом и предназначенный для возвращения воды в резервуар, и расположенный определенным образом источник света, оказывающий бактерицидное воздействие. Источник света испускает ультрафиолетовый свет с целью уничтожения микробов и неприятного запаха.
Таким образом, указанная заявка описывает систему, использующую бактерицидное воздействие ультрафиолетового излучения, и не касается вопроса визуального отображения органических или неорганических твердых частиц в пробах жидкости.
В документе ЕР 098095 А2 описан процесс и устройство для определения или распознавания физических параметров микрочастиц, таких как размер, средний показатель преломления и форма. Определение указанных параметров происходит тогда, когда пучок поляризованного света, проходящий через сферически расположенные датчики, прерывается потоком частиц в центре сферического массива и для отображения параметров частиц используются выбранные наблюдаемые признаки.
Указанная система сложна, дорогостояща и содержит сложные компьютеризированные системы отображения и идентификации частиц. Тем не менее, она не предполагает визуального обнаружения органических и неорганических твердых частиц в пробе жидкости.
Ни одно из рассмотренных выше существующих предложений не описывает устройства для визуального обнаружения коллоидных частиц, особенно частиц, размер которых 1 микрометр, и, в частности, устройства, в котором с целью обнаружения невооруженным глазом частиц указанного выше размера, столб света проходит через неподвижную пробу жидкости, находящуюся в контейнере.
В технике не описаны устройства, помогающие быстро визуально обнаружить твердые частицы, которые обычно не видны невооруженным глазом, несмотря на то, что существует необходимость в таком устройстве.
Раскрытие изобретения
Таким образом, цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц, которые обычно не видны невооруженным глазом. Устройство должно быть простым и недорогим и не предполагать наличия специальных навыков или оборудования.
Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц, которое для обнаружения невооруженным глазом в неподвижной пробе жидкости, расположенной в контейнере, частиц, размеры которых 0,2 микрометра или больше, позволяет получить различия в освещенности различных мест.
Еще одна цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения твердых частиц, конструктивно простое и легкое в обращении.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения твердых частиц, которое выгодно с экономической точки зрения и не использует сложных методов анализа и не требует наличие специальных навыков или оборудования.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения твердых частиц, которое легко показывает наличие коллоидных частиц, размер которых составляет 0,2 микрометра или больше.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц, которое может использоваться для проверки эффективности систем очистки воды, с помощью которого можно оценить качество поступающей неочищенной воды и качество обработанной воды.
Еще одна цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц, которое может быть использовано для обеспечения быстрой проверки контроля качества непрерывно поступающих проб воды, очищенной в системах очистки воды.
Осуществление изобретения
Таким образом, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц в пробах жидкости, содержащее:
- корпус;
- источник света, обеспечивающий генерацию такого светового излучения, что разница в освещенности между местом обнаружения и окружением составляет, по крайней мере, 5000 люксов (лк);
- средство для размещения по существу прозрачного контейнера, содержащего пробу жидкости, и обеспечения прохождения пучка света от источника света через пробу жидкости.
В настоящем изобретении предлагается оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц в пробах жидкости, содержащее:
- корпус;
- источник света, обеспечивающий генерацию такого светового излучения, что разница в освещенности между местом обнаружения и окружением составляет, по крайней мере, 5000 люксов;
- средство для размещения по существу прозрачного контейнера, содержащего пробу жидкости, и обеспечения прохождения пучка света от источника света через пробу жидкости.
В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения предлагается оптическое устройство для визуального обнаружения коллоидных частиц в пробах жидкости, содержащее:
- непрозрачный и не отражающий корпус;
- источник света, обеспечивающий генерацию такого светового излучения, что разница в освещенности между местом обнаружения и окружением составляет, по крайней мере, 5000 люксов;
- платформу, размещенную в корпусе, для фиксации местоположения по существу прозрачного контейнера, содержащего пробу жидкости;
- средство, предназначенное для направления столба света от источника света через пробу жидкости в контейнере.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения устройство снабжено средством для наблюдения света, который выходит из контейнера, в месте обнаружения. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения средство наблюдения снабжено средством увеличения, предпочтительно увеличительной линзой. Наиболее предпочтительно, чтобы средство наблюдения представляло собой устройство формирования фотоизображения, такое как камера, предпочтительно камера на ПЗС. Камера может быть соединена с графическим устройством отображения, таким как телевизор или компьютер, что позволяет просматривать изображение пробы жидкости и, следовательно, частиц в пробе.
Средство наблюдения предпочтительно расположено так, что направление наблюдения образовывает угол с оптической осью пучка света. Более предпочтительно, чтобы направление наблюдения было перпендикулярно оптической оси пучка света.
Пробой жидкости может быть любая проба, чистоту которой, а именно наличие в ней коллоидных частиц, необходимо установить. Пробы жидкости предпочтительно являются пробами воды, взятыми из различных источников.
Здесь под коллоидными частицами понимается любая органическая или неорганическая примесь, содержащаяся в жидкой среде, причем размеры частиц 0,2 микрометра или больше, указанные частицы не являются частью среды, а появляются в результате постоянного загрязнения среды. Указанные частицы могут содержать, например, пыль, патогенные и не патогенные бактерии, волокнистый материал, микроорганизмы, отмершие клетки, пыльцу и тому подобное.
Согласно настоящему изобретению наилучшим образом устройство обнаруживает микросферы, которые имитируют бактерии. Микросферы предпочтительно окрашены для лучшего визуального обнаружения.
Корпус может быть камерой, которая исключает попадание света из окружающей среды и при желании может иметь форму кожуха или чехла, которые помогают исключить попадание света из окружающей среды.
Источником света может быть любой подходящий источник света, обеспечивающий генерацию такого светового излучения, что разница в освещенности между местом обнаружения и окружением составляет, по крайней мере, 5000 люксов, предпочтительно 15000 люксов, более предпочтительно 25000 люксов, а наиболее предпочтительно 50000 люксов.
Предпочтительным источником света являются галогенные фотооптические лампы. Подходящие лампы известны в технике, подобные лампы используются в устройствах с оптическим проецированием изображений. Примером подобных ламп служит доступная для приобретения лампа, выпускаемая фирмой Osram, модель G5.3, она работает при напряжении 12V и имеет мощность 100 Вт.
При желании источник света снабжен отражающим куполом, предназначенным для создания сходящегося столба света, полученного от источника света, и направления этого столба через средство для размещения по существу прозрачного контейнера, содержащего пробу жидкости.
Оптическое устройство предпочтительно содержит теплоотвод или фильтр поблизости от источника света. Теплоотвод предназначен для поглощения части выделяемой теплоты. Дополнительно может быть предусмотрено средство охлаждения, такое как вентилятор, расположенное вблизи источника света и предназначенное для отвода тепла из устройства.
Средство для направления столба света через пробу жидкости в контейнере расположено в непрозрачной платформе и предпочтительно имеет форму щели или отверстия. Указанное средство, не обязательно, содержит линзу, преобразующую пучок света в пучок параллельных лучей, с целью получения максимального контраста.
Когда это средство выполнено так, чтобы придавать проходящему пучку света коническую форму или для получения конуса Тиндаля, платформа выполнена в виде регулятора конуса, так как размеры расположенного в регуляторе конуса средства будут определять свойства формируемого конуса.
Контейнер может быть любым подходящим контейнером, который по существу прозрачен для пучка света. Его форма должна быть такой, чтобы его можно было разместить на платформе, и предпочтительно, чтобы указанный контейнер представлял собой стеклянную или пластиковую бутылку. В предпочтительном варианте осуществления источник света приводится в действие тогда, когда контейнер размещается на платформе.
В соответствии с типовым вариантом осуществления устройство формирования фотоизображения, такое как камера, предпочтительно камера на ПЗС, не обязательно, снабженная средством увеличения, расположена на той же горизонтальной плоскости, что и контейнер с жидкостью, так что камера будет формировать изображения проб жидкости при прохождении через нее столба света.
В еще одном типовом варианте осуществления изобретения ниже платформы, на которой размещен контейнер, расположено средство направления, предназначенное для направления пучка света из источника света.
Краткое описание чертежей
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылками на варианты осуществления, показанные на прилагаемых чертежах.
Фиг.1 - схематический поперечный разрез оптического устройства, соответствующего изобретению и предназначенного для визуального обнаружения коллоидных частиц.
Фиг.2 - схематический поперечный разрез оптического устройства для визуального обнаружения коллоидных частиц, которое соответствует предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.1 оптическое устройство 1 содержит источник 2 света, расположенный на основании 4 корпуса 3. Основание также содержит теплоотвод или фильтр 5 и охлаждающий вентилятор 6. Источник 2 света содержит отражающий купол 7. Сходящийся столб 8 света, генерируемый источником 2 света, направляется в щель 9 для направления указанного столба 8 света из источника 2 света через пробу жидкости, расположенную в контейнере 10. Конус 11 Тиндаля создается в жидкости, находящейся в контейнере 10. Щель 9 выполнена в непрозрачной платформе, которая является регулятором 12 конуса.
На фиг.2 корпус 3 снабжен устройством формирования фотоизображения, предпочтительно камерой 13 на ПЗС. Камера содержит средство 14 увеличения, подобная камера 13 может быть соединена с графическим устройством 15 отображения, таким как телевизор или компьютер, чтобы можно было увидеть частицы на мониторе.
Чертежи приведены для иллюстрации настоящего изображения и надо понимать, что изобретение не ограничивается конкретными вариантами реализации. В конструкцию указанного устройства можно вносить различные изменения и рассматривать его различные модификации, не выходя при этом за рамки объема изобретения. Следовательно, подобные изменения находятся в рамках настоящего изобретения.