УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ, КОНЦЕНТРАЦИИ И ФОРМЫ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЙ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ГИДРОСИСТЕМ

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к оптическому контролю при измерениях размеров, концентрации и определении формы частиц в потоке жидкости.
Известен фотоэлектрический прибор контроля чистоты жидкости (Труды Научно-исследовательского технологического института, г.Саратов, 2001 г.; В.А.Бербер, В.И.Мозяков. Обеспечение чистоты технических и пищевых жидкостей. // Смазочные материалы в промышленности. Материалы II Международной научно-практической конференции (Пермь, 1-4 октября, 2001 г.), стр.62-65)), содержащий первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фоточувствительным элементом в виде одиночного фотодиода, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы ко входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку, соединенную трубкой с прибором. Причем для создания условий протекания вязких жидкостей в воронку с анализируемой пробой подается воздух под давлением.
Недостатком данного устройства является невысокие точность измерения и неудобство эксплуатации прибора.
Известен фотоэлектрический анализатор загрязнения жидкостей (патент №72070, МПК G01N 15/02, опубл. 27.03.2008 г.), содержащий первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фоточувствительным элементом в виде одиночного фотодиода, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, блок электроники состоит из амплитудного анализатора, имеющего выходы к входам микроконтроллера, соединенного с дисплеем и драйвером, пробоотборную воронку и блок электроники, заключенные в отдельные корпуса, проотборная воронка жестко закреплена на корпусе первичного преобразователя, в блоке электроники присутствуют расходомер и интенсиметр, входы которых соединены с выходами амплитудного анализатора, а выходы подсоединены к входам микроконтроллера, корпус первичного преобразователя установлен на стакан, сообщающийся с ним отверстием, в стакане создано разрежение.
Недостатком устройства является низкая чувствительность и предельная измеряемая концентрация, а также невозможность контроля формы частиц.
Наиболее близким является устройство контроля дисперсного состава частиц загрязнения рабочей жидкости гидросистем (патент №85655, МПК G01N 15/02, опубл. 10.08.2009 г.), содержащее первичный преобразователь, соединенный с микропроцессорным блоком, заключенные в отдельные корпуса, при этом первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фоточувствительным элементом в виде одиночного фотодиода, подсоединенного к усилителю с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом усилителя с фиксированным коэффициентом усиления, выход которого соединен со входом компаратора, микропроцессорный блок состоит из микроконтроллера, соединенного с индикатором и драйвером последовательного порта, пробоотборную воронку, жестко закрепленную на корпусе первичного преобразователя, микропроцессорный блок снабжен логарифмическим преобразователем, выход которого соединен со входом микроконтроллера, выход усилителя с фиксированным коэффициентом усиления соединен со входом логарифмического преобразователя, а выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен со входом микроконтроллера.
Недостатком устройства является низкая чувствительность и предельная измеряемая концентрация, а также невозможность контроля формы частиц.
В основу полезной модели поставлена задача повысить чувствительность и предельную измеряемую концентрацию, а также определять форму частиц загрязнения.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство определения размеров, концентрации и формы частиц загрязнений рабочей жидкости гидросистем содержит первичный преобразователь, соединенный с блоком электроники, заключенные в отдельные корпуса, при этом пробоотборная воронка жестко закреплена на корпусе первичного преобразователя, корпус первичного преобразователя установлен на стакан, сообщающийся с ним отверстием, в стакане создано разрежение, блок электроники содержит микроконтроллер, соединенный с дисплеем и драйвером последовательного порта, первичный преобразователь состоит из последовательно соединенных интегратора, светодиода, оптически связанного с фоточувствительным элементом, выполненным согласно полезной модели, в виде матричного фотоприемника, подсоединенного к процессору цифровой обработки сигнала, который соединен с микроконтроллером в блоке электроники и с входом интегратора, а в блок электроники дополнительно введена клавиатура.
На фиг.1 изображен общий вид устройства.
3
Устройство определения размеров, концентрации и формы частиц загрязнений рабочей жидкости гидросистем состоит из первичного преобразователя 1 и блока электроники 2, которые заключены в отдельные корпуса. Первичный преобразователь содержит последовательно соединенные интегратор 3, светодиод 4, оптически связанный с фоточувствительным элементом в виде матричного фотоприемника 5, подсоединенным к процессору цифровой обработки сигналов (ПЦОС) 6, выход которого соединен с интегратором 3. На корпусе первичного преобразователя 1 жестко закреплена пробоотборная воронка 7, на внутренней поверхности которой нанесены риски. Интервал между рисками соответствует объему анализируемой жидкости 50 см. Корпус первичного преобразователя 1 установлен на приемном стакане 8, в котором создано разрежение. В корпусе первичного преобразователя 1 соосно пробоотборной воронке 7 выполнено отверстие 9, имеющее выход в приемный стакан 8. Процессор цифровой обработки сигналов (ПЦОС) 6 соединен с микроконтроллером 10, расположенным в корпусе блока электроники 2. Микроконтроллер 10 подсоединен к дисплею 11, драйверу 12 и клавиатуре 13.
Устройство определения размеров, концентрации и формы частиц загрязнений рабочей жидкости гидросистем работает по принципу измерения световых потоков, рассеянных частицами загрязнений. Анализируемая жидкость прокачивается по измерительному каналу малого диаметра, с одной стороны которого установлен светодиод 4, а с другой - фоточувствительный элемент в виде матричного фотоприемника 5. Поскольку направление потока жидкости перпендикулярно оптической оси измерительной системы «излучатель - фотоприемник», то вместе их пересечения образуется измерительный объем. При наличии оптической неоднородности в измерительном объеме (например, механических примесей) происходит рассеяние света во всех направлениях. Измеряя с помощью матричного фотоприемника 5 интенсивность рассеянного света, получают информацию о параметрах частиц загрязнений. Изображения, считываемые с матричного фотоприемника 5, обрабатываются в реальном времени процессором цифровой обработки сигналов 6, который определяет размер частиц, концентрацию, а также позволяет получать информацию о форме частиц.
Повышение чувствительности за счет использования матричного фотоприемника заключается в следующем. Чувствительный элемент матричного фотоприемника (пиксель) имеет значительно меньшую площадь по сравнению с одиночным фотодиодом, применяемым в устройствах-аналогах. Поскольку шум фоточувствительного элемента пропорционален площади его засветки, шум матричного фотоприемника значительно меньше шума одиночного фотодиода. При этом сигнал на выходе фоточувствительного элемента (фотодиода или пикселя матричного фотоприемника) пропорционален отношению площадей частицы и самого чувствительного элемента. В случае применения одиночного фотодиода, размер частиц загрязнений много меньше размера фотодиода, а в случае использования матричного фотоприемника, размер частиц сравним с размером пикселя. Таким образом, получаем выигрыш в отношении сигнал/шум.
Предельная измеряемая концентрация также зависит от размера чувствительного элемента. В устройствах-аналогах с одиночным фотодиодом несколько частиц, находящихся одновременно в пределах чувствительной области фотодиода, засчитываются как одна. В предлагаемом устройстве на основе матричного фотоприемника возможно выделение отдельных частиц за счет обработки полученного с него изображения.
Разработанное устройство позволяет решать задачу определения уровня чистоты рабочей жидкости гидросистем согласно ГОСТ 17216-2001, решаемую прибором-прототипом, при этом имеет более высокую чувствительность, предельную измеряемую концентрацию, а также позволяет получать информацию о форме частиц.
2
Информация о распределении частиц по размерам в виде гистограммы, а также сжатое изображение частицы поступают по интерфейсу IC на микроконтроллер 10, осуществляющий вывод информации на дисплей 11. Интегратор 3 и блок широтно-импульсного модулятора, интегрированный в ПЦОС 6, образуют схему поддержания постоянного уровня освещенности в измерительном объеме, независимо от вида контролируемой жидкости и температурной нестабильности светодиода 4. При уменьшении освещенности измерительного объема увеличивается постоянная составляющая сигнала с выхода блока широтно-импульсного модулятора, интегрированного в ПЦОС 6, которая подается на вход интегратора 3, сигнал с выхода которого увеличивает ток светодиода, увеличивая освещенность. Микроконтроллер 10 осуществляет также функции управления и связь с внешней ЭВМ с помощью драйвера 12, а также считывания управляющей информации с клавиатуры 13. ПЦОС 6 осуществляет также определение момента окончания анализа пробы.
С целью передачи данных для обработки внешней ЭВМ и реализации дистанционного управления используется последовательный интерфейс, соответствующий стандарту USB 2.0 (используется драйвер 13).