ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОЙ СРЕДЫ ПРИ КУЛЬТИВИРОВАНИИ ФИТОМАССЫ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована при измерении оптической плотности жидкой среды, в том числе с целью определения концентрации содержащегося в ней фитопланктона, при производстве фитомассы микроводорослей биотопливного или кормового назначения в закрытых системах и открытых водоемах.
Оптические методы и устройства для измерения параметров жидких сред широко используются в научных и практических целях.
Известен, например, планшетный фотометр предназначенный для измерения оптической плотности и флуоресценции жидкостей, помещенных в ячейки планшета, содержащий оптически связанные источник света, формирователь световых пучков, интерференционные светофильтры, оптический распределитель, планшет и устройство для приема излучения (патент РФ №2176384, МПК G01J 1/00, G01N 21/27, опубл. 27.11.2001). Кроме того, фотометр содержит коммутатор световых потоков с вращающимся внутри неподвижного корпуса ротором, в котором закреплено плоское зеркало или световод, а в корпусе закреплена серия неподвижных осветительных световодов.
Недостатком известного фотометра является достаточно сложная конструкция. Кроме того, он использует однолучевой метод измерения, не обеспечивающий высокой точности.
Известно также устройство для исследования параметров крови, содержащее кювету, электродвигатель, светодиоды прямого и отраженного света, фотодиод, световоды впускного и выпускного клапанов, блоки индикации, управления и ЦАП, блоки регистрации и усиления сигналов (патент РФ №2149403, МПК G01N 333/49 убл. 20.05.2000).
К недостаткам известного устройства следует отнести излишнюю сложность его оптической схемы и отсутствие опорного канала, что снижает точность измерения оптической плотности.
По технической сути наиболее близким к предлагаемой полезной модели является измеритель оптической плотности состоящий из опорного и измерительного каналов (патент РФ №104354, МПК G08B 17/107, опубл. 10.05.2011). При этом его оптическая схема содержит два излучателя и два фотоприемника, а электрическая схема, имеет усилители опорного и измерительного каналов, сигналы с которых поступают на вычитающее устройство, выполненное на основе дифференциального усилителя.
Существенным недостатком известного измерителя является то, что он не позволяет отделить сигнал, связанный с присутствием микрофлоры в исследуемой жидкой среде от фона, обусловленного растворенными в ней химическими веществами и взвешенными ультрадисперсными неорганическими компонентами, изменяющими ее цветность и мутность. При этом результаты измерений зависят от многих изменяющихся со временем факторов и являются ненадежными. Известный измеритель имеет сложную конструкцию и большие размеры.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание простого компактного измерительного устройства для измерения оптической плотности жидкой среды, содержащей фитопланктон, с высокой точностью и надежностью, независимо от сезонных и случайных изменений ее химического состава и концентрации взвешенных в ней неорганических компонентов.
В результате использования предлагаемой полезной модели обеспечивается высокая точность и надежность определения концентрации микрофлоры в жидкой среде путем отделения сигнала оптической плотности, связанного с присутствием микрофлоры в исследуемой жидкой среде, от фона, обусловленного растворенными в ней химическими веществами и взвешенными ультрадисперсными неорганическими компонентами, изменяющими ее цветность и мутность.
Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый дифференциальный измеритель оптической плотности жидкой среды при культивировании фитомассы, содержащий излучатель с конденсором, опорный и измерительный каналы, кювету, расположенную на пути луча измерительного канала, фотоприемники сигналов опорного и измерительного каналов и дифференциальный измерительный усилитель, содержит дополнительную кювету, установленную на пути луча канала сравнения, насос, выход которого одним трубопроводом соединен непосредственно с кюветой, расположенной на пути луча измерительного канала, а вторым трубопроводом соединен с дополнительной кюветой через вентиль и мембрану, трубопровод с вентилем, соединяющий насос с дополнительной кюветой в обход мембраны, выпускные трубопроводы обеих кювет и регулировочный потенциометр, включенный между входами дифференциального измерительного усилителя.
Состав и принцип работы предлагаемого дифференциального измерителя оптической плотности жидкой среды при культивировании фитомассы поясняются чертежом, на котором представлена общая схема измерителя.
Измеритель включает в себя излучатель 1 и конденсор 2, относящиеся к обоим (измерительному и опорному) оптическим каналам, кювету 3 и фотоприемник 4, образующие измерительный оптический канал, дополнительную кювету 5 с мембраной 6 и фотоприемник 7, образующие опорный оптический канал, дифференциальный измерительный усилитель 8 с регулировочным потенциометром 9, насос 10, выход 11 которого непосредственно соединен трубопроводом 12 с кюветой 3 и трубопроводом 13 - с дополнительной кюветой 5 через вентиль 17 и мембрану 6. К кювете 3 и дополнительной кювете 5 также присоединены выпускные трубопроводы 14 и 15, соответственно.
Работает дифференциальный измеритель оптической плотности на примере определения концентрации фитопланктона в жидкой среде следующим образом.
Перед началом измерения исследуемую жидкую среду подают из открытого водоема или биореактора на вход 16 насоса 10. С выхода 11 насоса 10 исследуемая жидкая среда поступает непосредственно в кювету 3 по трубопроводу 12 и заполняет ее, вытесняя воздух через выпускной трубопровод 14. Одновременно при закрытом вентиле 17 заполняют исследуемой жидкой средой дополнительную кювету 5 через открытый вентиль 18 и трубопровод 19, вытесняя воздух через выпускной трубопровод 15.
После этого включают излучатель 1 и через конденсор 2 подают излучение на фотоприемник 4, пропуская его через кювету 3 (измерительный канал) и на фотоприемник 7 - через дополнительную кювету 5 (опорный канал). Электрические сигналы с фотоприемников 4 и 7 подают на входы измерительного дифференциального усилителя и с помощью потенциометра 9 производят балансировку каналов, добиваясь минимального абсолютного значения выходного электрического сигнала. Затем открывают вентиль 17, закрывают вентиль 18 и с выхода 11 насоса 10 по трубопроводу 13 подают исследуемую жидкую среду в дополнительную кювету 5 через вентиль 17 и мембрану 6, При этом мембрана 6 отсекает содержащуюся в исследуемой жидкости фитомассу, не пропуская через поры твердые частицы, размеры которых меньше размеров клетки фитопланктона. Подачу исследуемой жидкой среды в дополнительную кювету 5 через мембрану 6 продолжают до тех пор, пока отделенная от фитомассы исследуемая жидкая среда полностью не вытеснит из кюветы 5 через выпускной трубопровод 15 исследуемую жидкую среду, содержащую фитомассу. После этого измеряют сигнал, пропорциональный оптической плотности фитомассы на выходе измерительного дифференциального усилителя 8. При необходимости периодически производят балансировку каналов в описанном выше порядке.