ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА ДИАЛИЗАТА
LASER DEVICE FOR MEASURING DIALYSATE FLOW RATE

Заявляемое устройство относится к области измерительной техники, конкретно к лазерной доплеровской анемометрии, и может быть использовано для бесконтактного дистанционного измерения скорости потока диализата.
Лазерная доплеровская анемометрия широко применяется при анализе характеристик потоков газовых и жидкостных сред [1]. В области прикладной медицинской оптики большое практическое значение имеет измерение скорости потока диализата (совокупности веществ, проходящих при диализе через диализирующую мембрану), определяющее эффективность аппаратов гемодиализа, применяемых для временного замещения выделительной функции почек [2].
Известны лазерные доплеровские измерители скорости, содержащие последовательно расположенные лазер, поляризационный расщепитель, фокусирующий и приемный объективы, поляризационную призму-анализатор, два фотоприемника и электронный блок измерения доплеровской частоты [3].
Недостатком этих устройств является относительно невысокая точность измерений из-за низкого отношения сигнал/шум.
Известен также лазерный доплеровский измеритель скорости, который содержит лазер и последовательно расположенные по ходу луча сферический и цилиндрический объективы, поляризационный расщепитель Волластона лазерного пучка, поворотное зеркало с двумя щелевыми диафрагмами, расположенными на пути пучков, фокусирующий объектив, защитное стекло. В него входят также последовательно размещенные по направлению рассеянного поверхностью движущегося объекта второе поворотное зеркало, микрообъектив, интерференционный фильтр, полевая щелевая диафрагма, инфракрасный фильтр, поляризационная призма Волластона, два фотоприемника, установленные на пути расщепленных этой призмой лазерных пучков и подключенные выходами ко входам вычитающей схемы, и электронный блок измерения. Электронный блок измерения содержит узел фильтрации, два компаратора, блоки формирования счетных импульсов и строб импульсов и аналоговый и цифровой измерители скорости [4].
Указанный измеритель скорости потока также имеет недостаточную точность измерений, вызванную низким отношением сигнал/шум.
Наиболее близким техническим решением заявляемого устройства является динамическое рассеивающее устройство для анализа потока диализата, содержащее систему перекачки диализата с мембраной, источник света с оптоволоконным световодом для облучения диализата, фотоприемное устройство, светоотражатель и насос для перекачки диализата [5].
Недостатком этого устройства является низкий выход рассеянного лазерного излучения ввиду существенных потерь при вводе рассеянного излучения в световод, что снижает точность измерений.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение точности измерений за счет увеличения выхода рассеянного лазерного излучения.
Предложенное лазерное устройство для измерения скорости потока диализата содержит систему перекачки диализата с мембраной, лазерный источник света с расщепителем лазерного пучка для облучения диализата, фотоприемные устройства со светоотражателями и электронный блок измерения скорости потока диализата, отличающееся тем, что в системе перекачки диализата содержатся одна или более трубчатые кюветы, на внутреннюю поверхность которых наносится интерференционное покрытие, а зондирующий лазерный луч пропускается вдоль оси кювет.
В качестве материалов интерференционного покрытия могут использоваться фториды и(или) селениды металлов [6].
Принципиально новым техническим решением является размещение в системе перекачки диализата одной или более трубчатых кювет, на внутреннюю поверхность которой наносится интерференционное покрытие, а зондирующий лазерный луч пропускается вдоль оси кювет. Увеличение точности измерений достигается здесь за счет увеличения выхода рассеянного лазерного излучения при пропускании зондирующего лазерного луча вдоль оси кювет, что обеспечивает получение максимального значения получаемого доплеровского сигнала.
Предложенное устройство иллюстрируется следующим графическим материалом.
На фиг.1 представлена принципиальная схема лазерного устройства для измерения скорости диализата, где 1 - интерферометр Майкельсона, 2, 3 - полупрозрачные зеркала интерферометра, 4, 5 - отражающие зеркала интерферометра, 6 - лазер, 7 - расщепитель лазерного пучка, 8-11 - трубчатые кюветы, 12 - шланги, 13 - делительные пластины, 14 - электронный блок измерения скорости потока диализата.
На фиг.2 представлена система перекачки раствора диализата, где 12 - шланги, 15 - мембрана, 16 - бак с диализатом.
На фиг.3 представлена трубчатая кювета 8 с окошками 17.
Устройство работает следующим образом. Пучки излучения, создаваемого лазером (6) после прохождения расщепителя лазерного пучка (7), проходят через полупрозрачные зеркала (2), (3) и распространяются в интерферометре Майкельсона (1) в противоположные стороны, отражаясь от полупрозрачных (2), (3) и непрозрачных зеркал (4), (5). Лазерное излучение рассеивается в растворе диализата, перекачиваемого через шланги (12) с помощью системы перекачки раствора диализата с мембраной для очистки диализата (15) и баком с диализатом (16) через кюветы (8-11) с просветленными плоскопараллельными окошками (17), размещаемые в плечах интерферометра. Доплеровский сигнал, создаваемый при рассеянии лазерного излучения, распространяющегося в интерферометре Майкельсона в противоположные стороны, через делительные пластины 13 поступает на вход электронного блока измерения скорости (14), который представляет собой частотомер с управляемым задатчиком времени счета.
Устанавливая время счета, кратное коэффициенту пересчета доплеровской частоты в значение скорости, можно получить показания частотомера непосредственно в единицах скорости [1].
За счет распространения в интерферометре Майкельсона лазерных пучков в противоположные стороны достигается удвоенное значение получаемого сигнала, так что скорость потока диализата
0
где с - скорость света в растворе диализата, Δf - разность частот принимаемого доплеровского сигнала и источника лазерного излучения, f - частота излучения лазера, θ - угол между направлением движения потока диализата и волновым вектором рассеянного излучения [1]. В предлагаемом изобретении реализуются условия получения максимального значения получаемого сигнала, т.к здесь θ=0 и
Благодаря новому техническому решению по размещению в системе перекачки диализата одной или более трубчатых кювет, на внутреннюю поверхность которой наносится интерференционное покрытие, достигается увеличение точности измерений за счет увеличения выхода рассеянного лазерного излучения при пропускании зондирующего лазерного луча вдоль оси кювет, что обеспечивает получение максимального значения получаемого доплеровского сигнала.
Литература
1. Дубнищев Ю.Н., Арбузов В.А., Белоусов П.П., Белоусов П.Я. Оптические методы исследования потоков. Новосибирск: Сиб.унив. изд, 2003.
2. Гринвальд В.М., Киселев Б.Л., Максимов Е.П., Хайтлин А.И. Аппаратура искусственного очищения крови, под ред. В.А.Викторова. М.: ЗАО «ВНИИМВ-ВИТА, 2002.
3. Авт. свид. СССР №529660.
4. Артамонов Б.Ф., Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Жмудь В.А., Столповский А.А. Лазерный измеритель скорости горячего проката // Сталь, №8, 1986.
5. Патент США №5485270 - прототип.
6. Патент РФ №2097801.