SprayScope – инновационный анализатор спреев и частиц
SprayScope — инновационный анализатор спреев, предназначенный для высокоточного исследования аэрозольных частиц в реальном времени. Он обеспечивает комплексный анализ частиц в потоке и измерение размера частиц, их скорости, прозрачности и доли твёрдого вещества для каждой отдельной капли или частицы.
Прибор работает на основе запатентованной технологии TSTOF (Time Shift Two Phase Optical Flow), позволяющей отслеживать частицы как в лабораторных условиях, так и непосредственно на производственной линии. SprayScope помогает осуществлять контроль распыления жидкости, предоставляя данные для оптимизации процессов распыления и повышения качества продукции.
Принцип работы TSTOF
Технология TSTOF основана на оптическом измерении параметров рассеянного света от частицы, движущейся в потоке. При прохождении частицы через зону некогерентного лазерного излучения, фиксируются изменения рассеянного сигнала с помощью сверхбыстрого фотоумножителя. Учитывается как интенсивность, так и её изменение во времени.
По характеру сигнала определяются размер, скорость, прозрачность и доля твёрдого вещества в частицах. Благодаря использованию нескольких источников света, фотодетекторов и алгоритмов ИИ, прибор обеспечивает высокую точность анализа даже в сложных потоках.
Конструкция и модификации
Устройство состоит из измерительной головки, электронно-оптического модуля, блока обработки сигналов и предустановленного программного обеспечения на ПК. SprayScope готов к работе сразу после распаковки — не требует дополнительной калибровки.
- Terminus — базовая лабораторная модель
- Kalgan — расширенная версия для сложных задач
- Trantor — промышленная модель с максимальной производительностью
Диапазоны измерений
Минимальный размер анализируемых частиц: от 1 мкм (зависит от модели). SprayScope измеряет скорость в диапазоне от 1 до 250 м/с, охватывая как медленные, так и высокоскоростные потоки. Прибор подходит для частиц, размер которых превышает предел Рэлея.
Преимущества SprayScope
- ✔ Анализ каждой частицы индивидуально, без усреднений
- ✔ Измерение расширенных параметров: размер, скорость, прозрачность, содержание твёрдой фазы
- ✔ Режим реального времени — непрерывный мониторинг потоков
- ✔ Готовность к работе из коробки, без сложной настройки
- ✔ Гибкость конфигураций и доступная цена по сравнению с аналогами
Области применения
- ✔ Покрытия и краски: контроль распыления при нанесении ЛКМ и технических жидкостей
- ✔ Фармацевтика: анализ и оптимизация назальных спреев и ингаляторов
- ✔ Сельское хозяйство: настройка оросительных и опрыскивательных систем
- ✔ Наука: лабораторные исследования аэрозолей, наночастиц, капель
- ✔ Промышленность: любые задачи, где важен анализ частиц в потоке
Модельный ряд:
|
Модель: |
Terminus |
Kalgan |
Trantor |
|---|---|---|---|
|
Область применения: |
Направленные и турбулентные потоки |
Измерение частиц в направленных потоках воды |
Анализ сложных частиц и турбулентных потоков |
|
Количество излучателей: |
1 |
1 |
≥2 |
|
Количество детекторов: |
1 |
≥2 |
≥4 |
|
Тип измерений: |
Относительный, алгоритмический и на базе искусственного интеллекта |
Абсолютный и на базе искусственного интеллекта |
Абсолютный и алгоритмический |
|
Анализируемые частицы: |
Прозрачные и непрозрачные составы. Твердые частицы и эмульсии. |
Вода |
Прозрачные и непрозрачные составы. Твердые частицы и эмульсии. |
|
Диапазон измерения скоростей: |
1-100 м/с |
1-70 м/с |
1-250 м/с |
|
Диапазон измеряемых размеров: |
1-1000 мкм |
5-250 мкм |
1-1000 мкм |
|
Интерфейс: |
Ethernet, USB, опционально: аналоговый выход 4-20мА |
||
|
ПО: |
ПО в комплекте. ПО разработано на базе С/С++ |
||
|
Питание: |
От сети 220В/50Гц |
||
Видео:
|
|
|
|
Анализ аэрозолей в лабораторных условиях |
Анализ аэрозолей в промышленных условиях |
Сравнение метода TSTOF с традиционной лазерной дифракцией:
|
|
Метод лазерной дифракции |
Метод TSTOF |
|---|---|---|
|
Особенности сбора информации обо образце |
Интегративный метод
Априори подразумевается, что все частицы в объеме образца одинаковые. Свойства индивидуальных частиц усредняются и получается некая средняя, интегральная величина, характеризующая образец.
|
Счетный метод
Свойства каждой индивидуальной частицы анализируются отдельно. Каждая отдельная частица подсчитывается и классифицируется. Распределения вычисляются на основе подсчета индивидуальных частиц, а не путем тотального усреднения.
|
|
Особенности вычислений |
Косвенное измерение путем математической оценки дифракционного изображения на основе идеализированных моделей
|
Четкая временная связь между сигналом и измеряемыми переменными, анализ каждой индивидуальной частицы
|
|
Диапазон измеряемых размеров: |
0,01μм-1000μм (3000μм)
|
1μм-1000μм
|
|
Диапазон измеряемых скоростей частиц: |
- |
1 м/с-125 м/с
|
|
Импульс частиц: |
- |
Рассчитывается на основе информации о скорости и размере индивидуальной частицы
|
|
Расход: |
- |
Рассчитывается на основе информации о скорости и размере индивидуальной частицы
|
|
Концентрация примесей в каплях:
|
- |
Особенности спектра светорассеяния напрямую коррелируют с наличие примесей, их химическим составом и концентрацией. С помощью TSTOF можно легко определить, например, наличие твердых примесей в каплях аэрозоля и их концентрацию. |
|
Особенности детектирования рассеянного света: |
Используется только прямое светорассеяние |
Можно использовать как прямое, так и обратное светорассеяние |
|
Преимущества: |
Более широкий диапазон измерения размеров частиц.
Давно используемая техника анализа, широко известная и включенная во всевозможные стандарты, в т.ч. в фармацевтике.
Может анализировать в т.ч. статические объекты. |
Данные метод появился относительно недавно, чему послужило развитие лазерной технологии и высокопродуктивной компьютерной техники.
В настоящее время известен преимущественно на крупных промышленных предприятиях, где все параметры аэрозолей строго контролируются.
Позволяет анализировать свойства аэрозолей с разрешением до индивидуальных частиц.
Позволяет учитывать также скорость частиц, импульс и общий расход. |
|
Недостатки: |
Интегративный метод, выдающий усредненную картину и нечувствительный к любого рода выбросам и аномалиям (чтобы их как-то учесть нужна очень большая статистическая выборка результатов, обычно такие отклонения остаются за кадром).
Не учитывает различия в природе и свойствах частиц.
Непрямое измерение, а аппроксимация дифракционной картины на основе идеальных математических моделей.
Использование только прямого светорассеяния создает трудности с интеграцией таких систем в производственные процессы. |
Не такой широкий диапазон анализируемых размеров как у лазерной дифракции.
Появился недавно и пока не был включен в фармацевтические, медицинские и другие стандарты. Используется преимущественно учеными и на крупных промышленных предприятиях для внутреннего контроля.
Не может анализировать статичные объекты. Частицы должны обязательно двигаться, чтобы измерение стало возможным. |
Скачать детальное сравнение методов
Краткий список литературы:
- Spray measurements with the time-shift technique/ Walter Schaefer et al. 2021 Meas. Sci. Technol. 32 105202
- Geometric optics applied to drops passing through a focused Gaussian beam/ Lingxi Li and Cameron Tropea. Applied Optics Vol. 60, Issue 5, pp. 1336-1340 (2021)
- Simulation of light scattering from a colloidal droplet using a polarized Monte Carlo method: application to the time-shift technique / Lingxi Li et al. Optics Express Vol. 27, Issue 25, pp. 36388-36404 (2019)
- Light scattering from a drop with an embedded particle and its exploitation in the time-shift technique / Lingxi Li et al. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer Vol. 227, April 2019, Pages 20-31
- Analysis of pneumatic atomizer spray profiles / Walter Schaefer et al. Particuology, Volume 29, December 2016, Pages 80-85
- Time-shift technique for simultaneous measurement of size, velocity, and relative refractive index of transparent droplets or particles in a flow / Walter Schäfer and Cameron Tropea. Applied Optics Vol. 53, Issue 4, pp. 588-597 (2014)