ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ КОМПОНЕНТОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к области оптико-физических исследований состава естественных и искусственных минералов, а именно, исследований кальцийсодержащих компонентов строительных растворов, и может быть использовано в строительстве, археологии и других отраслях техники.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленным изобретением признаков, известных из сведений, ставших общедоступными до даты приоритета изобретения.
Известен оптикоэлектронный способ выявления рельефа минерализованной поверхности обызвествляющихся биотканей, заключающийся в удалении органического вещества из образца биоткани, получении реплики путем напыления на поверхность образца платины и углерода, удалении с ее поверхности раствором соляной кислотой минерализованного компонента и последующего изучения полученной реплики методом трансмиссионной электронной микроскопии, см заявку на выдачу патента РФ №2003110331.
Известен способ лазерной спектроскопии, заключающийся в направлении многолучевого лазерного излучения на испытуемый образец, приеме радиоволнового и/или оптического излучения от испытуемого образца с последующей его обработкой и регистрацией спектральной характеристики, при этом используют устройство для лазерной спектроскопии, содержащее лазер и приемное устройство, установленное с возможностью приема излучения от испытуемого образца и связанное с блоком обработки сигнала и регистрации спектральной характеристики, которое содержит систему стабилизации мод лазера, включающую узел коррекции оптической длины резонатора лазера, связанный с зеркалами лазера, который является многолучевым, приемное устройство выполнено с возможностью приема излучения в радио и/или оптическом диапазоне частот, лазерное излучение имеет две или больше мод, при этом
π
моды имеют центральные максимумы поляризации в попарно связанных ортогонально-поляризованных модах, а угол смещения поляризации между попарно связанными модами составляет не более 2, а система стабилизации мод связана через блок обработки сигнала и регистрации спектральной характеристики с радиодетекторами и/или оптическими детекторами и/или фотодетекторами, содержащимися в приемном устройстве, см заявку на выдачу патента РФ №2005104490.
Известен способ организации оптико-электронного канала, согласно которому излучение от источника УФ-света через монохроматор, поляризатор подают на кристалл, попеременно пропускающий левовращающую или право-вращающую компоненты поляризованного света, которые направляют на кювету с оптически активным веществом, а затем на фотоэлектронный умножитель и средства регистрации, см. П.Г.Костюк и др. "Биофизика", Высшая школа, 1988 г.,с.68.
Данный способ позволяет исследовать различные прозрачные объекты по интегральной интенсивности без возможности визуального исследования, что значительно снижает информативность исследований.
Известен способ организации оптико-электронного канала для исследования различных оптических сред, согласно которому излучение от источника пропускают через конденсор и направляют на емкость с исследуемым объектом, затем улавливают излучение, которое направляют на фотоумножитель и средства регистрации и анализа, характеризуется тем, что емкость с исследуемым объектом устанавливают вертикально перпендикулярно оптической оси с возможностью трехкоординатного перемещения относительно оптической оси и с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной оптической оси, на любой угол, при этом за емкостью с исследуемым объектом на оптической оси со стороны, противоположной источнику излучения, размещают неподвижный исследовательский объектив, изображение с которого подают на фотоумножитель и средства регистрации и анализа, в которых для визуального анализа цветного изображения используют прибор с зарядовой связью, см. патент РФ №2198415.
Данному аналогу присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения, в связи с чем данное известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявляемого изобретения.
В основу настоящего изобретения положено решение сложной технической задачи исследования кальцийсодержащих компонентов строительных растворов при изучении памятников древнего зодчества м в условиях современного строительства и реставрации, по результатам которого можно делать выводы о строительно-технических приемах древних, о степени обжига извести, о качестве наполнителей, что в конечном счете позволяет судить о принадлежности памятника древнего зодчества к той или иной строительной школе и к определенному строительному историческому периоду. Существующие методы химического анализа кальцийсодержащих компонентов сложны, небезопасны при использовании и не позволяют делать уверенные выводы. Так, например, метод шлифования предварительно пропитанных бальзамом образцов приводит к существенным изменениям спектрально-энергетических характеристик, что вносит заметную погрешность в результат исследований. Кроме того, подвергнутые химическому анализу исследуемые образцы восстановлению не подлежат.
Сущность заявляемого изобретения как технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого изобретением технического результата.
Оптикоэлектронный способ определения кальцийсодержащих компонентов строительных растворов, согласно которому излучение от источника направляют на исследуемый объект и исследуют излучение, прошедшее через объект с помощью средств визуализации, характеризуется тем, что исследуемый объект и объектив размещают на оптической оси между двумя анализаторами-поляризаторами, при этом между объективом и анализатором-поляризатором, расположенным со стороны средств визуализации, на оптической оси устанавливают аподизационную диафрагму, настраивают объектив на исследуемый объект, добиваясь резкости изображения, затем настраивают анализаторы-поляризаторы путем изменения угла поляризации, добиваясь отсутствия
основного излучения, затем фиксируют с помощью средств визуализации появившуюся на средствах визуализации поляризационную картину, производят с помощью объектива юстировку поляризационной картины, после чего сравнивают ее с эталонными изображениями, полученными аналогичным способом от кальцийсодержащих компонентов датированных строительных растворов, после чего делают вывод о виде входящих в исследуемый объект кальцийсодержащих компонентов и их количестве и возрасте.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, совокупности признаков которых совпадают с совокупностью отличительных признаков заявленного изобретения, что позволяет сделать вывод о его соответствии условию "новизна".
Отдельные отличительные признаки заявленного изобретения, такие как источники излучения, анализаторы-поляризаторы, аподизационная диафрагма, средства визуализации, известны из уровня техники, однако заявителю не известны какие-либо публикации, которые содержали бы сведения о влиянии данных отличительных признаков изобретения на достигаемый технический результат, который заключается в том, что без использования химикатов и бесконтактным методом получают увеличенное изображение частиц материала строительного раствора, в котором визуализируются кальцийсодержащие компоненты и обеспечивается возможность определения их вида и возраста.
В связи с этим, по мнению заявителя, можно сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию "изобретательский уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена оптическая схема прибора, реализующего заявленный способ, на фиг.2 - схема настройки анализаторов-поляризаторов.
На оптической оси оптикоэлектронного канала, реализующего заявленный способ находятся источник излучения 1, отражатель 2, настраиваемое зеркало 3, анализатор-поляризатор 4, предметное стекло 5, на котором размещен
исследуемый объект 6, объектив 7, аподизационная диафрагма 8, анализатор-поляризатор 9, зеркало 10, и средства визуализации поляризационной картины виде фотоэлектронного умножителя 11 и прибора зарядовой связи 12, в качестве которого может быть использована цифровая видеокамера. На фиг.2 позицией 13 обозначена граница потока излучения в пространстве исследуемого предмета, позицией 14 - плоскость поляризации анализатора-поляризатора 4(перпендикулярно плоскости чертежа), поз.15 - полиполяризационная структура исследуемого объекта 6, поз.16 - граница потока излучения в пространстве изображения, поз.17 - плоскость поляризации анализатора-поляризатора 9 (в плоскости чертежа).
Способ реализуют следующим образом.
Излучение от источника 1 посредством отражателя 2 и зеркала 3 направляют на исследуемый объект 6, который размещают на оптической оси между двумя анализаторами-поляризаторами 4 и 9, при этом между объективом 7 и анализатором-поляризатором 9, расположенным со стороны средств визуализации, на оптической оси устанавливают аподизационную диафрагму 8. В начале анализаторы-поляризаторы 4 и 9 имеют общую плоскость поляризации излучения. Исследуемый объект 6 размещают на предметном стекле 5, после чего настраивают объектив 7 на исследуемый объект 6, добиваясь резкости изображения. После этого анализаторы-поляризаторы 4 и 9 настраивают путем изменения плоскости поляризации, добиваясь отсутствия основного излучения, которое становится фоновым для получаемой поляризационной картины. Аподизационная диафрагма 8 минимизирует волновые искажения, связанные с дифракцией, бликами и рефлексами оптической системы. Затем с помощью средств визуализации 11 и 12 фиксируют появившуюся на средствах визуализации поляризационную картину и с помощью объектива 6 производят ее юстировку. Получаемая заявленным способом поляризационная картина имеет характерный вид, зависящий от вида кальцийсодержащих компонентов и технологии приготовления строительных растворов. После этого сравнивают поляризационную картину с эталонными изображениями, полученными от кальцийсодержащих компонентов датированных строительных растворов, полученными аналогичным способом, после чего делают вывод о виде входящих
3
4
3
в исследуемый объект кальцийсодержащих компонентов и их возрасте (природный СаСО, CaSO, обожженный СаСО и т.п.).
Визуализация получаемой поляризационной картины позволяет с помощью настройки зонда в оптической схеме фотоумножителя 11 получить дополнительные характеристики исследуемых компонентов.
На полученную поляризационную картину может быть нанесена микрометрическая сетка с шагом 10 мк. Обработка такой поляризационной картины с помощью известных методов измерения расстояний и размеров исследуемых образцов, например, камера Горяева, позволяет определить количественные характеристики кальцийсодержащих компонентов.
Заявленный способ был опробован специалистами Санкт-Петербургского Института истории материальной культуры при исследованиях строительных растворов и штукатурок памятников древнерусского зодчества. Способ позволил с высокой степенью надежности определить характер строительных растворов по степени обжига извести, процентное содержание и качество наполнителей, что позволило судить о принадлежности памятника к определенной строительной школе и определенному строительному периоду и подтвердить предположения ученых о технологических приемах древнерусских строителей. Заявленный способ позволил установить, что древние строители практически не учитывали гидравлические характеристики извести и ее вид зависел в основном от качества исходного материала - известняка, но в тоже время строители соблюдали четкие соотношения между наполнителями раствора.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения. Заявленный способ может быть реализован с использованием известных технологий и технических оптикоэлектронных средств, что обусловливает, по мнению заявителя, его соответствие условию «промышленная применимость».
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
- бесконтактность исследований;
- отсутствие необходимости применения вредных и ядовитых химических веществ;
- скорость обработки данных и получения результата;
- визуализация объекта исследований;
- измерение энергетических характеристик исследуемого объекта по длине волны и частоте излучения;
- надежное опознание кальцийсодержащих компонентов строительных растворов, их видов, а также сопутствующих примесей и добавок.