УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МИКРОВОЛН ПО ПОВЕРХНОСТИ СЛОЯ ЖИДКОСТИ
DEVICE TO DETERMINE RANGE OF MICROWAVE PROPAGATION OVER FLUID LAYER SURFACE

Изобретение относится к области оценки свойств поверхностей различных материалов и может быть использовано для разработки нанотехнологий энергетической направленности.
Известно устройство для регистрации различных событий, содержащее узел регистрации изображения, узлы перемещения узла регистрации для наводки на резкость, осветители в виде ламп с отражателями, например фотоувеличитель (Большая Советская Энциклопедия / издание третье, том 27, 1977).
Однако это устройство невозможно использовать для регистрации процесса перемещения жидкости поверхностно-активным веществом и распространения микроволн из-за отсутствия специальных приспособлений.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для регистрации различных объектов - репродукционная установка - увеличитель «Беларусь-2», осветители которого представляют собой лампы с отражателями. Свет от этих ламп направленный, поэтому от поверхности жидкости он отражается в виде пятен, скрывая от наблюдателя и фиксирующего устройства процессы, происходящие при перемещении жидкости и возникновении микроволн (см. Горбатов В.А., Тамицкий Э.Д. Фотография: Учебник для кадров массовых профессий. - М.: Легпромбытиздат, 1985. - 304 с.).
Для фиксирования процессов, происходящих при перемещении жидкости поверхностно-активным веществом, и обнаружения микроволн необходим рассеянный свет, который не дает бликов на отражающей поверхности жидкости. И, кроме того, необходимо, чтобы на поверхности жидкости была хорошо видна отраженная от поверхности жидкости сетка из непрозрачного материала, расположенная между осветителем и поверхностью жидкости. Одновременно можно отметить, что увеличитель «Беларусь» не имеет специальных приспособлений, необходимых для определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, а положение фиксирующей камеры на нем изменить невозможно. Кроме того, для установки в него видео- или кинокамеры необходимо также специальное приспособление, так как имеющиеся приспособления не подходят. Кроме того, отсутствуют также устройства для создания жидкостью слоя заданной толщины на изучаемой поверхности и устройство для подведения центра плоскости изучаемой поверхности в точку прохождения оптической оси объектива фиксирующего устройства. Также нет устройства для внесения в центр поверхности жидкости капли раствора ПАВ.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для получения видимого процесса происходящих изменений в результате действия поверхностно-активного вещества и нанесения в необходимое место препарата капли исследуемого вещества (ПАВ), а также возможность обнаружения микроволн на поверхности слоя жидкости от действия на нее механических возбуждений, например касание капли жидкости или другого предмета поверхности жидкости.
Техническим результатом предлагаемого устройства является возможность качественного фиксирования процесса перемещения жидкости, упрощение подготовки препарата к фиксации процесса с возможностью обнаружения и фиксирования процесса возникновения и распространения микроволн.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в устройстве для определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, и дальности распространения микроволн по поверхности слоя жидкости, включающем устройство для регистрации изображения, осветитель, стол для размещения фиксируемого объекта,
согласно изобретению для наблюдения и фиксирования происходящих изменений в результате действия поверхностно-активного вещества или механического воздействия на поверхность слоя жидкости устройство для регистрации изображения и осветитель расположены с возможностью попадания отраженного от поверхности фиксируемого объекта-препарата, изображения сетки, расположенной на поверхности осветителя, в устройство для регистрации изображения, при этом осветитель выполнен в виде светящейся панели рассеянного света с нанесенными на лицевую сторону линиями в виде сетки или приклеенной прозрачной пленки с нанесенной на нее сеткой и установлен с возможностью регулирования угла наклона по отношению к фиксируемому объекту-препарату, причем стол для размещения фиксируемого объекта выполнен с возможностью регулирования горизонтального положения и высоты установки уровня регистрируемого объекта-препарата и расположен в станине устройства с возможностью подведения центра и плоскости фигуры, ограничивающей слой жидкости на поверхности фиксируемого объекта-препарата, в точку пересечения оптической оси объектива устройства для регистрации изображения с осью поворота рычагов устройства регистрации изображения так, чтобы плоскость и центр препарата совпадали с осью поворота, а оптическая ось была перпендикулярна оси поворота рычагов, причем плоскопараллельная пластина, на которой помещен регистрируемый объект-препарат, установлена на твердых шариках или других приспособлениях для свободного перемещения плоскопараллельной пластины при совмещении центров: объекта-препарата, оптической оси и оси поворота рычагов устройства для регистрации изображения, кроме того, для нанесения на препарат жидкости слоем заданной толщины устройство дополнительно снабжено узлом для нанесения жидкости, который выполнен в виде автоматически заполняемой химической бюретки для титрования, стойка которой установлена на стойках станины с возможностью подведения к объекту-препарату и отведения от него, также устройство дополнительно содержит узел для нанесения на фиксируемый объект-препарат капли исследуемого вещества, выполненный в виде капельницы-пипетки с капилляром, который установлен на стойке станины с возможностью изменения расстояния от поверхности объекта-препарата до точки отрыва капли от капилляра капельницы и отведения этого устройства от объекта препарата для замены его на другой, с последующей установкой точки отрыва капли над центром другого регистрируемого объекта-препарата после его замены, кроме того, устройство дополнительно снабжено узлом для регистрации размера капли поверхностно-активного вещества в момент ее отрыва от капилляра капельницы, который установлен на стойке станины либо крепится на узле для нанесения капли исследуемого вещества на фиксируемый объект-препарат.
Технический результат изобретения достигается также тем, что оно в качестве устройства для регистрации изображения и узла для регистрации размера капли снабжено видеокамерой или кинокамерой.
Новыми конструктивными элементами устройства для определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, и распространения микроволн по поверхности слоя жидкости являются:
- расположение устройства для регистрации изображения и осветителя так, чтобы в объектив устройства для регистрации изображения попадало отраженное от поверхности жидкости на фиксируемом объекте-препарате отражение сетки осветителя, позволит получить видимый процесс происходящих изменений в результате действия поверхностно-активного вещества или механического воздействия;
- выполнение осветителя в виде светящейся панели рассеянного света с нанесением на лицевую сторону линий в виде сетки или приклеенной прозрачной пленки с нанесенной на нее сеткой и установка с возможностью регулирования угла наклона по отношению к фиксируемому объекту-препарату позволит получать изображения без бликов, маскирующих происходящие изменения;
- выполнение стола для размещения фиксируемого объекта-препарата с возможностью регулирования горизонтального положения и высоты установки уровня регистрируемого объекта-препарата и установка в станине устройства так, чтобы центр поверхности и плоскость фиксируемого объекта-препарата совпадали с осью поворота рычагов для установки устройства регистрации изображения, а оптическая ось устройства для регистрации изображения пересекала ось поворота рычагов и была перпендикулярна ей, позволит упростить настройку установки после изменения положения устройства для регистрации изображения;
- размещение плоскопараллельной пластины с объектом-препаратом на твердых шариках или других приспособлениях, зафиксированных на поверхности стола для размещения фиксируемого объекта-препарата, позволит свободно перемещать плоскопараллельную пластину и совмещать центр и плоскость фиксируемого объекта-препарата с осью поворота рычагов и оптической осью устройства для регистрации изображения, позволит при изменении положения устройства для регистрации изображения (изменение угла наклона или масштаба изображения) не изменять положения других устройств и легче осуществлять настройку;
- установка узла для нанесения жидкости, который выполнен в виде автоматически заполняемой химической бюретки для титрования, установленной на стойках станины устройства с возможностью подведения к фиксируемому объекту-препарату и отведения от него, позволит наносить на фиксируемый объект-препарат жидкость слоем заданной толщины;
- установка дополнительно содержит узел для нанесения на фиксируемый объект-препарат капли исследуемого вещества, выполненный в виде капельницы-пипетки с капилляром, расположенный с возможностью изменения расстояния от фиксируемого объекта-препарата до точки отрыва капли и последующего отведения узла для нанесения капли от фиксируемого объекта-препарата для замены объекта-препарата на другой с последующей установкой точки отрыва капли над центром другого фиксируемого объекта-препарата после его замены, позволит наносить на фиксируемый объект-препарат капли исследуемого вещества и упростить работу на устройстве;
- установка на стойке станины, либо в зажиме узла для нанесения на фиксируемый объект-препарат капли исследуемого вещества, узла для регистрации размера капли поверхностно-активного вещества в момент отрыва от капилляра капельницы позволит исключить предварительную калибровку капилляра капельницы,
- установка устройства для регистрации изображения таким образом, чтобы центр поворота рычагов устройства для регистрации изображения совпадал с центром плоскости фиксируемого объекта-препарата, позволит регулировать угол наклона оптической оси устройства для регистрации изображения без ее смещения относительно центра фиксируемого объекта-препарата;
- установка в качестве устройства для регистрации изображения и узла для регистрации размера капли в момент ее отрыва от капилляра капельницы видеокамеры или кинокамеры позволит исключить калибровку капилляра по массе и объему капли.
Сравнение заявляемого изобретения с известными из уровня техники техническими решениями по патентной и научно-технической документации позволило установить следующее.
Известное устройство, например репродукционная установка - увеличитель «Беларусь-2», регистрирует различные объекты, но он не позволяет раскрыть происходящие процессы при перемещении жидкости, так как у него нет приспособлений, необходимых для определения количества жидкости, переносимой ПАВ, и распространения микроволн по поверхности жидкости, а именно для нанесения на поверхность препарата заданного количества жидкости, для установки капельницы, для подведения центра препарата в оптический центр камеры, стола для установки препарата с возможностью регулировки горизонтальности поверхности препарата и подведения плоскости препарата в центр поворота рычагов для установки устройства регистрации изображения и регистрирующего размер капли в момент ее отрыва от капилляра капельницы.
Предлагаемое устройство для определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, и дальности распространения микроволн по поверхности слоя жидкости снабжено всеми необходимыми устройствами и узлами, обеспечивающими достижение технического результата - качественное фиксирование процесса перемещения жидкости, упрощение подготовки препарата к фиксации процесса с возможностью обнаружения и фиксирования процесса возникновения и распространения микроволн.
Таким образом, из уровня техники не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схема устройства для определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, и дальности распространения микроволн по поверхности слоя жидкости.
Устройство состоит из станины 1 (см. чертеж) в которой расположен стол 2 для размещения фиксируемого объекта-препарата 3. Стол 2 выполнен как гибкий или многозвенный и установлен с возможностью его перемещения к оси 4 поворота рычагов 5 для установки устройства 6 для регистрации изменения в изображении объекта-препарата 3, расположенного на плоскопараллельной пластине 7. Плоскопараллельная пластина 7 с объектом-препаратом 3 размещена на трех твердых шариках 8 или на других приспособлениях, зафиксированных на поверхности стола 2, для свободного перемещения пластины 7 и совмещения центра и плоскости объекта-препарата 3 с осью 4 поворота рычагов 5 и оптической осью 9 устройства 6 для регистрации изображения. Для подвода стола 2 с размещенными на нем плоскопараллельной пластиной 7 и объектом-препаратом 3 стол 2 выполнен с возможностью регулирования горизонтального положения и установки высоты уровня объекта-препарата 3 и установлен в станине 1 устройства так, чтобы центр поверхности объекта-препарата 3 совпадал с осью 4 поворота рычагов 5 для установки устройства 6 для регистрации изображения, а оптическая ось 9 устройства 6 для регистрации изображения пересекала бы ось 4 поворота рычагов 5 и была перпендикулярна ей в плоскости, проходящей через центр и плоскость объекта-препарата 3 и оптическую ось 9 устройства 6 для регистрации изображения. Гибкий или многозвенный стол 2 для размещения фиксируемого объекта-препарата 3 жестко прикреплен к двум шайбам 10 достаточной ширины. Шайбы 10 установлены на оси 4, разделенной на две части. Ось 4 размещена во втулках 11, которые установлены в стойках 12 и 13 станины 1. На выступающие из втулок 11 части оси 4 установлены рычаги 5 устройства 6 для регистрации изображения. Для регулирования угла наклона оптической оси 9 устройства 6 для регистрации изображения без ее смещения относительно центра объекта-препарата 3 устройство 6 для регистрации изображения установлено так, чтобы центр поворота рычагов 5 устройства 6 для регистрации изображения совпадал с центром ограничивающей фигуры объекта-препарата 3. Рычаги 5 устройства 6 для регистрации изображения установлены также с возможностью фиксирования в заданном положении с помощью любого известного приспособления, в предлагаемом изобретении с помощью дугообразной стойки 14, имеющей прорезь, через которую проходит болт 15, прикрепленный к рычагам 5. На дугообразную стойку 14 нанесена разметка углов поворота рычагов 5.
Для получения видимого процесса происходящих изменений в результате действия поверхностно-активного вещества устройство 6 для регистрации изображения и осветитель 16 расположены так, чтобы в объектив устройства 6 для регистрации изображения попадало отраженное от поверхности жидкости фиксируемого объекта-препарата 3 изображение сетки 17.
Осветитель 16 выполнен в виде светящейся панели рассеянного света с нанесенными на лицевую сторону линиями в виде сетки любой формы или приклеенной прозрачной пленки, с нанесенной на нее сеткой 17, и установлен с возможностью регулирования угла наклона по отношению к фиксируемому объекту-препарату 3. Осветитель 16 установлен на станине 1.
Для нанесения на объект-препарат 3 жидкости слоем заданной толщины устройство дополнительно снабжено узлом для нанесения жидкости, представляющим собой стойку штатива 18 с установленной на нем автоматически заполняемой химической бюреткой для титрования 19, и расположенным на стойке 13 станины 1. На другой стойке 12 станины 1 расположен узел для нанесения капли исследуемого вещества на объект-препарат 3, представляющий собой стойку 20, установленную с возможностью поворота вокруг своей оси. На стойке 20 установлен рычаг 21 с возможностью перемещения по стойке 20 вверх и вниз для регулирования высоты падения капли исследуемого раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ). На рычаге 21 установлен зажим 22 для узла 23 для установки капельницы 24, с помощью которой возможно нанесение капли исследуемого раствора ПАВ. Узел 23 установлен с возможностью горизонтального перемещения, обеспечивая этим совмещение точки отрыва капли жидкости или раствора ПАВ от капельницы 24 с центром объекта-препарата 3. Капельница 24 выполнена из пипетки с капилляром.
Узел 23 для нанесения капли исследуемого вещества с помощью капилляра капельницы 24 установлен с возможностью изменения расстояния от объекта-препарата 3 до точки отрыва капли и последующего отведения узла 23 от объекта-препарата 3 для замены объекта-препарата 3 на другой с последующей установкой точки отрыва капли над центром объекта-препарата 3.
Станина 1 устройства имеет две регулируемые по высоте ножки 25 и одну ножку 26, с помощью которых ось 4 поворота рычагов 5 установлена в горизонтальном положении. И четыре ножки-винта 27, с помощью которых установлена горизонтальность стола 2 и плоскопараллельной пластины 7 с объектом-препаратом 3, плоскость поверхности которого проходит через ось 4 поворота рычагов 5 устройства 6 для регистрации изображения и нулевую точку отсчета дугообразной стойки 14. Для определения горизонтальности оси использован уровнемер 28 (указатель уровня). Для установки горизонтальности плоскопараллельной пластины 7 с объектом-препаратом 3 и подведения плоскости объекта-препарата 3 в центр оси 4 поворота рычагов 5 устройства 6 для регистрации изображения установлены четыре ножки-винта 27 с мелкой резьбой, которые ввернуты в станину 1 и с помощью которых возможно изгибание стола 2.
Устройство 6 для регистрации изображения, в качестве которого использована кино- или видеокамера, установлено в рычагах 5 так, что оптическая ось 9 объектива камеры была расположена в плоскости, проходящей через центр оси 4 поворота рычагов 5 с возможностью его смещения вдоль рычагов 5 для изменения масштаба съемки.
На стойке станины 13 расположен узел 29 для регистрации размера капли в момент отрыва от капилляра капельницы 24, в качестве которого применена видео- или кинокамера, способные в увеличенном масштабе фиксировать каплю. Этот узел 29 также может быть расположен и на узле 23 для установки капельницы 24 (не показано).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Станину 1 устанавливают на горизонтальной поверхности на двух ножках 25 и ножке 26. Втулки 11 надевают на стержень с диаметром, соответствующим внутреннему диаметру втулки 11 и шайб 10. Втулки 11 размещают в стойках 12 и 13 станины 1, настраивают горизонтальность стержня вместе со втулками 11 и закрепляют их в станине 1. Настраивают горизонтальность плоскости, проходящей через ось 4 поворота рычагов 5, устройства для регистрации изображения 6 и нулевую точку отсчета дугообразной стойки 14 и в станину 1 закрепляют указатель 28 - уровнемер, установленный на нулевой отметке. После этого стержень вынимают. Вставляют во втулки 11 две полуоси 4, на них устанавливают шайбы 10 и закрепляют их, производя сборку всех остальных устройств.
Для размещения центра ограничительной фигуры объекта-препарата 3 в центре оси 4 поворота рычагов 5 стол 2 изгибают с помощью винтов 27, перемещая этим поверхность объекта-препарата 3 к оси 4, контролируя горизонтальность объекта-препарата 3 с помощью переносного уровнемера (не показан).
После настройки горизонтальности поверхности стола 2 и плоскопараллельной пластины 7 на нее размещается объект-препарат 3 с нанесенной на него ограничительной фигурой или, если изучаются свойства другой плоской поверхности, на нее наносится ограничительный круг или квадрат (по желанию экспериментатора), и она устанавливается на столе 2 в горизонтальной плоскости так, чтобы ось 4 поворота рычагов 5 совпадала с центром и плоскостью ограничительной фигуры.
Устройство 6 для регистрации изображения устанавливается на расстоянии и под углом, выбранными экспериментатором, настраивается резкость изображения центра ограничительной фигуры и проводится масштабирование изображения фиксированием устройством 6 прозрачной линейки, установленной в центре объекта-препарата вдоль оси 4.
Затем в ограниченную фигурой плоскость вносится исследуемая жидкость из узла для нанесения жидкости - бюретки для титрования с автоматической установкой уровня 28. Бюретка 19 отводится от исследуемого объекта поворотом стойки 18 штатива, расположенной на стойке 13.
Настраивается резкость и масштаб узла 29 для регистрации размера капли в момент отрыва по изображению края капилляра капельницы 24.
Настройка положения осветителя 16 выполняется так, чтобы изображение сетки 17 на осветителе 16 полностью накрывало ограничительную фигуру с внесенной в нее жидкостью, и отражение сетки 17 от поверхности жидкости было резко видно в фиксирующем устройстве 6 для регистрации изображения.
К объекту-препарату подводится узел 23 для нанесения капли капилляром капельницы 24. Капилляр капельницы 24 устанавливается над центром ограничительной фигуры на выбранном экспериментатором расстоянии от поверхности жидкости. Включается устройство 6 для регистрации изображения процесса перемещения жидкости и сразу включается устройство 29, фиксирующее размер капли в момент отрыва капли от капилляра капельницы 24. Капают каплю. Устройство 6 для регистрации изображения и узел 29 для регистрации размера капли работают до окончания процесса перемещения жидкости.
После завершения процесса перемещения регистрирующие устройства 6 и 29 отключаются. Узел 23 нанесения капли отводится в нерабочее положение. Объект-препарат 3 с плоскопараллельной пластиной 7 извлекается из установки. На место объекта-препарата 3 устанавливается новый объект-препарат. Плоскопараллельная пластина 7 с новым объектом-препаратом 3 устанавливается на твердых шариках 8 и процедура повторяется при необходимости, начиная с установки параллельности стола 2.
Если работу ведут с другой жидкостью и другим поверхностно-активным веществом, то меняют узел 19 для внесения жидкости и капельницу 24 либо промывают их тщательно и вновь их используют.
В предлагаемом устройстве могут использоваться кино- и видеокамеры любого типа, позволяющие качественно фиксировать происходящие на поверхности жидкости изменения при перемещении жидкости или при образовании микроволн и отрыве капли от капилляра капельницы заявляемого устройства.
Предлагаемое изобретение - устройство для определения количества жидкости, перемещаемой поверхностно-активным веществом, и дальности распространения микроволн по поверхности слоя жидкости по сравнению с прототипом - репродукционная установка - увеличитель «Беларусь-2» (см. Горбатов В.А., Тамицкий Э.Д. Фотография: Учебник для кадров массовых профессий. - М.: Легпромбытиздат, 1985. - 304 с.) имеет следующие преимущества:
- позволяет качественно фиксировать процессы перемещения жидкости поверхностно-активным веществом и дальность распространения микроволн по поверхности слоя жидкости без бликов,
- быстро подготавливать объект-препарат для фиксирования происходящих процессов,
- легко изменять положение фиксирующей камеры,
- быстро настраивать положение всех узлов после изменения условий проведения опыта,
- сделать видимыми процессы перемещения жидкости поверхностно-активным веществом и дальности распространения микроволн по поверхности слоя жидкости.
Таким образом, можно сделать вывод, что изобретение соответствует критерию «промышленная применимость».