УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА КУСКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
LUMP MATERIAL PARTICLE-SIZE COMPOSITION CONTROL DEVICE

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известно устройство для измерения размеров частиц аэрозоля, суспензий и порошкообразных материалов (см. О.В.Карпов, Е.В.Лесников, Г.Д.Петров «Установка высшей точности для воспроизведения счетной концентрации и размеров частиц, суспензии и порошкообразных материалов», Измерительная техника, №9, 1997, стр.68-70), в котором метод малоуглового рассеяния лазерного излучения используется для измерения размеров частиц.
Недостатком этого известного устройства является сложность зондирования частиц лазерным лучом и анализа малоугловой индикатрисы рассеянного частицами излучения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для контроля гранулометрического состава сыпучих материалов (см. О.Н.Кукушкин, В.И.Головко, О.М.Ганиев и др. «Применение метода Дебая-Шеррера в СВЧ-диапазоне для контроля гранулометрического состава сыпучих материалов», Электронная техника, сер. СВЧ-техника, вып.1 (471), 1998, стр.45-47), содержащее генератор электромагнитных колебаний, передающую и приемную рупорные антенны, усилитель и вычислитель. В этом устройстве мощность отраженного от сыпучего материала сигнала используется для контроля гранулометрического состава контролируемой среды.
Недостатком этого устройства следует считать низкое качество контроля из-за неопределенности мощности отраженного сигнала при изменении состава сыпучих материалов.
Задачей заявляемого изобретения является повышение качества контроля гранулометрического состава кусковых материалов.
Поставленная задача решается тем, что в устройство для контроля гранулометрического состава кусковых материалов, содержащее генератор электромагнитных колебаний, соединенный выходом с передающей рупорной антенной, приемную рупорную антенну и усилитель, введены элемент ортогональной поляризации, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, амплитудный детектор и измеритель-индикатор, при этом приемная рупорная антенна подключена ко входу элемента ортогональной поляризации, выход элемента ортогональной поляризации соединен со входом амплитудного детектора, выход которого через усилитель соединен со входом измерителя-индикатора.
Существенными отличительными признаками указанной выше совокупности является наличие элемента ортогональной поляризации и амплитудного детектора.
В заявленном техническом решении благодаря свойствам перечисленных признаков прием отраженного от кусковых материалов сигнала с ортогональной поляризации дает возможность решить поставленную задачу: обеспечить высокое качество контроля гранулометрического состава кусковых материалов.
На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.
Устройство содержит генератор электромагнитных колебаний 1, передающую рупорную антенну 2, приемную рупорную антенну 3, элемент ортогональной поляризации 4, амплитудный детектор 5, усилитель 6 и измеритель-индикатор 7. На чертеже цифрой 8 обозначен кусковой материал.
Принцип работы устройства основан на использовании условия Брэгга-Вульфа (см. Физическая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1988, стр.231). Согласно этому условию, если тонкий пучок монохроматического рентгеновского излучения падает на кристалл, последний рассеивает (отражает) излучение. Максимумы интенсивности возникают при этом только в тех направлениях, в которых все отраженные кристаллом волны находятся в одной фазе, а это возможно, если разность хода между отраженными волнами кратна целому числу длин волн λ, т.е. когда справедливо соотношение
2dsinθ=nλ,
где n - целое положительное число, 2θ - угол между передающей и отраженной волнами, d - межплоскостное расстояние в кристалле.
Известно, что условие Брегга-Вульфа справедливо для любых частот электромагнитного излучения. Поэтому этот эффект можно использовать во всех случаях, когда длина волны излучения соизмерима с характерным расстоянием (размером) среды d. В соответствии с этим в устройстве электромагнитные волны с выхода генератора электромагнитных колебаний 1 поступают в передающую рупорную антенну 2. Далее этими волнами зондируют (облучают) кусковой материал 8 под углом.
При λ меньше характерного размера d кускового материала, например его длины, последний отражает волны, которые улавливаются приемной рупорной антенной 3.
Как известно, эффект поляризации волн может возникать при их отражении от границы раздела двух сред (см. БЭС, Физика, 1998, стр.575-576). При этом при падении волны под углом отраженная волна может содержать компоненты, поляризуемые параллельно и перпендикулярно плоскости падения волны (см. БЭС, Физика, 1998, стр.59-60). В силу этого в рассматриваемом случае можно допускать существование параллельно и ортогонально поляризованных составляющих отраженной от кускового материала волны.
Согласно предлагаемому устройству принятые под углом приемной рупорной антенной отраженные волны поступают на вход элемента ортогональной поляризации 4. Этот элемент, выполненный в виде отрезка прямоугольного волновода, пропускает только составляющую отраженной волны с ортогональной поляризации. Для этого необходимо, чтобы при стыковке приемной рупорной антенны с отрезком прямоугольного волновода широкая сторона, например, пирамидальной рупорной антенны была продолжением узкой стенки отрезка прямоугольного волновода, а узкая сторона пирамидальной рупорной антенны - широкой стенки отрезка прямоугольного волновода. С выхода элемента ортогональной поляризации сигнал поступает на вход амплитудного детектора 5. Далее продедектированный сигнал амплитудным детектором усиливается в усилителе 6 и передается на измеритель-индикатор 7, где можно получить информацию о гранулометрическом составе кусковых материалов.
Проведены лабораторные эксперименты макетного образца предлагаемого устройства. В опытах были использованы кусковые материалы (дерево) трех (крупной, средней, мелкой) фракций. Частота и мощность излучения соответственно - 9,2 ГГц и 10 мВт. Эксперименты показали уменьшение выходного сигнала амплитудного детектора при переходе от крупной фракции к средней и далее мелкой фракциям и наоборот.
Таким образом, в заявленном техническом решении показано, что при приеме отраженного от кусковых материалов сигнала с ортогональной поляризации можно обеспечить повышение качества контроля гранулометрического состава кусковых материалов.