RU2702847C1 - Method and device for active control of the profile of impregnation depth with organosilicon compounds of porous ceramic articles - Google Patents
Method and device for active control of the profile of impregnation depth with organosilicon compounds of porous ceramic articles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702847C1 RU2702847C1 RU2018122408A RU2018122408A RU2702847C1 RU 2702847 C1 RU2702847 C1 RU 2702847C1 RU 2018122408 A RU2018122408 A RU 2018122408A RU 2018122408 A RU2018122408 A RU 2018122408A RU 2702847 C1 RU2702847 C1 RU 2702847C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impregnation
- shell
- oligomer
- luminescence
- depth
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптических методов контроля, а более конкретно, к фотометрическим методам контроля параметров люминесценции, происходящей при настройке лазерного излучения на частоту квантового перехода в спектре исследуемого вещества.The invention relates to the field of optical control methods, and more specifically, to photometric methods for controlling the luminescence parameters that occur when the laser radiation is tuned to the frequency of the quantum transition in the spectrum of the test substance.
Известен способ контроля кинетических характеристик эпоксидиановых, циклоалифатических и кремнийорганических олигомеров в процессе их полимеризации использовались параметры индуцированной фотолюминесценции (В.Е. Поляков, А.И. Потапов. Лазеры на красителях. Учеб. пособие. - Спб: СЗПИ, 1993, - 130 с.). Для реализации способа, к макромолекуле олигомера предварительно химически подшивают молекулу органического красителя (активируют олигомер), добавляют отвердитель и осуществляют полимеризацию при выбранной температуре. При возбуждении активированных олигомеров в полосу поглощения красителей, спектр люминесценции несет информацию о молекулярной подвижности, фазовых и мезоморфных фазовых переходах, температуре стеклования и времени желатинизации в процессе полимеризации. Устройство для реализации способа содержит ртутную лампу, набор фильтров для выделения линий ртути, термокювету и самописец для регистрации интенсивности люминесценции.A known method of controlling the kinetic characteristics of epoxidian, cycloaliphatic and organosilicon oligomers in the process of their polymerization used the parameters of induced photoluminescence (V.E. Polyakov, A.I. Potapov. Dye lasers. Textbook. Textbook. - St. Petersburg: SZPI, 1993, 130 s .). To implement the method, an organic dye molecule is chemically preliminarily hemmed into an oligomer macromolecule (an oligomer is activated), a hardener is added and polymerization is carried out at a selected temperature. When activated oligomers are excited into the absorption band of dyes, the luminescence spectrum carries information on molecular mobility, phase and mesomorphic phase transitions, glass transition temperature and gelation time during polymerization. A device for implementing the method comprises a mercury lamp, a set of filters for separating mercury lines, a thermo cuvette, and a recorder for recording luminescence intensity.
Недостатки … В этом способе активация олигомера молекулами красителей происходит по всей толщине и в процессе полимеризации положение молекул красителей в контролируемом материале не изменяется и параметры люминесценции не несут информацию о глубине пропитки.Disadvantages ... In this method, the activation of the oligomer by dye molecules occurs throughout the thickness and during the polymerization, the position of the dye molecules in the controlled material does not change and the luminescence parameters do not carry information about the depth of impregnation.
Известен также способ исследования стеклования полимеров (Ануфреева Е.В., Волькенштейн М.В., Разговорова Т.В. / Стеклование полимеров и люминесценция. - Оптика и спектроскопия. 1959. т. 7. Вып. 4. с. 505-509). В способе контролировались фазовые переходы (вязко-текучее, упруго-эластическое и вязко-упругое состояния) путем регистрации интенсивности люминесценции в процессе полимеризации. Предварительно контролируемый олигомер окрашивали органическим красителем (без химической подшивки), добавляли отвердитель и фазовые переходы регистрировались по разрывам первого рода (изломам) в функциональной зависимости интенсивность люминесценции от времени полимеризации. Устройство для реализации способа традиционно содержало ртутную лампу для возбуждения люминесценции, а приемная часть установки -фотоумножитель и самописец.There is also a method of studying the glass transition of polymers (Anufreeva E.V., Volkenstein M.V., Razgovorova T.V. / Glass transition of polymers and luminescence. - Optics and spectroscopy. 1959. V. 7. Issue 4. pp. 505-509 ) In the method, phase transitions (viscous-fluid, elastic-elastic and visco-elastic states) were controlled by recording the luminescence intensity during the polymerization. The pre-controlled oligomer was stained with an organic dye (without chemical filing), a hardener was added, and phase transitions were recorded by first-order breaks (breaks) in a functional dependence of the luminescence intensity on the polymerization time. A device for implementing the method has traditionally contained a mercury lamp for exciting luminescence, and the receiving part of the installation is a photomultiplier and a recorder.
Недостатки … В процессе измерений молекулы окрашенного олигомера не перемещались в объеме контролируемого вещества, а изменение параметров люминесценции связано с изменением влияния (окружения) фазового состояния олигомера на параметры спонтанного излучения молекулы красителяDisadvantages ... During the measurements, the molecules of the colored oligomer did not move in the volume of the controlled substance, and the change in the luminescence parameters is associated with a change in the influence (environment) of the phase state of the oligomer on the parameters of the spontaneous emission of the dye molecule
Известен способ и устройство оценки температурного тушения люминесценции в активных средах твердотельных лазеров на красителях, направленный на оптимизацию параметров системы охлаждения (Поляков В.Е., Парахуда С.Е., Потапов А.И., лазерная техника и технология: Учебно-методическое пособие для выполнения лабораторных работ.- СПб.: СЗТУ, 2004. - 105 с.). В известном способе и устройстве активная лазерная среда в виде твердого полимерного раствора органического красителя размещалась в термокювете, температурный режим в которой регулировался задающим термостатом. Свет от ртутной лампы, проецируемый на исследуемую смесь, вызвал люминесценцию органического красителя в полимерном окружении, интенсивность которой регистрировалась при повышении температуры. В оптическую схему источника света входили наборы светофильтров и нейтральных фильтров, позволяющие из белого света ртутной лампы выделять линии ртути, а также регулировать интенсивность свечения каждой линии. Оптическая схема содержала также призму Франка-Риттера, позволяющая производить измерения как в естественно-поляризованном свете, так и в вертикально- или горизонтально-поляризованном свете. Свет люминесценции при помощи двухлинзового конденсатора проецировался в щель монохроматора, с выхода которого поступал на фотоумножитель, а схема регистрации содержала самописец и цифровой вольтметр.There is a method and device for assessing the temperature quenching of luminescence in active media of solid-state dye lasers, aimed at optimizing the parameters of the cooling system (Polyakov V.E., Parakhuda S.E., Potapov A.I., laser technique and technology: Training manual for laboratory work. - SPb .: SZTU, 2004. - 105 p.). In the known method and device, the active laser medium in the form of a solid polymer solution of an organic dye was placed in a thermo cell, the temperature regime in which was controlled by a master thermostat. The light from a mercury lamp projected onto the test mixture caused luminescence of an organic dye in a polymer environment, the intensity of which was recorded with increasing temperature. The optical scheme of the light source included sets of light filters and neutral filters, allowing mercury lines to be distinguished from the white light of a mercury lamp, as well as to regulate the intensity of the glow of each line. The optical scheme also contained a Frank-Ritter prism, which allows measurements to be made both in naturally polarized light and in vertically or horizontally polarized light. The luminescence light was projected using a two-lens capacitor into the slit of the monochromator, from the output of which went to the photomultiplier, and the recording circuit contained a recorder and a digital voltmeter.
Недостатки … Активный лазерный элемент содержал молекулы красителей химически подшитые к макромолекулам олигомера и полимеризованный в присутствии отвердителей. Изменение параметров люминесценции связано с температурным тушением, а не с дрейфом красителя в объеме элемента. Следует также указать, что интенсивность люминесценции при возбуждении от ртутной лампы путем выделения линий ртути светофильтрами имеет низкий уровень полезного сигнала и не всегда может быть измерена.Disadvantages ... The active laser element contained dye molecules chemically linked to oligomer macromolecules and polymerized in the presence of hardeners. The change in luminescence parameters is associated with temperature quenching, and not with the dye drift in the volume of the element. It should also be pointed out that the luminescence intensity upon excitation from a mercury lamp by highlighting mercury lines with light filters has a low level of the useful signal and cannot always be measured.
Известен метод разделения минерального сырья, основанный на люминесценции минералов, используемый при облучении алмазосодержащих руд (Терещенко С.В. Радиометрические методы опробования и сепарации минерального сырья С.В. Терещенко, Г.А. Денисов, В.В. Маргевская.- Спб.: МАНЭБ, 2005. - 263 с.). Люминесценция - многогранное явление, обладающее набором спектрально-кинетических характеристик, которые, в свою очередь, являются информационной основой признаков разделения минералов и минеральных агрегатов по содержанию полезных компонентов. Для реализации известного способа при возбуждении люминесценции в минералах используют ультрафиолетовое излучение лазеров, создающих мощный пучок монохроматического излучения, что позволяет при селективном возбуждении люминесценции получить порог обнаружения полезных минералов и расширить круг минералов, характеризующихся интенсивной устойчивой люминесценцией. В качестве регистрирующей части используются монохроматоры, фотопреобразователи или спектрометры.The known method of separation of mineral raw materials, based on the luminescence of minerals, used in the irradiation of diamond ores (Tereshchenko S.V. Radiometric methods for testing and separation of mineral raw materials S.V. Tereshchenko, G.A. Denisov, V.V. Margevskaya.- St. Petersburg. : MANEB, 2005 .-- 263 p.). Luminescence is a multifaceted phenomenon with a set of spectral-kinetic characteristics, which, in turn, are the information basis for the signs of separation of minerals and mineral aggregates according to the content of useful components. To implement the known method for the excitation of luminescence in minerals, ultraviolet radiation from lasers is used, which create a powerful beam of monochromatic radiation, which allows for selective excitation of luminescence to obtain a detection threshold for useful minerals and to expand the range of minerals characterized by intense stable luminescence. Monochromators, photoconverters or spectrometers are used as the recording part.
Недостатки … Позволяет по измеренным параметрам люминесценции определять наличие примесей имеющих собственную окраску и их концентрацию. Но не позволяет определять их место расположение в минералах.Disadvantages ... Allows the measured luminescence parameters to determine the presence of impurities having their own color and their concentration. But it does not allow to determine their location in minerals.
Наиболее близким аналогом является пассивный способ и устройство для контроля глубины пропитки изделий из пористой керамики кремнийорганическими соединениями в вязко-текучем состоянии, в котором информативным параметром служит время пропитки при известной плотности пропитывающего вещества (Прохоренко П.П. Ультразвуковой капиллярный эффект / П.П. Прохоренко, Н.В. Дежкунов, Г.Е. Коновалов; Под ред. В.В. Клубовича. Минск: «Наука и техника», 1981. - 135 с.).The closest analogue is the passive method and device for controlling the depth of impregnation of porous ceramic products with organosilicon compounds in a viscous-flowing state, in which the impregnation time at a known density of the impregnating substance serves as an informative parameter (Prokhorenko P.P. Ultrasonic capillary effect / P.P. Prokhorenko, N.V. Dezhkunov, G.E. Konovalov; Edited by V.V. Klubovich, Minsk: Science and Technology, 1981. - 135 p.).
В известном способе кремнийорганический олигомер разбавляют ацетоном для получения необходимой плотности, измеряют плотность ориометром и обеспечивают контакт с пропитываемым изделием. В зависимости от времени контакта пропитывающее вещество (олигомер) проникает на разную глубину (капиллярный эффект). Изменяя место контакта и время контакта, можно осуществить пропитку одного изделия на разную глубину. Технология пропитки изделий из пористой керамики кремнийорганическими соединениями с последующей полимеризацией приводит к существенному увеличению изгибной прочности, но ухудшению радиопрозрачности. С другой стороны, требование радиопрозрачности предъявляется не ко всему изделию. Например, к оболочке в виде тел вращения, требование радиопрозрачности предъявляется только к той ее части, где располагается радиолокационная система. Однако этот способ имеет ряд недостатков. Прежде всего распределение пор в керамике не всегда является однородным, следовательно, граница пропитки по всему изделию будет отличаться от планируемой, что не обеспечивает необходимой точности глубины пропитки. Кроме этого пассивный метод контроля не позволяет осуществить обратную положительную связь с технологическим процессом пропитки, путем использования такого косвенного параметра как время пропитки. Устройством для реализации пассивного метода контроля является измеритель времени(секундомер).In the known method, the organosilicon oligomer is diluted with acetone to obtain the desired density, the density is measured with an oriometer and contact is made with the impregnated product. Depending on the contact time, the impregnating substance (oligomer) penetrates to different depths (capillary effect). By changing the contact point and contact time, it is possible to impregnate one product at different depths. The technology of impregnation of porous ceramic products with organosilicon compounds followed by polymerization leads to a significant increase in bending strength, but a deterioration in radio transparency. On the other hand, the requirement of radio transparency is not imposed on the whole product. For example, to a shell in the form of bodies of revolution, the requirement of radio transparency is presented only to that part of it where the radar system is located. However, this method has several disadvantages. First of all, the distribution of pores in ceramics is not always uniform, therefore, the impregnation border throughout the product will differ from the planned one, which does not provide the necessary accuracy of the impregnation depth. In addition, the passive control method does not allow for a positive feedback with the impregnation process by using such an indirect parameter as the impregnation time. A device for implementing the passive control method is a time meter (stopwatch).
Задачей, на решение которой направлено создание предполагаемого технического решения является разработка способа и устройства активного контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики, которые учитывали бы нарушения однородности в структуре материала, а в качестве индикаторной физической величины использовали параметр возможный к преобразованию в электрический сигнал.The task to which the creation of the proposed technical solution is directed is the development of a method and device for active control of a complex profile of the depth of impregnation of porous ceramic products with organosilicon compounds, which would take into account homogeneity violations in the material structure, and use the parameter possible for conversion to electric as an indicator physical quantity signal.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики, включающем в себя оболочку из пористой керамики и кремнийорганический олигомер в вязко-текучем состоянии, который разбавляют ацетоном для получения необходимой плотности, дополнительно вводят флуоресцентный краситель и обеспечивают контакт с внутренней стороной пропитываемой оболочки, а в процессе пропитки облучают оболочку пучком света от лазера с наружной стороны и регистрируют величину люминесценции окрашенной границы пропитки. Дополнительными отличиями предлагаемой способа является то, что -при окраске олигомера разбавленного ацетоном определяют спектр поглощения олигомера, краситель выбирают таким, чтобы спектр его поглощения в ацетоне не совпадал со спектром поглощения олигомера в ацетоне, а лежал в более длинноволновой области;The problem is solved due to the fact that in the method of controlling the complex profile of the depth of impregnation of organosilicon products with porous ceramics, including a shell of porous ceramics and an organosilicon oligomer in a viscous-flowing state, which is diluted with acetone to obtain the required density, a fluorescent dye is additionally introduced and provide contact with the inner side of the impregnated shell, and in the process of impregnation, the shell is irradiated with a laser beam from the outside and the luminescence value of the colored impregnation border is recorded. Additional differences of the proposed method is that when the oligomer diluted with acetone is stained, the absorption spectrum of the oligomer is determined, the dye is chosen so that its absorption spectrum in acetone does not coincide with the absorption spectrum of the oligomer in acetone, but lies in a longer wavelength region;
- длину волны излучения лазера выбирают такой, чтобы она совпадала с максимумом поглощения органического красителя;- the wavelength of the laser radiation is chosen so that it coincides with the maximum absorption of the organic dye;
- при облучении лазером оболочки с наружной (не пропитанной) стороны регистрируют длину волны люминесценции органического красителя в олигомере, имеющего гипсохромный сдвиг (отрицательная сольватохромия) по сравнению с длинной волны люминесценции окрашенного ацетона;- when the laser irradiates the envelope from the outside (not impregnated) side, the luminescence wavelength of the organic dye is recorded in the oligomer having a hypsochrome shift (negative solvatochromy) compared to the luminescence wavelength of colored acetone;
- интенсивность люминесценции регистрируют с учетом интегральных потерь на рассеяние пучка света на длине волны излучения лазера и на длине волны люминесценции окрашенной границы, прошедших одинаковое расстояния по не окрашенной части оболочки;- the luminescence intensity is recorded taking into account the integral losses due to scattering of the light beam at the laser radiation wavelength and at the luminescence wavelength of the colored border, which have passed the same distance along the unstained part of the shell;
- по изменению интенсивности люминесценции окрашенной границы определяют толщину непропитанной части оболочки, а глубину пропитки оболочки определяют, как разность между общей толщиной оболочки и толщиной непропитанной части. Увеличение глубины пропитки приводит к увеличению интенсивности люминесценции за счет уменьшения величины непропитанной части;- by changing the intensity of the luminescence of the colored border, the thickness of the non-impregnated part of the shell is determined, and the depth of impregnation of the shell is determined as the difference between the total thickness of the shell and the thickness of the non-impregnated part. An increase in the depth of impregnation leads to an increase in the luminescence intensity due to a decrease in the magnitude of the impregnated part;
- регистрацию спектра люминесценции проводят с использованием программного обеспечения в режиме меню «сканирование» и/или в режиме регистрации на одной длине волны, соответствующей максимуму люминесценции окрашенной границы;- registration of the luminescence spectrum is carried out using software in the menu mode "scan" and / or in the registration mode at a single wavelength corresponding to the maximum luminescence of the colored border;
- для обеспечения сложного профиля пропитки по высоте оболочки управляют глубиной пропитки противодавлением, используя результаты контроля для создания боратной положительной связи с технологией пропитки.- to ensure a complex impregnation profile along the height of the shell, the backpressure impregnation depth is controlled using the control results to create a borate positive relationship with the impregnation technology.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство для контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики, включающие оболочку из пористой керамики и емкость с пропитывающим окрашенным кремнийорганическим олигомером содержит источник излучения и оптическую систему формирования излучения, в качестве источника излучения содержит лазер, длина волны которого выбрана таким образом, что она совпадает со спектром поглощения окрашенного олигомера, а приемный канал содержит следующие друг за другом светофильтр, объектив, монохроматор, фотоэлектрический умножитель, компьютер, контроллер, монитор и принтер.The problem is solved due to the fact that the device for controlling the complex profile of the depth of impregnation of organosilicon compounds with porous ceramic products, including a shell of porous ceramic and a container with an impregnated colored organosilicon oligomer contains a radiation source and an optical radiation generation system, contains a laser as a radiation source, the wavelength of which is chosen in such a way that it coincides with the absorption spectrum of the colored oligomer, and the receiving channel contains filter, lens, monochromator, photomultiplier, computer, controller, monitor and printer.
Дополнительными отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что:Additional distinctive features of the proposed device is that:
- устройство обеспечивает дистанционный контроль, так как излучение лазера транспортируется к контролируемой оболочке оптоволокном, а приемный канал включаетсоединительную линию в виде оптоволокна, транспортирующего второе излучение люминесценции границы пропитки на вход монохроматора;- the device provides remote control, since the laser radiation is transported to the controlled shell by optical fiber, and the receiving channel includes a connecting line in the form of an optical fiber transporting the second radiation of the luminescence of the impregnation border to the input of the monochromator;
- емкость, содержащая пропитывающий олигомер, соединена с оболочкой трубопроводом и имеет возможность передвигаться по вертикали, что обеспечивает пропитки оболочки изнутри на разных уровнях;- the container containing the impregnating oligomer is connected to the shell by a pipeline and has the ability to move vertically, which provides impregnation of the shell from the inside at different levels;
- дополнительно устройство содержит сканирующую систему, которая обеспечивает перемещение оптоволокна приемного и излучающего трактов параллельно наружной поверхности оболочки, а также вращение самой оболочки, для реализации сплошного контроля.- additionally, the device includes a scanning system that provides the movement of the optical fiber of the receiving and emitting paths parallel to the outer surface of the shell, as well as the rotation of the shell itself, to implement continuous monitoring.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что для контроля глубины пропитки предварительно измеряют спектральный диапазон длин волн, где кремнийорганический не активированный олигомер имеет поглощение. Затем выбирают органический краситель, спектр поглощения которого не совпадает со спектром поглощения не активированного олигомера. Разбавляют не активированный олигомер в ацетоне для получения необходимой плотности, которую измеряют ориометром. Активируют олигомер органическим красителем из условий стехиометрии и измеряют спектр поглощения активированного красителем олигомера. Спектры поглощения измеряют известным образом на спектрофотометре, используя метод спектрофотометрии, в котором контролируемыми параметрами являются оптическая плотность и пропускание. Подготовленным таким образом активированным кремнийорганическим олигомером пропитывают оболочку изнутри, за счет капиллярного эффекта и давления. В процессе пропитки наружную сторону оболочки освещают светом от лазера, выбранного таким образом, что его длина волны излучения совпадает с максимумом поглощения органического красителя, растворенного в олигомере. Пучок света от лазера распространяется по непропитанной части оболочки и его интенсивность изменяется согласно закону Бугера:The essence of the proposed technical solution lies in the fact that to control the depth of impregnation, the spectral range of wavelengths is preliminarily measured, where the organosilicon non-activated oligomer has absorption. Then choose an organic dye, the absorption spectrum of which does not coincide with the absorption spectrum of the unactivated oligomer. The non-activated oligomer in acetone is diluted to obtain the required density, which is measured with an oriometer. The oligomer is activated with an organic dye from stoichiometric conditions and the absorption spectrum of the dye-activated oligomer is measured. Absorption spectra are measured in a known manner on a spectrophotometer using a spectrophotometry method in which the optical density and transmission are controlled. The thus prepared activated organosilicon oligomer is impregnated on the shell from the inside, due to the capillary effect and pressure. During the impregnation process, the outer side of the shell is illuminated with light from a laser selected in such a way that its radiation wavelength coincides with the maximum absorption of the organic dye dissolved in the oligomer. A beam of light from a laser propagates along the unimpregnated part of the shell and its intensity changes according to Bouguer's law:
где I0 - интенсивность лазерного излучения на поверхности оболочки;
Под воздействием лазерного излучения молекулы органического красителя, растворенного в олигомере, переходят в возбужденное состояние, и, возвращаясь в основное состояние, избыток энергии отдают в виде люминесценции или спонтанного излучения, которое, распространяясь по непропитанной части до приемного волокна, преодолевает такое же расстояние z. На оптоволокно поступает интенсивность люминесценцииUnder the influence of laser radiation, the molecules of the organic dye dissolved in the oligomer pass into an excited state, and returning to the ground state, the excess energy is given off in the form of luminescence or spontaneous radiation, which, propagating along the unimpregnated part to the receiving fiber, travels the same distance z. The fiber receives the luminescence intensity
где I2 - интенсивность света, поступающего на оптоволокно от люминесцирующей окрашенной границы;
Таким образом на оптоволокно приемного канала поступает свет от окрашенной границы пропитки с интенсивностьюThus, light from the colored impregnation boundary with intensity is supplied to the optical fiber of the receiving channel
Согласно изобретению измеряют толщину непропитанной части оболочки z, а глубину пропитки определяют, как разность между толщиной оболочки и толщиной непропитанной части. Увеличение глубины пропитки оболочки приводит к увеличению интенсивности люминесценции I2 за счет уменьшения z. При активации органическим красителем олигомера, растворенного в ацетоне, окрашиваются олигомер и ацетон. Ацетон, имея наименьшую плотность будет создавать передний слой пропитки. Согласно изобретению, регистрации подлежит интенсивность люминесценции красителя в олигомере, что достигается за счет того, что для большинства красителей, введенных в олигомер, имеется гипсохромный сдвиг по сравнению с красителем растворенном в ацетоне, что связано с более сильной стабилизацией основного состояния, чем возбужденного, за счет межмолекулярного взаимодействия. Например, для красителя родамин С максимальная длина волны люминесценции в олигомере - 588 нм, в ацетоне - 572 нм. Для красителя оксазин 17, максимальная длина волны люминесценции в олигомере 640 нм; в ацетоне - 620 нм.According to the invention, the thickness of the non-impregnated part of the shell z is measured, and the depth of impregnation is determined as the difference between the thickness of the shell and the thickness of the non-impregnated part. An increase in the depth of impregnation of the shell leads to an increase in the luminescence intensity of I 2 due to a decrease in z. When an oligomer dissolved in acetone is activated with an organic dye, the oligomer and acetone are colored. Acetone, having the lowest density will create a front coat of impregnation. According to the invention, the luminescence intensity of the dye in the oligomer is subject to registration, which is achieved due to the fact that for most dyes introduced into the oligomer there is a hypsochrome shift compared to the dye dissolved in acetone, which is associated with stronger stabilization of the ground state than the excited state due to intermolecular interaction. For example, for the dye rhodamine C, the maximum luminescence wavelength in the oligomer is 588 nm, in acetone - 572 nm. For dye oxazine 17, the maximum luminescence wavelength in the oligomer is 640 nm; in acetone - 620 nm.
Устройство для реализации способа контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики включает в себя лазер. Например ИАГ : Nd3+ - лазер, с длиной волны излучения второй гармоники равной 532 нм, что соответствует максимуму поглощения таких красителей как: родамин С, родамин 6Ж, оксазин 17, которыми активируют кремнийорганический олигомер. Лазер снабжен оптоволокном, транспортирующим излучение лазера к наружной поверхности оболочки. Второе оптоволокно транспортирует свет люминесценции через оптическую систему к входной щели монохроматора. В обоих случаях используется многомодовое оптоволокно с сердцевиной из кварцевого стекла. На выходной щели установлен фотоумножитель, который преобразовывает оптический сигнал в электрический. Устройство снабжено также контролером. Контролер используется для управления шаговым двигателем дифракционной решетки монохроматора, обеспечивает питанием фотоэлектрический умножитель, а также имеет интерфейс с компьютером, снабженным программой с двумя меню - «сканирование» и «измерение параметров люминесценции». Для визуального наблюдения и задания режимов измерения, компьютер традиционно имеет монитор и принтер. Согласно изобретению, устройство дополнительно содержит установку для пропитки, сканирующую систему, выполненную таким образом, что она содержит двигатель для вращения оболочки, а приемно-излучающее оптоволокно перемещается по направляющей вдоль оболочки так, что сканирование происходит по винтовой линии. При этом система контроля дополнительно содержит устройство, выполненное с возможностью создания противодавления.A device for implementing a method for controlling a complex profile of the depth of impregnation of organosilicon products of porous ceramics includes a laser. For example, YAG: Nd 3+ is a laser with a second harmonic emission wavelength of 532 nm, which corresponds to the maximum absorption of dyes such as rhodamine C, rhodamine 6G, oxazine 17, which activate the organosilicon oligomer. The laser is equipped with an optical fiber transporting laser radiation to the outer surface of the shell. The second fiber transports luminescence light through the optical system to the entrance slit of the monochromator. In both cases, multimode fiber with a quartz glass core is used. A photomultiplier is installed on the output slit, which converts the optical signal into an electric one. The device is also equipped with a controller. The controller is used to control the stepper motor of the monochromator diffraction grating, provides power to the photoelectric multiplier, and also has an interface with a computer equipped with a program with two menus - “scan” and “measurement of luminescence parameters”. For visual observation and setting measurement modes, the computer traditionally has a monitor and printer. According to the invention, the device further comprises an impregnation installation, a scanning system configured in such a way that it comprises a motor for rotating the casing, and the receiving-emitting optical fiber moves along the guide along the casing so that scanning takes place along a helix. Moreover, the control system further comprises a device configured to create back pressure.
В соответствии с изобретением система выполнена таким образом, что процесс контроля глубины пропитки оболочки происходит дистанционно в удаленном помещении.In accordance with the invention, the system is designed so that the process of controlling the depth of impregnation of the shell occurs remotely in a remote room.
На рис. 1 приведена зависимость глубины пропитки от времени пропитки для образцов с известной плотностью (пассивный метод).In fig. Figure 1 shows the dependence of the depth of impregnation on the time of impregnation for samples with known density (passive method).
На рис. 2а показана спектральная зависимость оптической плотности Dλ кремнийорганического олигомера растворенного в ацетоне от длины волны λ (плотность олигомера 0,95 г/см3).In fig. 2a shows the spectral dependence of the optical density D λ of an organosilicon oligomer dissolved in acetone on wavelength λ (oligomer density 0.95 g / cm 3 ).
На рис. 2б показана спектральная зависимость оптической плотности Dλ органического красителя, например родамина 6Ж, растворенного в ацетоне.In fig. 2b shows the spectral dependence of the optical density D λ of an organic dye, for example, rhodamine 6G, dissolved in acetone.
На рис. 2в показана спектральная зависимость оптической плотности Dλ, кремнийорганического олигомера растворенного в ацетоне и активированного красителем родамином 6Ж от длины волны λ.In fig. Figure 2c shows the spectral dependence of the optical density D λ , an organosilicon oligomer dissolved in acetone and activated with rhodamine 6G dye, on the wavelength λ.
На рис. 3 показана функциональная схема устройства для контроля глубины пропитки кремнийорганическими олигомерами оболочек из пористой керамики.In fig. 3 shows a functional diagram of a device for controlling the depth of impregnation of porous ceramic shells with organosilicon oligomers.
На рис. 4 показано окно программы для определения спектров люминесценции окрашенной границы и измерения глубины пропитки.In fig. 4 shows a program window for determining the luminescence spectra of a colored border and measuring the depth of impregnation.
На рис. 5а-в показаны спектры люминесценции, снятые с образцов с разной глубиной пропитки.In fig. 5a-c show luminescence spectra taken from samples with different impregnation depths.
Показанная на рис. 1 зависимость глубины пропитки носит хорошо выраженный нелинейный характер, начиная с времени пропитки более 10 минут. Для малого времени пропитки зависимость близка к линейной. С увеличением плотности олигомера наблюдается тенденция к уменьшению глубины пропитки и увеличению времени пропитки.Shown in fig. 1, the dependence of the depth of impregnation has a well-defined nonlinear character, starting from the time of impregnation of more than 10 minutes. For a short impregnation time, the dependence is close to linear. With an increase in the density of the oligomer, a tendency is observed to decrease the depth of impregnation and increase the time of impregnation.
Показанная на рис. 2а спектральная зависимость оптической плотности Dλ кремнийорганического олигомера, растворенного в ацетоне, от длины волны λ, (плотность олигомера 0,95 г/см3). Характер зависимости обусловлен тем, что олигомер имеет собственную окраску, использовать которую не представляется возможным для возбуждения люминесценции в связи с низким квантовым выходом люминесценции.Shown in fig. 2a spectral dependence of the optical density D λ of an organosilicon oligomer dissolved in acetone on wavelength λ (oligomer density 0.95 g / cm 3 ). The nature of the dependence is due to the fact that the oligomer has its own color, which cannot be used to excite luminescence due to the low quantum yield of luminescence.
Показанная на рис. 26 спектральная зависимость оптической плотности Dλ органического красителя, например, родамина 6Ж растворенного в ацетоне от длины волны λ, несет информацию о максимальном поглощении красителя в районе 530 нм (зеленая область).Shown in fig. 26, the spectral dependence of the optical density D λ of an organic dye, for example, rhodamine 6G dissolved in acetone, as a function of wavelength λ, provides information on the maximum dye absorption in the region of 530 nm (green region).
На рис. 2в показана спектральная зависимость оптической плотности Dλ кремнийорганического олигомера, растворенного в ацетоне и активированного красителем родамином 6 Ж, от длины волны λ. Внедрение красителя в олигомер привело к сдвигу спектра поглощения в более длинноволновую область до 600 нм.In fig. Figure 2c shows the spectral dependence of the optical density D λ of an organosilicon oligomer dissolved in acetone and activated by rhodamine 6 G dye on the wavelength λ. The incorporation of the dye into the oligomer led to a shift in the absorption spectrum to a longer wavelength region up to 600 nm.
На рис. 3 показана функциональная схема устройства для контроля глубины пропитки кремнийорганическими олигомерами оболочек из пористой керамики, которое содержит лазер (1), например, ИАГ : Nd3+ - лазер с умножителем частоты и модулированной добротностью, с длинной волны излучения λ=532 нм, энергией в импульсе 150 мДж, длительностью импульса ~10 не и частотой следования импульсов 20 Гц. Лазер снабжен многомодовым оптоволокном (2) с сердцевиной из кварцевого стекла (диаметр сердцевины ~1 мм), транспортирующим излучение лазера к поверхности оболочки (3). Рассеянное возбуждающее излучение и излучение люминесценции с помощью скола многомодового (2) оптоволокна, пропускалось через красный фильтр, подавляющий рассеянное излучение накачки и транспортируется на вход монохроматора (6) через оптическую систему - красный светофильтр (4) и объектив (5). На выходе из монохроматора установлен фотоэлектрический умножитель (7). Устройство также содержит контроллер (8), выполненный так, что он управляет шаговым двигателем дифракционной решетки монохроматора (6), обеспечивает электрическим питанием фотоумножитель (7) и имеет интерфейс с компьютером (9), который снабжен монитором (10) и принтером (11). Окно программы для измерения спектров люминесценции и глубины пропитки приведено на рис. 4. Пропитываемая оболочка (3) соединена с установкой пропитки трубопроводом, а емкость, содержащая пропитывающее вещество, может перемещаться вертикально, изменяя уровень пропитки оболочки изнутри. Система обработки полученных данных снабжена программой с двумя меню: сканирование в диапазоне длин волн и регистрация интенсивности люминесценции на максимальной длине люминесценции. Программа также обеспечивает хранение результатов в памяти компьютера, математическую обработку и отображение результатов измерения, с сохранением значений параметров работы и файлов со спектрами.In fig. Figure 3 shows a functional diagram of a device for controlling the depth of impregnation of porous ceramic shells with organosilicon oligomers, which contains a laser (1), for example, YAG: Nd 3+ - a laser with a frequency multiplier and Q-switched, with a radiation wavelength λ = 532 nm, energy a pulse of 150 mJ, a pulse duration of ~ 10 nsec, and a pulse repetition rate of 20 Hz. The laser is equipped with a multimode optical fiber (2) with a quartz glass core (core diameter ~ 1 mm) transporting laser radiation to the shell surface (3). Scattered exciting radiation and luminescence radiation using a cleaved multimode (2) optical fiber was passed through a red filter that suppresses scattered pump radiation and is transported to the input of the monochromator (6) through an optical system - a red filter (4) and a lens (5). At the output of the monochromator, a photoelectric multiplier (7) is installed. The device also contains a controller (8), made so that it controls the stepper motor of the diffraction grating of the monochromator (6), provides electric power to the photomultiplier (7) and has an interface with a computer (9), which is equipped with a monitor (10) and a printer (11) . The program window for measuring the luminescence spectra and the impregnation depth is shown in Fig. 4. The impregnated shell (3) is connected to the impregnation installation by a pipeline, and the container containing the impregnating substance can move vertically, changing the level of impregnation of the shell from the inside. The system for processing the obtained data is equipped with a program with two menus: scanning in the wavelength range and recording the luminescence intensity at the maximum luminescence length. The program also provides storage of results in computer memory, mathematical processing and display of measurement results, while preserving the values of work parameters and files with spectra.
На рис. 5а-в показаны спектры люминесценции, измеренные при облучении лазером образцов с неокрашенной стороны. Видно, что увеличение глубины пропитки приводит к увеличению интенсивности люминесценции за счет уменьшения толщины непропитанной части.In fig. 5a-c show the luminescence spectra measured by laser irradiation of the samples from the unpainted side. It is seen that an increase in the depth of impregnation leads to an increase in the luminescence intensity due to a decrease in the thickness of the non-impregnated part.
На рис. 5 позиция (а) - глубина пропитки 3 мм, позиция(б) - глубина пропитки 6 мм, позиция (в) - глубина пропитки 8 мм, при толщине образца 10 мм. На всех образцах сигнал люминесценции надежно фиксировался.In fig. 5th position (a) - impregnation depth 3 mm, position (b) -
Следует отметить, что предлагаемый способ и устройство для контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики позволяют в автоматическом режиме определять глубину пропитки оболочек из пористой керамики кремнийорганическими соединениями сложных профилей, например для оболочки в виде параболоида вращения профиль пропитки можно обеспечить в виде параболы по высоте оболочки, и при последующей полимеризации добиться необходимых значений изгибной прочности и радиопрозрачности участков изделия.It should be noted that the proposed method and device for controlling the complex profile of the depth of impregnation of organosilicon compounds with porous ceramic products allows the automatic determination of the depth of impregnation of porous ceramic shells with organosilicon compounds of complex profiles, for example, for a shell in the form of a paraboloid of revolution, the impregnation profile can be provided in the form of a parabola the height of the shell, and with subsequent polymerization to achieve the necessary values of bending strength and radio transparency stkov products.
1. Способ для активного контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики, включающий в себя оболочку из пористой керамики и кремнийорганический олигомер в вязко-текучем состоянии, который разбавляют ацетоном для получения необходимой плотности и обеспечивают контакт с пропитываемой оболочкой, а глубину пропитки определяют по регистрации времени пропитки, отличающийся тем, что в растворенный ацетоном олигомер дополнительно вводят флуоресцентный краситель, а оболочку в процессе пропитки облучают пучками света от лазера с наружной стороны и регистрируют величину люминесценции окрашенной границы пропитки.1. A method for actively controlling a complex profile of the depth of impregnation of organosilicon products with porous ceramics, including a shell of porous ceramics and an organosilicon oligomer in a viscous-flowing state, which is diluted with acetone to obtain the desired density and provides contact with the impregnated shell, and the depth of impregnation determined by recording the time of impregnation, characterized in that a fluorescent dye is additionally introduced into the oligomer dissolved in acetone, and the shell in the process e impregnations are irradiated with light beams from the laser from the outside and the luminescence value of the colored impregnation boundary is recorded.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регистрируют длину волны люминесценции окрашенного олигомера, имеющую гипсохромный сдвиг по сравнению с длиной волны люминесценции окрашенного ацетона.2. The method according to p. 1, characterized in that register the wavelength of the luminescence of the colored oligomer having a hypsochrome shift compared to the luminescence wavelength of the colored acetone.
3. Способ по п.п. 1 и 2, отличающийся тем, что по изменению интенсивности люминесценции окрашенной границы определяют толщину непропитанной части оболочки, а глубину пропитки определяют, как разность между общей толщиной оболочки и толщиной непропитанной части.3. The method according to p. 1 and 2, characterized in that the thickness of the non-impregnated part of the shell is determined by changing the luminescence intensity of the colored border, and the depth of impregnation is determined as the difference between the total thickness of the shell and the thickness of the non-impregnated part.
4. Устройство для активного контроля сложного профиля глубины пропитки кремнийорганическими соединениями изделий из пористой керамики, включающее в себя оболочку из пористой керамики и емкость с пропитывающим окрашенным кремнийорганическим олигомером, отличающее тем, что в качестве источника излучения устройство содержит лазер, длина волны которого выбрана таким образом, что она совпадает со спектром поглощения окрашенного олигомера, а приемный канал содержит следующие друг за другом светофильтр, монохроматор, фотоэлектрический умножитель, контроллер, компьютер, монитор и принтер.4. A device for actively controlling a complex profile of the depth of impregnation of organosilicon compounds with porous ceramic products, including a shell of porous ceramic and a container with an impregnated colored organosilicon oligomer, characterized in that the device contains a laser as a radiation source, the wavelength of which is selected in this way that it coincides with the absorption spectrum of the colored oligomer, and the receiving channel contains successive filters, a monochromator, and a photoelectric smart life guide, controller, computer, monitor and printer.
5. Устройство по п. 4 отличающееся тем, что указанные средства дистанционного контроля включают лазер, излучение которого транспортируется к контролируемой оболочке оптоволокном, а средства приемного канала включают соединительную линию в виде оптоволокна, транспортирующего вторичное излучение люминесцирующей границы на входную щель монохроматора.5. The device according to claim 4, characterized in that said means of remote control include a laser, the radiation of which is transported to the controlled envelope by optical fiber, and the means of the receiving channel include a connecting line in the form of an optical fiber transporting the secondary radiation of the luminescent boundary to the entrance slit of the monochromator.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122408A RU2702847C1 (en) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | Method and device for active control of the profile of impregnation depth with organosilicon compounds of porous ceramic articles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018122408A RU2702847C1 (en) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | Method and device for active control of the profile of impregnation depth with organosilicon compounds of porous ceramic articles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2702847C1 true RU2702847C1 (en) | 2019-10-11 |
Family
ID=68280096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018122408A RU2702847C1 (en) | 2018-06-18 | 2018-06-18 | Method and device for active control of the profile of impregnation depth with organosilicon compounds of porous ceramic articles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2702847C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1284148A (en) * | 1969-04-29 | 1972-08-02 | Corning Glass Works | Treating porous ceramic coatings |
| SU1357402A1 (en) * | 1984-11-23 | 1987-12-07 | Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений | Method of treating porous construction articles |
| RU94032296A (en) * | 1994-09-07 | 1996-07-20 | Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method for manufacturing ceramic article based on boron nitride |
| RU2263090C1 (en) * | 2004-03-09 | 2005-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of production of the protective and hardening layer in the shell of the antenna blister made out of quartz ceramics |
-
2018
- 2018-06-18 RU RU2018122408A patent/RU2702847C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1284148A (en) * | 1969-04-29 | 1972-08-02 | Corning Glass Works | Treating porous ceramic coatings |
| SU1357402A1 (en) * | 1984-11-23 | 1987-12-07 | Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений | Method of treating porous construction articles |
| RU94032296A (en) * | 1994-09-07 | 1996-07-20 | Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method for manufacturing ceramic article based on boron nitride |
| RU2263090C1 (en) * | 2004-03-09 | 2005-10-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Method of production of the protective and hardening layer in the shell of the antenna blister made out of quartz ceramics |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Поляков В.Е., Антонов В.В., Некрасов Е.В. "Контроль глубины пропитки пористой кварцевой керамики кремнийорганическими олигомерами", Тезисы докладов XVIII международной Научно-технической конференции, 23-25 октября 2007 г., Обнинск, стр. 60-62. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5049738A (en) | Laser-enhanced oil correlation system | |
| Baronavski et al. | Application of saturation spectroscopy to the measurement of C_2,^ 3Π_u concentrations in oxy-acetylene flames | |
| Avino et al. | Direct sensing in liquids using whispering‐gallery‐mode droplet resonators | |
| US9316585B2 (en) | Method and apparatus for determining a relaxation time dependent parameter related to a system | |
| US4198567A (en) | Method and apparatus for discrimination between scattered excitation radiation and low level fast decaying fluorescent radiation | |
| US9523636B2 (en) | Pulse width modulation of continuum sources for determination of chemical composition | |
| JPS6446630A (en) | None-contact sampling method and apparatus for data for local decomposition type decision of density and temperature within measuring volume | |
| Okajima et al. | Accurate intensity calibration for low wavenumber (− 150 to 150 cm− 1) Raman spectroscopy using the pure rotational spectrum of N2 | |
| RU2015132842A (en) | METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING CONCENTRATION | |
| Kage et al. | Luminescence lifetime encoding in time-domain flow cytometry | |
| NL1041826B1 (en) | Frequency comb for downhole chemical sensing. | |
| CN106066317A (en) | Optical chopper using method in delayed luminescence measurement system | |
| RU2702847C1 (en) | Method and device for active control of the profile of impregnation depth with organosilicon compounds of porous ceramic articles | |
| Gorshelev et al. | Ortho‐Dichlorobenzene Doped with Terrylene—a Highly Photo‐Stable Single‐Molecule System Promising for Photonics Applications | |
| US9157793B2 (en) | Pulse width modulation of continuum sources for determination of chemical composition | |
| WO2018064821A1 (en) | Distributed optical fiber gas sensor | |
| CN209784193U (en) | A device capable of measuring the Raman spectrum of a substance against a strong fluorescent background | |
| Sadagov et al. | Spectral standards based on glasses activated with rare-earth element ions for the calibration of fluorescence and Raman spectrometers | |
| Höhl et al. | Efficient procedure for the measurement of preresonant excitation profiles in UV Raman spectroscopy | |
| WO2010034017A2 (en) | Systems and methods for signal normalization using raman scattering | |
| CN109632760B (en) | A method for eliminating the interference of fluorescence to measure the Raman spectrum of substances | |
| Payne et al. | Laser phosphoroscope and applications to room-temperature phosphorescence | |
| JP6911942B2 (en) | Method for manufacturing a tubular laser light source, a tubular laser light source and a detector using the tubular laser light source. | |
| Sadiek et al. | Two species–one wavelength detection based on selective optical saturation spectroscopy | |
| CN109324031B (en) | Method for distinguishing Raman signal through specific modulated exciting light |