устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса

Формула изобретения

1. Устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса, содержащее держатель для исследуемого образца, выполненный с возможностью обеспечения оптического контроля динамических характеристик, оптическую систему наблюдения за объектом, сообщенную с системой контроля и записи состояния исследуемого объекта, блок на базе процессора, предназначенный для перевода сигнала системы в видеосигнал, и компьютер, содержащий плату ввода видеоизображения, соединенную с вышеуказанным блоком, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит корпус, в котором расположены оптическая система и держатель, снабженный по меньшей мере одним сенсором параметров объекта с интерфейсом для ввода данных в компьютер, причем держатель выполнен с возможностью вертикального и/или горизонтального перемещения относительно фокуса оптической системы.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено устройством резистивного нагрева.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход системы контроля и записи состояния объекта подключен ко входу монитора компьютера.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено источником оптического излучения, снабженного фокусирующей системой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области средств контроля, предпочтительно оптических, динамики протекания различных физико-химических процессов, преимущественно в тонких слоях материалов, и может быть использовано в материаловедении, медицине, биологических науках, химии и химической промышленности и так далее.

В процессе исследования материалов, технологических процессов, биологических объектов возникает необходимость установить изменения, происходящие с объектом исследования, в зависимости от времени. Широко известно, что наиболее точно изменения подобных динамических характеристик можно контролировать в тонких слоях материалов. Однако исследования тонких слоев достаточно сложны, поскольку не известны способы и устройства, позволяющие осуществлять подобный контроль.

Известно устройство для исследования микроорганизмов и клеток под микроскопом (SU, авторское свидетельство 1124021), которое предназначено для обеспечения избирательного исследования динамики роста в условиях изменяющегося состава питательной среды. Устройство содержит укрепленный на предметном стекле корпус с каналами для подвода и отвода питательной среды и покровное стекло. Устройство снабжено также дополнительным покровным стеклом, укрепленным на корпусе, диализной пленкой, расположенной на дополнительном покровном стекле, и прокладкой, расположенной между диализной пленкой и основным покровным стеклом с образованием капиллярной полости, при этом в центральной части покровного стекла выполнено отверстие. Устройство работает следующим образом. По каналам через камеру, образованную предметным стеклом и корпусом, пропускают питательную среду. Через отверстие в стекле и диализную пленку питательная среда поступает в полость, в которую ранее помещены исследуемые микроорганизмы и питательная среда. Питательная среда, состав которой может быть изменен, пропускается через полость, влияя на развитие микроорганизмов. Над верхним покровным стеклом может быть установлен микроскоп для наблюдения за микроорганизмами.

Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для автоматической регистрации динамических характеристик протекания процесса (RU, патент 2088922), содержащее держатель для исследуемого образца, выполненный с возможностью обеспечения оптического контроля динамических характеристик, оптическую систему наблюдения за объектом исследования, сообщенную с системой контроля и записи состояния исследуемого объекта, содержащую блок на базе процессора, предназначенный для перевода сигнала системы в видеосигнал, и компьютер, содержащий плату ввода видеоизображения, соединенную с вышеуказанным блоком.

Данное устройство может регистрировать упомянутые характеристики, однако, эти данные не вполне достоверны, поскольку не известны абсолютные параметры объекта.

Техническая задача, решаемая посредством настоящего изобретения, состоит в разработке устройства, позволяющего осуществлять контроль динамических характеристик процессов при известных параметрах как среды, так и объекта контроля.

Технический результат, получаемый в результате реализации изобретения, состоит в обеспечении возможности регистрации динамики процессов.

Указанный результат достигается тем, что известное устройство дополнительно содержит корпус, в котором расположена оптическая система и держатель, снабженный по меньшей мере одним сенсором параметров объекта, который подключен к соответствующему входу компьютера, причем держатель выполнен с возможностью вертикального и/или горизонтального перемещения относительно фокуса оптической системы. Кроме того, устройство может быть снабжено блоком резистивного нагрева, который может быть сообщен с двигателем. Выход системы контроля может быть подключен к входу монитора компьютера. Устройство может быть дополнительно снабжено источником оптического излучения с соответствующей фокусирующей системой. Предпочтительно выполнять держатель объекта исследования пригодным для исследования тонкослойных образцов. Держатель может также содержать сенсоры, определяющие состав, и/или температуру, и/или другие параметры объекта. Держатель образца преимущественно выполнен с возможностью перемещения относительно системы контроля и записи состояния исследуемого объекта. Держатель может быть выполнен в виде плоского столика, на котором размещена кювета, предпочтительно выполненная из прозрачного материала, или углубление, предпочтительно правильной форм. Кювета может быть выполнена как открытой, так и закрываемой крышкой. Крышка кюветы может быт герметичной.

Изобретение может быть проиллюстрировано примерами.

Изобретение может быть применено для исследования капиллярного кровотока.

На чертеже приведено устройство в варианте для автоматической регистрации капиллярного кровотока, содержит корпус 1, осветительную систему 2, создающую и фокусирующую оптическое излучение на пальце обследуемого 2 так, чтобы световое пятно находилось в фокусе 3, фиксирующей капиллярный кровоток увеличивающей оптической системы 4, держатель руки обследуемого 5 с регулировочной системы 6, позволяющей смещать всю руку, включая наблюдаемый палец, относительно фокуса 3 регистрирующей оптической системы, регистрирующей оптическую систему 4 для увеличения изображения капилляров, расположенную над пальцем обследуемого, систему контроля и записи состояния в виде сенсорной головки 7 на основе ПЗС матрицы, расположенной на увеличивающей изображение оптической системы, процессор 8, превращающий сигнал с ПЗС матрицы в стандартный видеосигнал, усилитель видеосигнала 9, позволяющий усиливать контраст изображения, внешний компьютер 10 со стандартной платой ввода видеоизображения, подсоединенным входом к выходу процессора ПЗС матрицы, который осуществляет обработку получаемого видеоизображения по специальному программному обеспечению с целью получения числовых характеристик капиллярного кровотока, причем монитор компьютера одновременно выполняет функции телемонитора для визуального наблюдения капиллярного кровотока, а компьютер функцию устройства накопления видеоданных с целью их последующего воспроизведения и хранения.

Держатель руки обследуемого 5 может быть снабжен сенсорами параметров объекта, выполненными, например, в виде автоматического измерителя давления 11, снабженного интерфейсом для ввода данных в компьютер и подсоединенным 12 к внешнему компьютеру, производящему фиксацию изображения капилляров, что позволяет, путем изменения давления в измерительной манжете, регулировать скорость капиллярного кровотока и исследовать его динамические характеристики под нагрузкой.

Если уровня сигнала с выхода процессора 8, обрабатывающего сигнал с ПЗС матрицы 7, достаточно для работы платы ввода видеоизображения внешнего компьютера 10, то необходимости в усилителе видеосигнала 9 нет, и тогда выход процессора 8 ПЗС матрицы 7 непосредственно подключается к входу платы обработки видеоизображения компьютера 10.

Источник 2 оптического излучения может быть выполнен как в виде лампы накаливания с набором цветофильтров и фокусирующей излучение оптической системой, так и в виде источника когерентного излучения, например маломощного лазера, с системой оптических световодов или без нее. На чертеже показан первый вариант реализации изобретения.

Средство 5 удерживания руки и пальца обследуемого может быть выполнено в виде углубления по форме руки и пальцев в основании подвижной пластины, расположенной на подвижной регулировочной системе 6 и подвижном упоре 14 для локтя руки обследуемого, для учета индивидуальных размеров руки обследуемого.

Работает заявленное устройство следующим образом.

Обследуемый, удобно сидящий в кресле, помещает руку и пальцы в средство для удержания руки 5. Врач, проводящий обследование, перемещением локтевого упора 14 добивается относительно жесткой фиксации всей руки и кисти в средстве для удерживания руки. На ногтевую пластинку обследуемого, которая автоматически оказывается вблизи фокуса 3 осветительной 2 и приемной 4 оптических систем, наносится капля пихтового масла для устранения нежелательных оптических эффектов. При исследовании капиллярного кровотока под нагрузкой на предплечья или кисть обследуемого надевается манжета 13 от прибора 11 для измерения давления. Включается питание устройства, прибора 11 в целом и компьютера 10. Используя регулировочные винты на пластине 6 и визуально контролируя на дисплее компьютера, добиваются попадания капилляров в фокус регистрирующей оптической системы 4. После этого включают запись изображения движущихся по капиллярам клеток крови.

Пучок оптического излучения попадает на палец обследуемого и, отражаясь от капилляров, находящихся под ногтевой пластинкой, регистрируется оптической системой. После прохождения собирающей оптической системы 4 пучок оптического излучения регистрируется ПЗС матрицей 7 с последующим превращением процессором 8 в электрический сигнал и, при необходимости, усилением и поступлением на вход стандартной платы ввода изображения в персональный компьютер. При проведении исследований по измерению капиллярного кровотока под нагрузкой компьютер 10 вырабатывает сигнал на автоматическую накачку манжеты 13 устройства для автоматического измерения давления 11, снабженного интерфейсом, и производят фиксацию изображения капилляров при различных значениях давления в манжете 13.

Устройство может быть применено и для излучения процесса латеральной твердофазной эпитаксиальной рекристаллизации слоев аморфного кремния. В этом случае держатель объекта исследований выполнен в виде столика микроскопа оптической системы, дополнительно снабженного устройством резистивного нагрева.

В данном случае исследования проводят следующим образом. Пластины кремния марки КЭФ-4,5 с ориентацией (100) и (110) и с односторонней химико-динамической полировкой отмывали по стандартной технологии. На пластины наносили фоторезист и методами фотолитографии создавали в слое фоторезиста окна размером 50 x 50 мкм. Аморфизацию кремния проводили посредством ионной имплантации, которую осуществляли при комнатной температуре в несколько этапов. Внедрение ионов кремния осуществляли с энергиями и дозами, обеспечивающими получение на каждой пластине нескольких областей с разными степенями аморфизации. Слой фоторезиста удаляли и на пластинах наблюдали аморфные области с размерами, соответствующими размеру окон. Указанные области имели характерный оттенок.

Для исследования подготовленных образцов применяли установку, содержащую корпус, осветительную систему, держатель образца с резистивным нагревом, регистрирующую оптическую систему для увеличения изображения окон аморфизации, сенсорную головку на основе ПЗС матрицы, процессор, превращающий сигнал ПЗС матрицы в стандартный видеосигнал, компьютер со стандартной платой ввода видеоизображения, монитор компьютера, совмещенный с телемонитором для визуального наблюдения за образцом.

Кроме указанных выше областей применения устройства, оно также может быть использовано для исследования тройных диаграмм состояния, исследования кристаллизации полимеров, расслаивания коллоидных систем и т.д.

Использование изобретения позволяет повысить точность исследования при уменьшении времени проведения эксперимента.