RU2085913C1

RU2085913C1 - Mechanical emission recorder

Info

Publication number: RU2085913C1
Application number: RU94040091A
Authority: RU
Inventors: Валерий Эммануилович Орел; Юрий Игнатьевич Мельник; Игорь Николаевич Кадюк; Юрий Мирославович Коростыль
Original assignee: Валерий Эммануилович Орел; Юрий Игнатьевич Мельник; Игорь Николаевич Кадюк; Юрий Мирославович Коростыль
Priority date: 1994-10-24
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1997-07-27
Also published as: RU94040091A

Abstract

FIELD: technical physics. SUBSTANCE: device has chamber in which frame with sample are located, electret probe which is rotated by electric motor, unit which presses frame against probe, and unit which clears and washes electret probe. In addition device has system which supplies stabilizing agent in chamber, amplifier, analog-to-digital converter, unit which transports frame with sample into chamber, receiver which detects mechanical emission. Receiver is designed as antenna which is located in close proximity to conforms to condition region of sample to electret probe. In addition device has amplifier polarizer and antenna amplifier which input is connected to receiving antenna and output of antenna polarizer. Its output is connected to analog input of analog-to-digital converter. In addition device has memory unit, unit for control and information processing, information display and control board, which inputs and outputs are connected to first control outputs and inputs of unit for control and information processing. Its control outputs are connected to inputs of antenna polarizer. Second control outputs and inputs of unit for control and information processing are connected to corresponding inputs and outputs of unit which presses frame with sample against electret probe. Its third control outputs and inputs are connected to inputs and outputs of unit which transports frame with sample in chamber. Fourth control outputs and inputs are connected to control inputs and outputs of digital-to- analog converter, which information outputs are connected to information inputs of memory unit which control inputs and outputs are connected to corresponding control fifth inputs and outputs of unit for control and information processing. Information outputs of memory unit are connected to information inputs of information display, which control inputs and outputs are connected to corresponding sixth inputs and outputs of unit for control and information processing. EFFECT: identification of materials. 4 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, а именно к области механохимии и может быть использовано для идентификации различных веществ. Известно устройство для регистрации механоэмиссии, содержащее камеру, в которой установлены исследуемый объект, зонд, фотометр и кондиционер (Сверхслабые свечения в биологии. Под ред. Журавлева А.И. М. 1972, с. 231-233). The invention relates to technical physics, namely to the field of mechanochemistry and can be used to identify various substances. A device is known for recording mechanical emission, containing a camera in which the studied object, probe, photometer and air conditioner are installed (Ultra-weak glows in biology. Edited by A. Zhuravlev 1972, p. 231-233).

Однако известное устройство не обеспечивает высокой точности измерений из-за того, что возбуждение механоэмиссии в оптическом диапазоне - триболюминесценции, осуществляют возбуждающим зондом при нефиксированных механических напряжениях. Кроме того, это устройство имеет сравнительно большие габариты, так как из-за невысокой величины полезного сигнала в качестве датчика фотометра используется охлажденный фотоэлектронный умножитель с высоковольтным источником питания. However, the known device does not provide high accuracy of measurements due to the fact that the excitation of mechanical emission in the optical range - triboluminescence, is carried out by an excitation probe at unfixed mechanical stresses. In addition, this device has a relatively large size, since due to the low value of the useful signal, a cooled photoelectronic multiplier with a high-voltage power source is used as a photometer sensor.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству и являющемуся по существу прототипом, является устройство для регистрации механоэмиссии, содержащее камеру с вращающимся при помощи электродвигателя электретным зондом, в которой размещены рамка с исследуемым объектом, электретный зонд, вращающийся при помощи электродвигателя, узел прижима рамки к зонду и узел очистки электретного зонда, а также содержащее систему подачи стабилизирующего в камере среду газа, состоящую из баллона, магистрали и газового редуктора, узел подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, усилитель, блок выдачи результатов, блок управления и обработки информации, в который в свою очередь входит преобразователь аналого-цифровой. Для приема механоэмиссионного излучения в камере размещен фотоприемник фотоэлектронный умножитель (Орел В.Э. и др. Экспресс-анализатор перекисного окисления крови "Триболюминометр ТРА-2". Медицинская техника, N4, 1989, с. 34-37) (прототип). The closest technical solution to the proposed device and which is essentially a prototype is a device for recording mechanical emission, comprising a chamber with an electret probe rotating by means of an electric motor, in which a frame with an object to be studied is placed, an electret probe rotating by an electric motor, and a frame clamp unit the probe and the cleaning unit of the electret probe, as well as containing a system for supplying a gas stabilizing medium in the chamber, consisting of a cylinder, line and gas reducer, supplying the frame with the object under investigation into the chamber, the amplifier output unit results, the control and data processing unit, which in turn includes analog-to-digital converter. For receiving mechanical emission radiation, a photodetector multiplier is placed in the camera (Orel V.E. et al. Express analyzer of blood peroxidation "Triboluminometer TRA-2". Medical equipment, N4, 1989, p. 34-37) (prototype).

Однако данное устройство не обеспечивает высокой точности измерения сигналов механоэмиссии ввиду того, что измерение электромагнитного излучения в оптическом диапазоне триболюминесценции, осуществляют не прямо с исследуемого образца, а опосредствованно через измерительный электретный зонд, в результате чего на параметры триболюминесценции оказывают влияние поверхностные механоэмиссионные эффекты электретного зонда, являющиеся источником случайных ошибок в результатах измерений. Кроме того, это устройство имеет достаточно сложную конструкцию и большие габариты, т.к. из-за сравнительно невысокой величины полезного сигнала триболюминесценции используется фотоэлектронный умножитель с высоковольтным источником питания. However, this device does not provide high accuracy for measuring mechanical emission signals due to the fact that the measurement of electromagnetic radiation in the optical range of triboluminescence is carried out not directly from the test sample, but indirectly through a measuring electret probe, as a result of which the surface mechanoemission effects of the electret probe influence the triboluminescence, being a source of random errors in the measurement results. In addition, this device has a rather complicated design and large dimensions, as due to the relatively low value of the useful triboluminescence signal, a photoelectronic multiplier with a high-voltage power source is used.

Задачей изобретения является повышение точности измерений и расширение диапазона измерений, а также упрощение конструкции камеры. The objective of the invention is to increase the accuracy of measurements and expand the measuring range, as well as simplifying the design of the camera.

В предлагаемом устройстве задача решается за счет того, что в отличие от прототипа, содержащего камеру, в которой размещены рамка с исследуемым объектом, приемник механоэмиссионного излучения, электретный зонд, вращающийся при помощи электродвигателя, узел прижима рамки к зонду и узел очистки и смывки электретного зонда, систему подачи стабилизирующего в камере среду газа, узел подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, усилитель, преобразователь аналого-цифровой, блок выдачи результатов и блок управления и обработки информации, приемник для регистрации механоэмиссионного излучения выполнен в виде антенны, установленной в непосредственной близости от зоны контакта исследуемого объекта с электретным зондом, кроме того, в него введены антенный поляризатор, выход которого подключен к антенне и к входу антенного усилителя, выход которого соединен с аналоговым входом преобразователя аналого-цифрового, запоминающее устройство и пульт управления, входы и выходы которого соединены с первыми управляющими выходами и входами блока управления и обработки информации, а управляющие выходы с входами антенного поляризатора, вторые управляющие выходы и входы блока управления и обработки информации подключены к соответствующим входам и выходам узла прижима рамки с исследуемым объектом к электретному зонду, третьи управляющие выходы и входы соединены с соответствующими входами и выходами узла подачи в камеру рамки с исследуемым объектом, четвертые управляющие выходы и входы подключены к управляющим входам и выходам преобразователя аналого-цифрового, информационные выходы которого соединены с информационными входами запоминающего устройства, а управляющие входы и выходы которого подключены соответственно к пятым управляющим выходам и входам блока управления и обработки информации, информационные выходы запоминающего устройства соединены с информационными входами блока выдачи результатов, управляющие входы и выходы которого подключены к соответствующим шестым управляющим выходам и входам блока управления и обработки информации. In the proposed device, the problem is solved due to the fact that, in contrast to the prototype, which contains a camera with a frame with the object under study, a mechanical emission detector, an electret probe rotating with an electric motor, a frame clamping unit against the probe, and an electret probe cleaning and washing unit , a system for supplying a gas stabilizing the medium in the chamber, a frame supply unit with the object to be studied into the chamber, an amplifier, an analog-to-digital converter, a unit for outputting results, and a control and information processing unit, The detector for detecting mechanical emission radiation is made in the form of an antenna mounted in the immediate vicinity of the contact area of the object under study with an electret probe, in addition, an antenna polarizer is introduced into it, the output of which is connected to the antenna and to the input of the antenna amplifier, the output of which is connected to the analogue input of the converter analog-digital, a storage device and a control panel, the inputs and outputs of which are connected to the first control outputs and inputs of the control unit and information processing, and the control the output outputs with the inputs of the antenna polarizer, the second control outputs and inputs of the control and information processing unit are connected to the corresponding inputs and outputs of the frame clamp unit with the object to be studied to the electret probe, the third control outputs and inputs are connected to the corresponding inputs and outputs of the frame unit with the studied object, the fourth control outputs and inputs are connected to the control inputs and outputs of the analog-to-digital converter, the information outputs of which are connected to the information and inputs of the storage device, and the control inputs and outputs of which are connected respectively to the fifth control outputs and inputs of the control and information processing unit, the information outputs of the storage device are connected to the information inputs of the output unit, the control inputs and outputs of which are connected to the corresponding sixth control outputs and inputs control unit and information processing.

Введение в устройство приемной антенны, антенного поляризатора, антенного усилителя, блоков управления и регистрации информации позволяют регистрировать электромагнитные колебания в радиодиапазоне. Причиной радиоизлучения является газоразрядный процесс в образующемся зазоре между отрываемыми поверхностями электретного зонда и исследуемого образца, где возникает своеобразный ускоритель. Благодаря существованию полей высокой напряженности, электрон, ускоряясь поляризованным полем, набирает достаточную скорость для ударной ионизации встречных молекул и образования лавин положительных и отрицательных ионов, т.е. газоразрядной микроплазмы. Движение частиц в плазме под влиянием статической или переменной поляризации является причиной возникновения колебаний различных радиочастот. Такая конструкция устройства регистрации механоэмиссии позволяет упростить конструкцию камеры, исключив из нее фотоэлектронный умножитель с высоковольтным источником питания, а также изъять из конструкции элементы защиты оптоэлектроного тракта от внешней засветки. Регистрируемая с помощью этого устройства информация также имеет лучшее соотношение сигнал/шум за счет увеличения величины полезного сигнала. The introduction of a receiving antenna, an antenna polarizer, an antenna amplifier, control units and recording information into the device allows you to register electromagnetic waves in the radio range. The cause of radio emission is a gas-discharge process in the resulting gap between the torn surfaces of the electret probe and the test sample, where a kind of accelerator arises. Due to the existence of high-intensity fields, an electron, accelerated by a polarized field, gains sufficient speed for impact ionization of counterpropagating molecules and the formation of avalanches of positive and negative ions, i.e. gas discharge microplasma. The movement of particles in a plasma under the influence of static or variable polarization is the cause of the oscillations of various radio frequencies. Such a design of a mechanical emission recording device makes it possible to simplify the design of the camera by eliminating the photoelectronic multiplier with a high-voltage power supply from it, as well as to remove elements of protection of the optoelectronic path from external exposure from the design. The information recorded with this device also has a better signal to noise ratio by increasing the value of the useful signal.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2-4 алгоритм его работы. In FIG. 1 presents a structural diagram of the proposed device; in FIG. 2-4 algorithm of its work.

Устройство для регистрации механоэмиссии содержит камеру 1, газовый редуктор 2, рамку 3 с исследуемым объектом, узел 4 прижима рамки к электретному зонду, электретный зонд 5, приемную антенну 6, узел 7 очистки и смывки электретного зонда, антенный усилитель 8, узел 9 подачи рамки с исследуемым объектом в камеру, преобразователь 10 аналого-цифровой, запоминающее устройство 11, блок 12 управления и обработки информации, блок 13 выдачи результатов, пульт 14 управления и антенный поляризатор 15. A device for recording mechanical emission comprises a chamber 1, a gas reducer 2, a frame 3 with an object to be studied, a node 4 for pressing the frame to the electret probe, an electret probe 5, a receiving antenna 6, a unit 7 for cleaning and washing the electret probe, an antenna amplifier 8, a frame supply unit 9 with the object being studied into a camera, an analog-to-digital converter 10, a storage device 11, an information processing and processing unit 12, a results output unit 13, a control panel 14 and an antenna polarizer 15.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

После включения питания устройство устанавливается в исходное состояние и выполняется подпрограмма подготовки устройства к работе. Режим работы устройства, время регистрации (время измерения спектрального состава механоэмиссии исследуемого объекта) и режим работы приемной антенны задаются на пульте 14 с помощью органов управления. Информация с пульта 14 поступает на блок 12 управления и обработки информации, а также на управляющие входы антенного поляризатора 15. Рамка 3 с исследуемым объектом устанавливается в исходное положение узла 9 подачи рамки в камеру. После нажатия оператором клавиши "Пуск" рамка 3 поступает в камеру 1, а с помощью узла 4 осуществляется прижим ее к поверхности электретного зонда 5. Как только рамка 3 прижата к поверхности электретного зонда 5, устройство переходит в режим регистрации спектрального состава механоэмиссии исследуемого объекта. Регистрация осуществляется в течение времени, задаваемого оператором с пульта 14 управления. При равномерном прижатии рамки 3 с исследуемым объектом к поверхности вращающегося электретного зонда 5 происходит поверхностная трибоэлектризация. В процессе трибоэлектризации генерируется электромагнитное излучение, которое улавливается приемной антенной 6 и усиливается с помощью антенного усилителя 8 до необходимой величины. С помощью антенного поляризатора 15 на приемной антенне устанавливается отрицательный или положительный потенциал необходимой величины. Усиленные сигналы с выхода антенного усилителя 8 поступают на аналоговый вход преобразователя 10, работой которого управляет блок 12 управления и обработки информации. Перед началом регистрации в блоке 12 осуществляется запуск таймера времени, а вместе с ним - запуск преобразователя 10. После запуска преобразователя 10 осуществляется процесс преобразования входной информации в цифровой двоичный код и, как только процесс преобразования окончен, преобразователь 10 выдает в блок 12 сигнал "конец преобразования" и блок 12 осуществляет запись с выхода преобразователя 10 в запоминающее устройство 11. После чего блоком 12 осуществляется анализ заданного времени регистрации и, если заданное время не равно 0, осуществляется следующий цикл запуска преобразователя 10 и записи информации в запоминающее устройство 11. Как только время регистрации равно 0, прекращается запуск преобразователя 10 и выполняется программа возврата рамки 3 с исследуемым объектом в исходное положение. В процессе возврата рамки 3 в исходное положение осуществляется очистка электретного зонда 5 с помощью узла очистки электретного зонда. По возвращению рамки 3 в исходное положение осуществляется передача записанной информации из запоминающего устройства 11 в блок 13 выдачи результатов. После выдачи сообщений о результатах механоэмиссии исследуемого объекта при нажатии клавиши "Обработка" блок 12 переходит к подпрограмме обработки информации, записанной в запоминающем устройстве 11. После завершения подпрограммы по обработке информации в блок 13 передается информация по результатам обработки. В случае необходимости хранения результатов регистрации и обработки информации оператор нажимает клавишу запись и эта информация записывается на гибкий магнитный диск для хранения или повторного исследования. After turning on the power, the device is initialized and the subroutine for preparing the device for operation is executed. The operating mode of the device, the recording time (the time of measuring the spectral composition of the mechanical emission of the studied object) and the operating mode of the receiving antenna are set on the remote control 14 using the controls. Information from the remote control 14 is fed to the information control and processing unit 12, as well as to the control inputs of the antenna polarizer 15. The frame 3 with the object under study is installed in the initial position of the frame supply unit 9 to the camera. After the operator presses the “Start” key, frame 3 enters the chamber 1, and using node 4, it is clamped to the surface of the electret probe 5. As soon as frame 3 is pressed against the surface of the electret probe 5, the device switches to recording the spectral composition of the mechanical emission of the object under study. Registration is carried out during the time specified by the operator from the control panel 14. When uniformly pressing the frame 3 with the test object to the surface of the rotating electret probe 5, surface triboelectrification takes place. In the process of triboelectrization, electromagnetic radiation is generated, which is captured by the receiving antenna 6 and amplified by the antenna amplifier 8 to the required value. Using the antenna polarizer 15 at the receiving antenna, a negative or positive potential of the required value is established. The amplified signals from the output of the antenna amplifier 8 are fed to the analog input of the converter 10, the operation of which is controlled by the information management and control unit 12. Before registration starts in block 12, the timer starts, and with it the converter 10 starts. After the converter 10 starts, the input information is converted to digital binary code and, as soon as the conversion process is completed, the converter 10 gives the end signal to block 12 transformations "and the block 12 records from the output of the converter 10 to the storage device 11. Then, the block 12 analyzes the set registration time and, if the set time is not 0, the next cycle of starting the converter 10 and recording information to the storage device 11. In the process of returning the frame 3 to its original position, the electret probe 5 is cleaned using the cleaning unit of the electret probe. Upon the return of the frame 3 to its original position, the recorded information is transferred from the storage device 11 to the block 13 for outputting the results. After issuing messages about the results of the mechanical emission of the test object by pressing the "Processing" key, block 12 proceeds to the information processing subroutine recorded in the memory 11. After the information processing subroutine is completed, information on the processing results is transmitted to block 13. If it is necessary to store the results of registration and information processing, the operator presses the record key and this information is recorded on a flexible magnetic disk for storage or re-examination.

Если на пульте 14 управления установлен режим "Ручной", то для последующего запуска устройства необходимо оператору нажать клавишу "Пуск", а если установлен режим "Автоматический", то устройство автоматически переходит к регистрации следующей рамки с исследуемым объектом. Устройство обеспечивает выдачу сообщений о некорректных действиях оператора, а также о сбоях в процессе подачи рамки 3 к поверхности вращающегося электретного зонда 5 и обратно в исходное положение. If the "Manual" mode is set on the control panel 14, then for the subsequent device startup, the operator must press the "Start" button, and if the "Automatic" mode is set, the device automatically proceeds to register the next frame with the object under study. The device provides the issuance of messages about incorrect actions by the operator, as well as about failures in the process of feeding the frame 3 to the surface of the rotating electret probe 5 and back to its original position.

Как показали проведенные испытания опытного образца устройства для регистрации механоэмиссии, оно по сравнению с существующими устройствами имеет следующие преимущества:
повышается универсальность применения устройства при анализе механоэмиссии в результате расширения диапазона регистрируемого излучения механоэмиссии;
увеличивается соотношение сигнал/шум, что повышает в итоге точность измерения механоэмиссии;
существенно уменьшаются габариты устройства в результате использования в качестве датчика приемной антенны.As shown by tests of a prototype device for recording mechanical emission, it has the following advantages compared to existing devices:
increases the versatility of the device in the analysis of mechanical emission as a result of expanding the range of the recorded radiation of mechanical emission;
the signal-to-noise ratio increases, which ultimately increases the accuracy of measuring mechanical emission;
the dimensions of the device are significantly reduced as a result of using a receiving antenna as a sensor.

Claims

A device for detecting mechanical emission, comprising a chamber in which the frame with the test object is placed, a mechanical emission detector, an electret probe rotating with an electric motor, a unit for pressing the frame to the probe and a unit for cleaning and washing off the electret probe, a gas supply system stabilizing the medium, the unit filing the frame with the test object in the camera, amplifier, analog-to-digital converter, a unit for outputting results and a control and information processing unit, characterized in that the receiver for recording and mechanical emission radiation is made in the form of an antenna mounted in the immediate vicinity of the contact area of the studied object with an electret probe, in addition, an antenna polarizer is introduced into it, the output of which is connected to the antenna and to the amplifier input, the output of which is connected to the analog input of the analog-to-digital converter , a storage device and a control panel, the inputs and outputs of which are connected to the first control outputs and inputs of the control and information processing unit, and the control outputs with antenna inputs polarizer, the second control outputs and inputs of the control and information processing unit are connected to the corresponding inputs and outputs of the frame clamp unit with the object being studied to the electret probe, the third control outputs and inputs are connected to the corresponding inputs and outputs of the frame unit with the studied object, the fourth control outputs and inputs are connected to control inputs and outputs of an analog-to-digital converter, the information outputs of which are connected to the information inputs of a storage device properties, and the control inputs and outputs of which are connected respectively to the fifth control outputs and inputs of the control and information processing unit, the information outputs of the storage device are connected to the information inputs of the output unit, the control inputs and outputs of which are connected respectively to the sixth outputs and inputs of the control and processing unit information.