Способ определения степени гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2564455:

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

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.

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

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. заявку №2002106464, кл. G01N 21/00, опубл. 20.11.2003 г.).

Недостатками известного способа являются сложность аппаратурного оформления и недостаточная чувствительность и точность определения степени гомогенности смеси вследствие сложности преобразования оптической плотности в электрический сигнал.

Известен способ определения времени смешивания сыпучих материалов, включающий использование компьютерной цветовой модели RGB для обработки сканированного изображения поверхности образцов смеси, отобранных из смесительного устройства через определенные промежутки времени смешения и сформованных в виде плоского цилиндра (см. патент РФ №2267117, кл. C01N 21/85, 2004 г.).

Недостатком известного способа является необходимость формирования пробы в виде плоского цилиндра (таблетки), что увеличивает время смешения материалов и тем самым исключает возможность оперативного контроля степени однородности смеси.

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 сканирование поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей RGB с разложением цвета каждой точки образа поверхности смеси на три составляющих. Сканирование поверхности смеси осуществляют в аппарате смешения дистанционно, при этом сканирование сопровождается светодиодной подсветкой белого цвета со стабилизированным источником питания. После обработки полученного изображения вычисляют энтропию оптелептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси (см. патент №2489705, кл. G01N 21/85, 2012 г.). Данный способ принят за прототип.

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, - дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся 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 гомогенизируемой гетерогенной композиции вследствие того, что при подсветке белого света изменение энтропии оптолептической информации представлено в узком диапазоне, поэтому на последних стадиях гомогенизации абсолютная разность энтропии может оказаться очень незначительной, что послужит причиной ошибочного заключения об однородности смеси.

Задачей изобретения является повышение точности контроля степени однородности гомогенизируемой гетерогенной композиции.

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, вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси, согласно изобретению подсветку поверхности смеси осуществляют поочередно источниками света с разной длиной волны, 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.

Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа, - подсветку поверхности смеси осуществляют поочередно источниками света, с различной длиной волны; 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.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволяют повысить точность контроля степени однородности гомогенизируемой гетерогенной композиции.

Для некоторых композиций в силу свойств отдельных их компонентов отражать и поглощать определенную длину волны чувствительность метода может быть разной, поэтому подсветку отдельных смесей целесообразно осуществлять определенной длиной волны. Так как заранее требуемая длина волны для той или иной смеси неизвестна, то целесообразно подсветку ее поверхности осуществлять поочередно источниками света с различной длиной волны.

При этом по полученной в ходе дистанционного сканирования оптолептической информации вычисляют энтропии оптолептических слоев и анализируют динамику ее изменения. После этого о степени гомогенизации смеси судят по энтропии оптолептической информации, полученной при источнике света с той длиной волны, при которой спектр излучения поверхности смеси представлен максимально, что свидетельствует о максимальном изменении энтропии оптолептической информации. Определение степени гомогенизации смеси по энтропии оптолептической информации, полученной при источнике света с той длиной волны, при которой спектр излучения поверхности смеси представлен максимально, обеспечивает повышение точности контроля.

Возможность осуществления способа подтверждается следующим примером.

Для натурного эксперимента были использованы три гетерогенные композиции, полученные на основе строительных растворов.

В процессе гомогенизации с помощью светосканирующего устройства дистанционно снимался образ поверхности смеси в растрово-паровой форме. Для этого аппарат смешения снабжался подсветкой различных цветов со стабилизированным источником питания, включаемой поочередно. Полученную информацию передавали на устройство обработки оптолептической информации.

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

В ходе экспериментов вычислялась энтропия оптолептической информации, полученной поочередно при светодиодной подсветке синего, зеленого и белого цветов.

Результаты эксперимента представлены в таблице.

В данной таблице представлены значения энтропии оптолептической информации, полученной при подсветке синего цвета (обозначен в таблице RB), зеленого цвета (обозначен в таблице RG) и белого цвета (обозначен в таблице RW) на каждом такте смешения. Абсолютная разность энтропии указывает на угол наклона экспоненциальной зависимости, которой выражается уменьшение энтропии оптолептической информации, т.е. чем больше значение этой разности, тем наибольшее приращение имеет функция энтропии на каждом такте смешения. Чем больше величина данного приращения, тем более точно можно определить изменение энтропии.

Таблица
№ образца	Цвет подсветки	№ стадии смещения	Энтропия оптолептического слоя	Абсолютная разность энтропий
O_R	O_G	O_B	O_R	O_G	O_B
		1	2,488152	6,757693	3,941962
	2	2,42963	6,586779	3,792413
	KB	3	2,338258	6,328916	3,594752	0,312313	0,875637	0,819927
	KB	4	2,181989	6,002397	3,138937	0,312313	0,875637	0,819927
	5	2,17584	5,882056	3,122035
		1	2,568387	6,575249	6,995661
2	2,486454	6,303299	6,451147
I	RG	3	2,320344	5,664937	5,761181	0,364565	1,542731	1,908155
	RG	4	2,233696	5,223413	5,333888	0,364565	1,542731	1,908155
	5	2,203822	5032518	5,087506
		1	7,052575	7,162965	3,9332
	2	6,517247	6,787628	3,898752
	RW	3	5,978749	6,240749	2,962906	1,820336	1,483234	1,209185
	RW	4	5,524722	5,894637	2,882559	1,820336	1,483234	1,209185
5	5,232239	5,679731	2,724015
		1	2,582751	7,409924	4,985084
	2	2,238673	6,566158	2,96789
	RR	3	2,195251	6,197681	2,841835	0,458099	1,540296	2,234191
	RR	4	2,177008	6,152072	2,790223	0,458099	1,540296	2,234191
	5	2,124652	5,869628	2,750893
		1	2,547227	6,53536	6,987255
2	2,38739	5,861625	5,871489
II	RG	3	2,191247	5,188213	5,360148	0,434751	1,870258	2,17547
	RG	4	2,176142	4,98701	5,098736	0,434751	1,870258	2,17547
	5	2,112476	4,665103	4,811784
		1	7,24701	7,10727	7,013743
	2	6,600755	6,174125	6,565388
	RW	3	5,688039	5,671806	6,015635	2,176073	1,700168	1,528401
	RW	4	5,602098	5,562055	5,872703	2,176073	1,700168	1,528401
5	5,070937	5,407101	5,485342
		1	2,577511	6,990663	4,184898
	RB	2	2,55258	6,549147	3,786448	0,030785	0,888398	0,41761
		3	2,546726	6,102264	3,767288
	1	2,770824	5,809533	6,579964
III	RG	2	2,661627	5,14431	5,9581	0,230023	0,686416	0,97819
		3	2,540801	5,123116	5,601774
		1	6,805829	6,71334	5,457454
	RW	9	6,303405	6,625882	5,771908	0,534702	0,460381	0,471372
	3	6,271127	6,252959	4,986082

Из данных таблицы следует, что в сравнении с прототипом (значения энтропии представлены в строке RW) предлагаемый способ обладает большей точностью. Об этом свидетельствует тот факт, что максимальная разность энтропий (выделена в таблице жирным шрифтом) наблюдается при подсветке I образца зеленым цветом, II - синим и III - зеленым. Таким образом, для всех трех образцов предлагаемый способ в сравнении с прототипом показал лучший результат.

Преимущество предложенного способа состоит в том, что он позволяет повысить точность контроля степени однородности гетерогенной композиции.

Способ определения степени гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей, включающий дистанционное сканирование поверхности смеси, сопровождающееся подсветкой поверхности смеси, обработку полученного изображения с помощью компьютерных цифровых моделей, вычисление энтропии оптолептической информации, по значению которой определяют степень однородности перемешиваемой гетерогенной смеси, отличающийся тем, что подсветку поверхности смеси осуществляют поочередно источниками света с разной длиной волны, 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 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.

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.

Способ определения качества гомогенизации гетерогенных смесей // 2544290

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.

Способ оценки степени обогатимости минерального сырья оптическим методом и устройство для его реализации // 2540489

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 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.

Оптический химический анализатор и датчик глубины жидкости // 2645899

Изобретение относится к области химического анализа. Оптический химический анализатор содержит: источник первой величины излучения, оптический модуль, сконфигурированный с возможностью направлять первую величину излучения так, что она падает на или проходит через цель в местоположении цели, и принимать вторую величину излучения комбинационного рассеяния от цели и направлять вторую величину излучения в модуль преобразования Фурье пространственной интерференции (SIFT). Модуль SIFT включает в себя первый и второй дисперсионный элемент и сконфигурирован так, что часть второй величины излучения принимается посредством первого дисперсионного элемента и интерферирует с частью второй величины излучения, принимаемой вторым дисперсионным элементом, чтобы формировать картину интерференции. Модуль SIFT дополнительно содержит детектор, сконфигурированный с возможностью захватывать изображение части картины интерференции и вырабатывать сигнал детектора на основе изображения; и процессор, принимающий сигнал детектора и выполняющий преобразование Фурье над сигналом детектора. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения жидкостных загрязняющих веществ внутри газопровода. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 14 ил.