Способ определения качества гомогенизации гетерогенных смесей

Авторы патента:

Шумихин Александр Георгиевич (RU)

Сокольчик Павел Юрьевич (RU)

Сташков Сергей Игоревич (RU)

Малимон Мария Владимировна (RU)

G01N21/85 - исследование потоков текучих сред или гранулированных твердых материалов

Владельцы патента RU 2544290:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" (RU)

Изобретение относится к области определения качества гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности при получении и анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов. В способе перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген, затем осуществляют дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально, и по ее значению определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси. Изобретение обеспечивает повышение точности контроля степени однородности гетерогенной композиции, возможность его применения в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси и автоматизацию процесса определения качества гомогенизации. 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам определения качества гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности при получении и анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов.

Известен способ определения качества смешения материалов, включающий введение в смешиваемую массу мелкодисперсного порошкообразного люминофора и его облучение ультрафиолетовыми лучами (см. патент РФ №2022253, кл. G01N 21/64, B01F 3/18, опубл. 30.10.1994 г.).

Недостатками известного способа являются невозможность автоматизировать процесс контроля степени однородности смеси и необходимость эксперта. Кроме того, недостаточная точность контроля степени однородности вследствие сложной обработки данных.

Известен способ определения однородности сыпучей смеси, включающий операции пробоотбора, замер светорассеяния с помощью трех фотометрических приборов и преобразование оптической плотности в электрический сигнал, по величине которого и судят о степени однородности (см. заявка №2002106464 от 12.03.02.)

Недостатком известного способа является отсутствие автоматического определения степени однородности гомогенизируемой смеси и сложность применения способа в условиях запыленности и в случае близких оптических плотностей различных компонентов.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ определения степени гомогенизации смесей по оптолептической информации об их поверхности, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси в аппарате смешения, сопровождающееся светодиодной подсветкой поверхности смеси белого цвета со стабилизированным источником питания, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цветовых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих и вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси (см. патент №2489705 от 10.08.2013). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением - дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающее подсветкой поверхности смеси; обработка полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей; вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси.

Недостатком известного способа, принятого за прототип, является низкая точность контроля степени однородности сыпучих веществ вследствие того, что они могут находиться в состоянии подвижности, пылеобразования или иметь неровную поверхность. Это приводит к сложности, а иногда и невозможности получения четкой оптолептической информации.

Задачей изобретения является повышение точности контроля степени однородности гетерогенной композиции, возможность его применения в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси и автоматизация процесса определения качества гомогенизации.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, включающем дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси, согласно изобретению перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген и вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Признаки предлагаемого способа, отличные от прототипа, - перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген; вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Введение люмогена перед гомогенизацией в гетерогенную смесь позволит уменьшить влияние оптических шумов, которые могут определяться как поверхность с большой энтропией оптолептической информацией. При добавлении люмогена определяют степень гомогенизации смеси только по распределению люмогена на поверхности смеси, что исключает уровень зашумленности, создаваемый неровностью поверхности, пылеобразованием или подвижностью смеси.

В связи с зашумленностью образца во всех цветовых слоях использование энтропии всей оптолептической информации не приводит к требуемому результату. Вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально, и по ее значению судят о степени гомогенизации смеси, что позволит повысить точность контроля степени однородности гетерогенной композиции и применить его в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси. Например, при использовании зеленого люмогена для определения степени однородности смеси применяется энтропия только G-слоя.

Способ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-4.

На фиг.1 представлены изображения поверхности смеси состава №1 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения.

На фиг.2 приведена зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №1 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения.

На фиг.3 представлены изображения поверхности смеси состава №2 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения.

На фиг.4 приведена зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №2 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения.

Возможность осуществления способа подтверждается следующим примером.

Для натурного эксперимента были использованы две сухие гетерогенные композиции, применяемые для тампонажа в нефтяной промышленности (тампонажные смеси).

Перед гомогенизацией в гетерогенные композиции был введен люмоген.

С помощью светосканирующего устройства дистанционно снимался образ поверхности смеси в растрово-цифровой форме. Для этого аппарат смешения снабжался подсветкой. Полученную информацию передавали на устройство обработки оптолептической информации, в качестве которого использовали ПЭВМ.

Для автоматического определения степени однородности смеси поверхность образца представляется в виде образа, снятого со светочувствительной матрицы:

где O_i,j - отклик элемента светочувствительной матрицы; i, j - номер элемента соответственно в строке и столбце матрицы; n, m - количество элементов светочувствительной матрицы по высоте и ширине соответственно; l - количество уровней сигнала, передаваемого каждой ячейкой матрицы; k - номер цветовой составляющей.

Степень однородности определяется по энтропии оптолептической информации в битах:

где p_i - вероятность появления i-го уровня цветовой информации.

Изображение поверхности композиций снималось при различных стадиях гомогенизации, которые определялись тактами работы мешалки. Принималось, что 1 такт = 10 оборотам мешалки лабораторного смесителя.

Экспериментально установлено, что для данных композиций целесообразно было использовать только G-слой, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Изображения поверхности смеси состава №1 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения, представлены на фиг.1.

Зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №1 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения приведена на фиг.2.

Значения энтропии G-слоя от степени гомогенизации, выраженной в тактах смешения, для композиции №1 приведены в таблице 1.

Таблица 1
Кол-во тактов	1	2	3
Значние энтропии G-слоя	6.5052	6.2177	6.0261

Изображения поверхности смеси состава №2 на различных стадиях гомогенизации, выраженной в тактах смешения, представлены на фиг.3.

Зависимость энтропии оптолептической информации гетерогенного сухого состава №2 с добавлением люмогена от степени гомогенизации на различных тактах смешения приведена на фиг.4.

Значения энтропии G-слоя от степени гомогенизации, выраженной в тактах смешения, для композиции №2 приведены в таблице 2.

Таблица 2
Кол-во тактов	1	2	3
Значние энтропии G-слоя	7.227	5.271	5.109

В ходе эксперимента вычислялась энтропия всей оптолептической информации и энтропия оптолептической информации каждого оптолептического слоя. Для определения степени гомогенизации учитывали энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально, и по ее значению судили о степени гомогенизации смеси. Экспериментально установлено, что в сравнении с прототипом предлагаемый способ обладает большей точностью.

Преимущество предложенного способа состоит в том, что он позволяет автоматизировать процесс определения качества гомогенизации, повысить точность контроля степени однородности гетерогенной композиции и применять его в условиях запыленности, неровной поверхности или подвижности смеси.

Способ определения качества гомогенизации гетерогенных смесей, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси, отличающийся тем, что перед гомогенизацией в гетерогенную смесь вводят люмоген и вычисляют энтропию только того оптолептического слоя, в котором спектр излучения люмогена представлен максимально.

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предварительной оценки обогатимости руд твердых полезных ископаемых и определения параметров их селекции.

Датчик с переменной длиной пути // 2532585

Изобретение относится к датчикам с переменной длиной пути для оптического анализа материала на месте. Предоставляется датчик, имеющий головку датчика, в которой образовано отверстие для приема образца, подлежащего анализу.

Способ определения прозрачности плоских светопропускающих запечатываемых материалов // 2525662

Изобретение относится к способам контроля параметров печатной бумаги. Способ определения прозрачности плоских светопропускающих запечатываемых материалов основан на регистрации относительных световых потоков, отраженных образцом бумаги, который сначала размещают на черной подложке, затем на плоском металлическом зеркале, и последующем расчете показателей прозрачности бумаги.

Устройство (варианты), способ измерения сыпучих продуктов и применение устройства для измерения сыпучих материалов // 2522127

Изобретение относится к устройству и к способу для экономичного inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии, в частности, для экономичного inline-измерения методом ближней инфракрасной спектроскопии ингредиентов, качественных параметров или в целом свойств зерен злаков и проч., а также их составляющих в потоках продукта (3) в мукомольных производствах или на комбикормовых заводах.

Система и способ охарактеризовывания размолотого материала в размольной установке // 2510502

Группа изобретений относится к системе и к способу охарактеризовывания частиц в потоке продуктов помола зерна в установке для его помола, где охарактеризовывание включает в себя охарактеризовывание частиц зерна по размеру.

Способ и устройство измерения фоновой мутности жидкости // 2504755

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения параметров взвеси в жидкости. Способ определения фоновой мутности заключается в выделении частицы заданных размеров, с помощью фильтра, для чего применяют гравитационное разделение частиц взвеси в ламинарном потоке жидкости с заданной стабилизированной скоростью ее движения.

Система и способ онлайнового анализа и сортировки свойств свертывания молока // 2497110

Изобретение относится к анализу свойств свертывания молока и заключается в способе сортировки молока в режиме онлайн на основании прогнозируемых свойств коагуляции.

Способ определения качества смеси компонентов, различающихся по цвету // 2495398

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к переработке сыпучих материалов, в том числе содержащих наноструктурированные компоненты, и может быть применено в химической, строительной, пищевой, фармацевтической, радиоэлектронной и других отраслях промышленности.

Способ и устройство для анализа и разделения зерна // 2492453

Способ определения степени гомогенизации гетерогенных смесей по оптолептической информации об их поверхности // 2489705

Изобретение относится к технологии производства многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в лакокрасочной, фармацевтической промышленности при анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов.

Гибкий контейнер для образца // 2557603

Группа изобретений относится к системе для удержания образца текучего вещества при проведении измерения и способу подачи образца текучего вещества в оптический сканирующий аппарат. Система содержит прозрачную гибкую трубку для удержания образца текучего вещества, держатель трубки для удержания трубки, первый и второй расплющивающие элементы. При этом первый и второй расплющивающие элементы можно перемещать относительно друг друга, тем самым изменяя первое состояние прозрачной гибкой трубки на второе состояние, где по меньшей мере первый размер в поперечном сечении трубки меньше во втором состоянии, чем в первом состоянии. Система дополнительно содержит оптический сканирующий аппарат, содержащий устройство регистрации изображений для получения изображений образца текучего вещества, содержащегося в гибкой трубке. Заявленная группа изобретений позволяет обеспечить более простой и качественный анализ образца текучего вещества. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ разделения минерального сырья оптическим методом // 2560744

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам разделения минерального сырья оптическим методом. Согласно способу получают цифровое RGB-изображение объекта и преобразуют его в пространство HLS. Как минимум для одного из каналов пространства HLS находят соотношение количества элементов, попадающих в заданный диапазон по цветовой координате, к общему количеству элементов в канале, относящихся к объекту. Минеральное сырье разделяют сравнением полученного соотношения с заданным критерием. При этом дополнительно осуществляют преобразование HLS-изображений в область пространственных частот и производят разделение минерального сырья на основании сравнения полученных спектров мощности со спектрами мощности эталонных объектов. Технический результат - повышение эффективности сортировки минерального сырья. 4 ил.

Способ определения степени гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей // 2564455

Изобретение относится к технологии производства многокомпонентных гетерогенных смесей и может быть использовано в химической, фармацевтической, лакокрасочной и других отраслях промышленности при получении и анализе степени однородности как готовой многокомпонентной гетерогенной композиции, так и ее полуфабрикатов. Способ включает дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси поочередно источниками света с разной длиной волны, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей и вычисление энтропии оптолептической информации. О степени гомогенизации смеси судят по энтропии оптолептической информации, полученной при подсветке источником света с таким спектром излучения, при котором изменение энтропии оптолептической информации будет выражено максимально. Изобретение обеспечивает повышение точности контроля степени однородности гомогенизируемой гетерогенной композиции. 1 табл.

Способ определения коэффициента неоднородности смеси сыпучих материалов // 2607400

Изобретение относится к области лабораторных исследований процессов смешения различных сыпучих материалов в химической промышленности, в промышленном производстве строительных материалов и в других отраслях промышленности. Определяют коэффициент неоднородности полидисперсной смеси сыпучих материалов в смесителе барабанного типа. Производят деление смеси сыпучего материала в смесителе поперечными сечениями на равные по толщине участки отбора проб. Устанавливают съемные пластины на границе каждого участка. Отбирают пробы равных объемов смеси из идентичных точек каждого выделенного участка по всей его толщине с помощью пробоотборников. Пробоотборники состоят из капсул с подвижными поршнями и вставлены в отверстия в съемном пробоотборном диске. Коэффициент неоднородности смеси вычисляют для каждой точки отбора, в среднем по каждому сечению и в среднем по смесителю в целом, по формуле: ,где - среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента в пробах, %; ci - значение концентрации ключевого компонента в i-й пробе, %; n - число проанализированных проб. Обеспечивается увеличение точности определения коэффициента неоднородности смеси. 6 ил.

Способ визиометрического анализа качества потока руды и устройство для его осуществления // 2620024

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройствам и способам для визиометрического анализа качества руды в процессах обогащения полезных ископаемых. Способ визиометрического анализа качества потока руды включает освещение анализируемого участка руды в двух режимах и фиксацию изображений. При проведении визиометрического анализа минерального состава руды исследуемый участок руды освещают рассеянным световым потоком, частично сфокусированным на анализируемом участке. При осуществлении анализа крупности кусков руды анализируемый участок освещают близким к плоскопараллельному световым потоком, направленным к плоскости анализируемого участка руды под углом 40-50°. Устройство для визиометрического анализа качества потока руды включает корпус, закрепленные в нем источник освещения, основной и дополнительный отражатели и цифровую видеокамеру. Переключение между режимами измерения осуществляется с помощью контроллера. Технический результат изобретения заключается в повышении точности анализа минерального состава и параметров крупности руды. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.

Способ исследования осаждения сферического облака твердых частиц в жидкости // 2620761

Изобретение относится к области исследований закономерностей движения совокупности твердых частиц в жидкой среде при их гравитационном осаждении. При реализации способа исследования осаждения сферического облака твердых частиц указанные частицы предварительно вводят в сферический контейнер, выполненный в виде двух вложенных друг в друга перфорированных полусферических оболочек с возможностью вращения одной из них вокруг оси симметрии. Контейнер с направленной вниз подвижной оболочкой помещают в кювету с жидкостью и перемешивают частицы с жидкостью в контейнере путем воздействия ультразвуковых колебаний, генерируемых пьезоэлектрическими преобразователями в виде поляризованных по толщине полых пьезокерамических полусфер, закрепленных на внутренних стенках контейнера через звукопоглощающие прокладки. Поворотом подвижной оболочки на 180 градусов открывают контейнер с возможностью введения сферического облака частиц в кювету с жидкостью. Форму и скорость осаждения облака частиц определяют визуализацией процесса видеосъемкой через прозрачные стенки кюветы. Начальную концентрацию частиц в облаке и время открытия контейнера определяют по алгебраическим формулам, включающим физические характеристики частиц и жидкости. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения основных характеристик и динамики осаждения совокупности частиц. 2 ил.

Способ и устройство для обработки собранных корнеплодных культур // 2621485

Изобретение относится к способу обработки собранных корнеплодных культур. Способ включает в себя этапы, на которых оптически формируют гиперспектральные или многоспектральные изображения объемного потока собранной корнеплодной культуры для получения множества пикселей изображений, каждый из которых имеет спектральный профиль. Анализируют пиксели изображений для идентификации дискретных объектов в объемном потоке. Каждый идентифицируемый объект относят к категории либо приемлемые корнеплодные культуры, либо неприемлемые корнеплодные культуры, посредством того, что генерируют статистический профиль, связанный с объектом, на основании спектрального профиля пикселей, сгруппированных в пределах объекта. Объекты, отнесенные к категории неприемлемые, удаляют из объемного потока, чтобы обеспечить отсортированный поток собранной корнеплодной культуры. Технический результат заключается в обработке большого объема корнеплодной культуры с возможностью сортировки инородного материала от покрытой грязью корнеплодной культуры с минимальным повреждением самой культуры. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

Способ оценки качества шунгитового сырья // 2629652

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и касается способа оценки качества шунгитового сырья. Способ заключается в том, что формируют цветное изображение образца шунгитового сырья с получением трех двумерных массивов целых чисел в цветовом пространстве RGB, каждый из которых содержит информацию о пространственном распределении в изображении одного из трех цветов - красного, зеленого и синего. Затем осуществляют цветокоррекцию каждого из трех RGB массивов, преобразуют RGB массивы в цветовое пространство HLS и строят гистограмму L цветового пространства HLS. По параметрам полученной гистограммы L цветового пространства HLS определяют параметры качества шунгитового сырья. Технический результат заключается в ускорении процесса оценки. 4 ил.

Люминесцентный способ определения количественного содержания неоднородно распределенной дополнительной кристаллической фазы в сильнорассеивающих дисперсных двухфазных средах с примесными ионами-люминогенами // 2629703

Изобретение относится к люминесцентным методам определения структуры вещества и может быть использовано для количественного определения содержания неоднородно распределенной дополнительной кристаллической фазы в сильнорассеивающих дисперсных веществах с примесными ионами-люминогенами, таких как нанопорошки, спрессованные нанопорошки (компакты) и т.д., использующихся для производства различных лазерных сред, люминофоров, сцинтилляторов. Способ определения количественного содержания дополнительной кристаллической фазы в двухфазном веществе с примесными ионами-люминогенами, включающий в себя регистрацию спектров люминесценции, построение гиперболической градуировочной кривой, отражающей зависимость содержания дополнительной фазы в эталонных образцах с ее известным содержанием от люминесцентного аналитического параметра, и последующее использование этой кривой для определения неизвестного содержания дополнительной фазы в исследуемом образце подобного фазового состава, как и в эталонных образцах, подстановкой измеренного для него люминесцентного аналитического параметра в градуировочную кривую, при этом для определения фазового состава сильнорассеивающей дисперсной среды с неоднородно распределенными по объему фазами, для которой выполняется условие рассеяния Рэлея, используют люминесцентный аналитический параметр, рассчитанный по формуле где λ - длина волны люминесценции,I(λ)reg - регистрируемый спектр люминесценции,(D1-D2) и (L1-L2)- диапазоны спектра,причем диапазоны (D1-D2) и (L1-L2) выбираются таким образом, чтобы хотя бы один из них включал полосы люминесценции иона-люминогена, расположенного в позициях как одной, так и другой кристаллической фазы. Техническим результатом является учет рассеяния люминесценции на частицах сильнорассеивающих неоднородных сред и неоднородности распределения фаз по объему среды, что дает снижение существенной ошибки при определении содержания количества фазы. 2 ил.

Мультифазный поточный влагомер // 2632275

Мультифазный поточный влагомер относится к области измерительной техники и может быть использован для определения количества воды, содержащейся во взаимно несмешивающихся с ней нефтепродуктах и свободном нефтяном или природном газах. Влагомер содержит корпус, измерительное устройство, средство обработки сигнала измерительного устройства и средства представления результатов измерений. Измерительное устройство выполнено в виде n-числа проточных ячеек, размещенных по периметру коммутирующего устройства, расположенного в центральной части корпуса. Проточные ячейки включают в себя излучающие и приемные матрицы, выполненные с возможностью излучения и приема электромагнитных волн инфракрасного спектра излучения, высокочастотного и ультразвукового излучения. Средство обработки сигналов измерительного устройства выполнено с возможностью приема, обработки, управления и передачи средствам представления результатов измерений всех видов сигналов, поступающих с приемных матриц. Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного устройства, заключается в создании мультифазного поточного влагомера, работающего в диапазоне обводненности от 0 до 100% и позволяющего определять объемное содержание компонентов в негомогенных смесях типа нефтепродукты-вода-газ. 3 ил.