Способ определения степени гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей

Способ определения степени гомогенизации многокомпонентных гетерогенных смесей

Реферат

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
OR	OG	OB	OR	OG	OB
		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
4	2,181989	6,002397	3,138937
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
4	2,233696	5,223413	5,333888
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
4	5,524722	5,894637	2,882559
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
4	2,177008	6,152072	2,790223
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
4	2,176142	4,98701	5,098736
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
4	5,602098	5,562055	5,872703
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.