Способ контроля запыленности воздуха

Авторы патента:

Бакин Павел Юрьевич (RU)

Федорец Александр Анатольевич (RU)

Колмаков Эдуард Эдуардович (RU)

G01N21/53 - в потоке текучей среды, например дыма (устройства подачи сигналов тревоги при наличии дыма G08B 17/10)

Владельцы патента RU 2350929:

ГОУ ВПО "Тюменский государственный университет" (RU)
ЗАО "Фотекон" (RU)

Изобретение относится к области средств измерения концентрации частиц пыли в воздухе и может быть использовано для контроля запыленности воздуха жилых и производственных помещений, а также для экологического мониторинга состояния атмосферы. В основе изобретения лежит явление «Капельный кластер», а его суть состоит в измерении скорости роста площади поверхности капельного кластера, который индуцируется светоизлучающим нагревательным элементом, встроенным в дно кюветы с открытым тонким слоем жидкости. Чем выше концентрация пылевых частиц в воздухе, тем быстрее увеличивается кластер и изменяется сигнала фотодатчика, что позволяет контролировать степень запыленности воздуха на основе предварительно полученной калибровочной зависимости. 2 ил.

Известен способ и устройства [1, 2] для измерения концентрации аэрозольных частиц, в котором регистрируется световой поток, рассеиваемый на микрочастицах. К недостаткам данного способа следует отнести его неэффективность при низких уровнях запыленности воздуха и сильную зависимость процессов рассеяния и поглощения света от размера и оптических характеристик пылинок, сказывающуюся на точности и воспроизводимости измерений.

С целью преодоления обозначенных недостатков для контроля запыленности воздуха предлагается использовать явление «Капельный кластер» [3], наблюдаемое при локальном нагреве и испарении различных жидкостей, в том числе, воды.

Пары жидкости, попадая в относительно холодную газовую среду, конденсируется в микрокапли, зарождающиеся на центрах конденсации, основными из которых являются суспензированные в воздухе твердые микрочастицы - пылинки [4]. При температуре жидкости, превышающей пороговое значение [3], выпавшие на жидкую поверхность микрокапли конденсата проявляют высокую устойчивость к коалесценции и формируют диссипативную суперструктуру - капельный кластер, фиг.1.

Суть нового способа заключается в измерении скорости роста площади капельного кластера, которая, при прочих равных условиях, прямо пропорциональна концентрации пыли в воздухе: если, при концентрации пыли 0,6 мкг/м³, фиг.1а, заданная площадь капельного кластера достигается на 25-й секунде с момента t₀ начала его роста, то при концентрации пыли 1,0 мкг/м³, фиг.1б, это происходит уже на 12-й секунде с момента t₀.

Для реализации способа предлагается устройство, схема которого показана на фиг.2. Здесь: кювета 1 с тонким слоем жидкости 2, например, воды (радиальное сечение, показан лишь центральный участок дна кюветы и слоя), 3 встроенный в дно кюветы светоизлучающий нагревательный элемент, генерирующий капельный кластер 4, площадь которого определяет световой поток 5, измеряемый фотоприемником 6, расположенным напротив источника света, 7 воздуховод, идущий от воздуходувного механизма, не изображенного на схеме.

Работает устройство следующим образом. В момент начала измерения воздуходувный механизм создает кратковременный воздушный поток, разрушающий капельный кластер. С этого момента начинается регистрация сигнала фотодатчика, уровень которого обратно пропорционален площади капельного кластера. Чем выше концентрация пылевых частиц в воздухе, тем быстрее увеличивается кластер и изменяется сигнала фотодатчика.

В простейшем случае измерения могут проводиться на основе предварительно полученной калибровочной зависимости временного интервала, в течение которого сигнал фотодатчика снижается до заданного порогового значения, от концентрации пылевых частиц в воздухе.

Предлагаемый способ и устройство позволяют преобразовывать разнородные по размерам и оптическим характеристикам микрочастицы в относительно крупные и высокооднородные капли кластера, которые оказывают на несколько порядков более сильное влияние на проходящий пучок света, чем породившие их пылинки. Это принципиально упрощает процесс измерений при низких концентрациях пылевых частиц и позволяет без снижения точности измерений отказаться от сложных в эксплуатации высокочувствительных фотоприемников.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. СССР №486251, G01N 15/00, 1975, Бюл. №36.

2. А.с. СССР №739375, G01N 15/00, 1980, Бюл. №21.

3. Капельный кластер. А.А.Федорец. Письма в "ЖЭТФ", Том.79, №8, с.457-459, 2004.

4. Аэрозоли. П. Райст. - М: Мир, 1987, с.188.

Способ контроля запыленности воздуха, заключающийся в освещении исследуемого воздуха и в регистрации светового потока фотоприемником, отличающийся тем, что степень запыленности воздуха контролируется по скорости увеличения площади капельного кластера, измеряемой по изменению светового потока, проходящего через капельный кластер, который индуцируется светоизлучающим нагревательным элементом, встроенным в дно кюветы с открытым тонким слоем жидкости, а световой поток, проходящий через капельный кластер, измеряется фотоприемником, противостоящим светоизлучающему нагревательному элементу.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью оптических средств в потоке текучей среды, а более конкретно к конструкции оптических устройств, предназначенных для количественных оценок распыливания жидкостей форсунками.

Способ и стенд для определения оптической плотности продуктов сгорания твердого ракетного топлива // 2239819

Изобретение относится к области оптических методов исследования. .

Устройство для измерения концентрации твердых частиц в дымовых газах // 2085909

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при измерениях концентрации твердых частиц в дымовых газах газоходов тепловых электростанций.

Оптический пылемер // 1806346

Устройство определения оптических свойств прозрачных сред // 1806345

Устройство для определения времения дымления вещества // 1793337

Измеритель оптической плотности отработавших газов // 1784091

Изобретение относится к области контроля вещества оптическими методами и может быть использовано для определения дымности и запыленности газов, например дымности отработавших газов автомобилей с дизельными двигателями, с целью повышения точности измерений, поскольку позволяет измерять оптическую1 плотность газов при произв6льнЧ)|5Г ее Че Нй 1 г потока.

Измеритель оптической плотности // 1777649

Изобретение относится к оптическим методам анализа и может быть использовано для измерения дымности отработавших газов дизельных двигателей. .

Устройство для измерения дымности отработанных газов // 1767394

Способ измерения дымности газовых выбросов // 1721478

Изобретение относится к определению оптической плотности, дымности, а также определению плотности рассевающих газовых сред. .

Способ оценки сигнала рассеянного света и детектор рессеянного света для осуществления способа // 2351918

Изобретение относится к способу оценки сигнала рассеянного света, который вырабатывается приемником рассеянного света при обнаружении, в частности, мелких частиц в несущей среде, причем сигнал рассеянного света поочередно или в любой последовательности проходит этап калибровки, этап компенсации ухода частоты, этап температурной компенсации, этап установки чувствительности или этап алгоритма фильтрации

Способ определения маскирующих характеристик аэрозолей // 2376583

Изобретение относится к области физики, а именно к способам и устройствам для измерения двух или более переменных величин, и предназначено для оценки маскирующих характеристик аэрозолей с учетом размеров, окраски маскируемых объектов, фонов, на которых они располагаются, а также условий их наблюдения

Измеритель запыленности воздуха // 2383005

Изобретение относится к средствам измерения концентрации частиц пыли в воздухе и может быть использовано для контроля атмосферы жилых и производственных помещений

Сенсорная головка, калибровочная система и измерительная система для реагента в виде сухого порошка // 2449841

Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и предназначено для сертификации порошковых систем пожаротушения на борту транспортного средства

Устройство и способ для определения загрязненности моющего раствора // 2468357

Датчик мутности // 2477345

Изобретение относится к датчику мутности для использования, например, в стиральной машине (400) или посудомоечной машине, к способу измерения мутности жидкости с помощью указанного датчика, к машине для мойки предметов, которая содержит указанный датчик, и к компьютерному носителю данных

Способ оценки параметров факела распыла дисперсионноспособной технологической жидкости и установка для его осуществления // 2516581

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным способам контроля и регулирования параметров дисперсных сред. По зарегистрированному импульсному световому изображению рассеченной плоской с малой толщиной части факела распыла определяют параметры распыла капель в данной части факела с помощью системы единиц дисперсности на основе формулы объема шара (сферы) капли, для чего в указанном изображении производят сортировку и подсчет количества капель стандартных классов диапазонов микроскопических размеров в их смежной последовательности. Для реализации способа разработана двухлазерная установка с цифровыми устройствами обработки сигналов изображений и ЭВМ. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности способа и установки за счет измерения скоростей диспергированных капель и получения результатов оценки параметров факела распыла посредством анализа величин приведенных интегральных объемов капель на единицу площади с сортировкой по последовательности смежных диапазонов размеров капель. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Способ и устройство для обнаружения биологического материала // 2559521

Изобретение относится к способу обнаружения биологического материала в воздушном потоке, в способе воздушный поток (16) подают с помощью устройств для образцов (12), световой пучок (17) испускают в направлении воздушного потока (16), создают сигнал флуоресценции (24), описывающий флуоресценцию частицы (14), и создают сигнал рассеивания (32), описывающий рассеивание света частицей (14). Сигнал флуоресценции (24) и сигнал рассеивания (32) превращают в дискретные значения и определяют значение сигнала тревоги. Дискретные значения регистрируют кумулятивно в виде точек попадания по меньшей мере в двухмерном пространстве 1 измерения, имеющем выбранные измерения. По меньшей мере одну область индексов (56, 58, 60) предварительно выбирают из указанного пространства измерений, вычисляют кумулятивный индекс при индексной частоте по точкам попадания, накапливаемым в каждой предварительно выбранной области индексов (56, 58, 60), значение сигнала тревоги, отражающее присутствие выбранного биологического материала, определяют по указанным индексам посредством использования предварительно выбранного критерия. Изобретение позволяет упростить устройство для обнаружения биологического материала. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Система и способ определения наличия условий обледенения // 2585484

Предложен способ определения атмосферного потенциала обледенения. Способ содержит испускание (304) допплеровским гетеродинным лидаром (прибором светового обнаружения и определения дальности) (108а, 108b) электромагнитного излучения в атмосферу и прием излучения, обратнорассеянного от аэрозоля, в частности, от облака. Определяют (306) указание интенсивности сигнала, в частности ОСШ-отношения (отношение сигнал-шум на несущей частоте), на основе принятого обратнорассеянного сигнала для одного или более расстояний, в частности высот над заданным базовым уровнем, в частности над местоположением лидара. Сравнивают (308) указания интенсивности сигнала с по меньшей мере одним заданным базовым значением для того, чтобы получить величину вероятности присутствия облака (110) на указанном одном или более расстояниях. Определяют (310) величину потенциала обледенения на указанных нескольких расстояниях на основе указанного сравнения и величины температуры на указанном одном или более расстояниях. Представлена также система для выполнения указанного способа. Технический результат - повышение точности определения условий атмосферного обледенения. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство для определения пространственного распределения концентрации капель в факеле распыла форсунки // 2633648

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптико-электронным устройствам измерения параметров дисперсных сред. Заявленное устройство содержит лазерный источник зондирующего излучения, фотоэлектрический приемник излучения и оптический сканер в виде вращающегося уголкового отражателя и двухлинзовой оптической системы. Исследуемая форсунка, расположенная между линзами оптической системы, закреплена на подвижной каретке с возможностью ее перемещения вдоль оси симметрии факела распыла. Приемник излучения размещен в светонепроницаемом цилиндрическом корпусе с точечной диаграммой на его торце, расположенной на расстоянии от оси симметрии форсунки. В корпусе размещена дополнительная линза на расстоянии от диаграммы, а перед приемником излучения установлен матовый рассеиватель. Скорость перемещения каретки соответствует неравенству ,а расстояние между выходным сечением форсунки и осью оптической системы в процессе перемещения форсунки изменяется в пределахz=0÷h,где - фокусное расстояние линз оптической системы, мм;l - расстояние между линзами оптической системы, мм; - фокусное расстояние дополнительной линзы, мм;u - скорость перемещения каретки, мм/с;d - диаметр лазерного луча, мм;n - угловая скорость вращения отражателя, об/с;R - радиус поперечного сечения факела распыла, мм;z - расстояние между выходным сечением форсунки и осью оптической системы, мм;h - длина факела распыла форсунки, мм. Технический результат – повышение информативности и снижение погрешности измерений характеристик факела распыла форсунки. 6 ил.