Дисперсные системы

Кодовое разделение сигналов

Методы разделения сигналов

Обобщенная структурная схема системы телекоммуникаций

ЛЕКЦИЯ 6

«МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ»

Многоканальная система телекоммуникаций (передачи) – МСП, представляет собой комплекс технических средств, обеспечивающих одновременную и независимую передачу сигналовнескольких (N)каналов с требуемым качеством по одной линии передачи (направляющей среде).

Для построения такой системынеобходимо [1]:

- убедиться, что выполняется условие С_к > NI_c,где С_к – пропускная способность МСП (тракта передачи), I_с – производительность одного источника первичного сигнала;

- произвести дополнительные преобразования первичных сигналов для согласования их параметров с параметрами канала (тракта передачи).

Структурная схема тракта передачи многоканальной системы телекоммуникаций приведена на рисунке (Рис. 1), где введены следующие обозначения:

M_i - канальный модулятор, преобразующий индивидуальныйпервичныйсигнал a_i(t) в канальный сигнал U_i(t), i = 1, 2, ..., N;

УО – устройство объединения канальных сигналов;

УР – устройство разделения канальных сигналов;

Д_i – канальный демодулятор, осуществляющий преобразование канального сигнала в первичный;

ЛС – линия связи (направляющая среда передачи).

Модуляторы М_i и M_j преобразуют первичные сигналы таким образом, чтобы канальные сигналы U_i(t) и U_j(t) существенно отличались друг от друга по какому-то известному заранее(на стороне приема) признаку, например,различалисьположениями неперекрывающихся спектров на оси частот.

Устройство объединения формирует групповой (многоканальный) сигнал из N канальныхсигналов, причем если, т.е. устройство объединения работает по принципу аналогового сумматора, то МСП называется аддитив­ной, в противном случае – комбинационной.

Групповой сигнал, который характеризуется занимаемой полосой частот, граничными частотами и динамическим диапазоном, должен быть согласован с параметрами тракта передачи: частотным диапазоном, полосой пропускания, диапазоном линейности проходной характеристики.

Устройство разделения УР представляет собой набор разделяющих (фильтрующих Ф_i) устройств, каждое из которых осуществляет выделение «своего» канального сигнала из группового сигнала. Если разделяющие устройства являются линейными, то такие МСП относят к классу систем слинейным разделением каналов.

Демодулятор (Д _i)осуществляет преобразование канального сигнала, переданного по каналу связи,в исходный (первичный) сигнал.

Задача выбора и обоснования оптимальности структуры МСП (выбора наилучшей из возможных)достаточно сложна. В настоящее время ее решают методом «синтеза через анализ». При этомвыбирают эвристически (из физических соображений, на основе предшествующего опыта,интуитивно, …), ту или иную структуру построения МСП, затем составляют аналитические модели этой системы, анализируют их и на основе результатов анализа подбирают наилучшие параметры системы. В результате удается оценить предложенный вариант структуры МСП и сравнить его с известными структурами по эффективности. После многих итераций выбраетсянаилучший.

Рис.1. Тракт передачи МСП

Для любого варианта построения МСП ее можно представить в виде обобщенной структурной схемы (Рис. 2), где обозначены:

- КОА – каналообразующая аппаратура (передачи и приема), которая из N индивидуальных сигналов формирует групповой сигнал и осуществляет об­ратное преобразование;

- АС – аппаратура сопряжения(преобразования), которая выполняет прямое преобразование группового сигнала U_гр(t) в линейный U_л(t) на передающей стороне и обратное - на приемной. Сигнал U_л(t) выбирается из удобства передачи его по линии связи конкретного вида;

- ОЛТ – оборудование линейного тракта. Оно состоит из участков линии связи и промежуточных усилителей (регенераторов). Регенерация сигнала используется при цифровой передаче.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема МСП

МСП можно классифицировать по следующим признакам:

1.По виду направляющей среды: проводные и беспроводные.

В свою очередь среди них различают:

- проводные по воздушным линиям – воздушные системы передачи (ВСП);

- проводные по кабельным линиям – кабельные системы передачи (КСП);

- проводные по волоконно-оптическим линиям – волоконно-оптические системы передачи (ВОСП);

- беспроводные по радиорелейным линиям передачи – радиорелейные системы передачи (РРСП);

- беспроводные по спутниковым радиолиниям (каналам) – спутниковые системы передачи (ССП);

- беспроводные мобильные системы передачи (GSM, CDMA).

2. По числу источников сообщений (числу каналов N):

- малоканальные – N≤12 (обычно по воздушным линиям связи);

-среднеканальные – N= 12÷60 (обычно КСП по симметричным кабелям или РРСП);

-многоканальные – N> 300 (обычно КСП по коаксиальным кабелям или РРСП, а также ВОСП); г) сверхмногоканальные – N >> 3000 (только ВОСП или КСП по «большим» коаксиальным кабелям, например система К-3600).

Для унификации МСП число источников сообщений (каналов) определяют по числу эквивалентных телефонных сообщений (КТЧ), которые могут быть переданы в МСП.

3.По форме передаваемых сигналов МСП делятся на:

а) аналоговые системы передачи (АСП) – которые используются для передачи аналоговых электрических сигналов. Такиесигналы отличаются тем,что на конечном интервале времени имеют бесконечное множество состояний (Рис. 3а). Примером таких АСП являются системы типа В-12, К-1920 и т.п.;

б) дискретные системы передачи (ДСП) – которые используются для передачи дискретных сигналов. Такие сигналы на конечном интервале времени имеют конечное (дискретное, счетное) число состояний (Рис. 3б);

в) цифровыесистемы передачи (ЦСП) – которые используются для передачи цифровых сигналов. Они дискретны по времени и имеют два разрешенных уровня мгновенных значений - «1» и «0» (Рис. 3в). Примером ЦСП является аппаратура типа ИКМ-30, ИКМ-1920 и т.п.

а

б

в

Рис. 3. Виды сигналов в МСП

Основнымитенденциями развития МСП можно считать следующие:

1) постоянный и неуклонный переход от АСП к ДСП и кЦСП;

2) преимущественное развитие ВОСП, особенно магистральных для организации с большого числа каналов;

3) увеличение количества ССП;

4) повышение надежности, улучшение качественных показателей МСП.

Практически по всем направляющим средам (линиям передачи), проводным и беспроводным, передаются сигналы от нескольких или даже многих источников сообщений, поэтому, как правило, системы связи являютсямногоканальными.

Все методы уплотнения и разделения сигналов (каналов) подразделяются на три вида:

- частотное (по частотам сигналов) уплотнение и разделение каналов (ЧРК);

- временное (по времени следования сигналов) уплотнение и разделение каналов (ВРК);

-кодовое (по форме сигналов) уплотнение и разделениеканалов (КРК).

Для осуществления линейного разделения каналов (сигналов) устройство разделения (УР) в МСП должно реализовывать алгоритм линейного аддитивного группирования и разгруппирования сигналов в виде [1]:

(1)

На практике при i ≠ j сигнал на выходе канала i не равен нулю,если j ≠ 0 так как всегда имеется переходная помеха от соседних каналов.

Линейные устройства разделения могут иметь переменные или постоянные во времени параметры. Линейное устройство (i- е)с постоянными параметрами удобно представлять в виде линейного четырехполюсника с присущим ему набором основных характеристик:

-частотная характеристика передачи К_i(jω);

-переходная характеристика h_i(t);

- импульсная характеристика g_i(f).

Указанные характеристики связаны между собой преобразованием Фурье.

Частотный спектр сигнала на выходе i -гo УР можно получить, перемножив спектр входного сигнала на коэффициент передачи (Рис. 4а):

Временная зависимость U_{вых. i}(t) при подаче группового сигнала на вход i-гo УР выражается в виде

Отсюда следует, что выходной сигнал будет равен канальному, если передаточная характеристика K_i (jω) «накрывает» спектр канального сигнала S_i(jω) так, что S_вых.i(jω) = S_гр(jω)K_i(jω) = S_i(jω). Равенство выполняется тогда и только тогда, когда S_i(jω) не принадлежит S_j(jω) т.е. когда соседние спектры не пересекаются и соответственно

(2)

Это свидетельствует об их ортогональности по координате ω.

Если коэффициент передачи постоянен в пределах спектра частот S_i (jω) и равен нулю за его пределами, то мы получаем идеальное частотно-разделяющее (фильтрующее) устройство с прямоугольной характеристикой затухания (Рис.4б).

Реальные канальные полосовые фильтры (ПФ) довольно далеки отидеальных. На рисунке (Рис.4б)изображена характеристика затухания такого фильтра A_nФi=201gK_i,(jω), при этомспады«хвосты» их частотных характеристик вызывают появление переходных помех от соседних каналов со спектрами S_i-1 и S_i+1.

С точки зрения идеального частотного разделения каналов метод модуляции переносчика в принципе не имеет значения, важно лишь, чтобы не перекрывались спектры канальных сигналов.

(3)

В случае амплитудной модуляции есть возможность получить на выходе канального фильтра (устройства разделения) непосредственно модулирующий (индивидуальный) сигнал, если использовать фильтр с переменным коэффициентом передачи, который изменяется по определенному закону.

Рис.4. Фильтрация канальных сигналов

Установим его исходя из следующих соображений:

-канальный сигнал описывается выражением U_i = a_i(t)× r_i(t), где r_i(t) - сигнал-переносчик, причем период переносчика Т₀ значительно меньше периода модулирующего сигнала а_i,, поэтому a_i (t + T₀) ≈ a_i(t);

(4)

-закон изменения коэффициента передачи фильтра K_i(t) должен быть таким, чтобы выполнялось условие (3).

Здесь, как уже упоминалось, величина а_i(t) на промежутке Т₀ практически постоянна, поэтому ее выносим как константу.

Из (4) следует, что функция передачи i- го фильтра должна быть ортогональна функции j- го переносчика.

Вчастности, если применяется синусоидальный переносчик r_i(t)=Asin (ω_0it), то K_i(t) должен меняться по закону: К_i (t) = К₀cos (ω_0it).

Такой способ разделения называется корреляционным. Он реализуется по схеме, содержащей перемножитель и интегратор (Рис. 5).

В этой схеме на один из входов перемножителя П подается групповой сигнал U_гр из группового тракта, на другой вход- немодулированный сигнал от генераторного оборудования (ГО), совпадающий по частоте и фазе с переносчиком интересующего нас канального сигнала.

Фильтр низкой частоты (ФНЧ) имеет полосу пропускания, которая примерно равна полосе, занимаемой сигналом а_i(t). Он подавляет все составляющие, вне полосы частот сигнала а_i(t), поскольку на выходе перемножителя присутствуют суммарные и разностные частоты от всех составляющих группового сигнала.

На практике полоса ФНЧ берется несколько шире спектрачастот сигнала и имеется переходная область, в которой затухание фильтра изменяет свое значение от минимального до максимального. Это требует размещения канальных сигналов в составе группового с некоторыми частотными промежутками(защитными интервалами).

В ряде случаев интегратор И_i, можно объединить с ФНЧ. Сравнивая схему на рисунке (Рис.5) со схемой на (Рис.1), убеждаемся, что i- й канальный корреляционный приемник заменяет пару канальных блоков -полосовой фильтр и демодулятор.

Рис.5. Корреляционный метод разделения сигналов

Корреляционный способ разделения (приема) сигналов пригоден и для других методов модуляции (разумеется, с частотным разделением каналов). Например, в случае ФМ, когда канальный сигнал описывается выражением U_i(t) = Aсоs(ω_0it + ф_i (t)), перемножение на U_оп(t) = Acos(ω_0it) дает набор компонент U_i(t)r_i(t) = (Aсоs(ф_i(t) +Acos(2ω_0it+ ф_i(t)). Вторая компонента подавляется ФНЧ, а первая представляет собой полезный сигнал.

Однако такой способ приема ФМ не очень эффективен, потому что соsф_i(t) слабо меняется в области малых значений ф_i, и это вызывает значительные нелинейные искажения выходного сигнала.

Для исправления этого недостатка целесообразно изменить фазу вспомогательного сигнала на 90°, т.е. использовать не cos(ω_0it), a sin(ω_0it). Перемножение в этом случае даст на выходе сигнал а'_i(t) = sinф_i(t),который при малых изменениях фазы практически ей пропорционален: а'_i(t) = ф_i(t) = a(t).

Корреляционный прием ЧМ сигналов в отличие от ФМ имеет ту особенность, что на выходе (после ФНЧ) фаза колебаний меняется не пропорционально сигналу a(t). Действительно, выходной сигнал при ЧМ описывается выражением

Для получения неискаженного сигнала на выходе перемножителя необходимо включить дифференцирующую цепь (Рис. 6).

Рис.6. Корреляционный прием ЧМ сигналов

Используя амплитудную модуляцию синусоидальных переносчиков и корреляционный метод разделения, можно в принципе увеличить вдвое число передаваемых сигналов в той же самой полосе частот группового сигнала. Для этого все индивидуальные сигналы разделяются на пары и для каждой пары a'_i(t) и а"_i(t) формируется свой канальный сигнал по закону

(5)

Спектры канальных сигналов отдельных пар не пересекаются, поэтому в принципе разделение пар можно осуществлять обычным образом по схеме (Рис. 5). Однако с учетом разделения сигналов одной пары применяется более сложный вариант по схеме (Рис. 6). При этом канальный приемник П_рвключает в себя два перемножителя П_i1 и П_i2, два интегратора И_i1, И_i2 и фазосдвигающую цепь ф_i,с помощью которой сигнал переносчика r_i(t) разделяется на два квадратурных: r_i1(t) = cosω_0i (t) и r_i2(t) = sinω_0i(t) (6).

(6)

Такой метод передачи двух сигналов в одной полосе частот называется квадратурным. Он применяется, в частности, в вещательных системах цветного телевидения, а также при передаче цифровых сигналов по радиоканалам.

Основной недостаток этого метода приема - необходимость восстановления несущей с точностью до фазы.

Рис.6. Канальный приемник сигналов в квадратурах

В линейных аддитивных МСП с ВРК невозможно использовать линейные устройства разделения с постоянными параметрами (фильтры), поскольку канальные сигналы неразделимы по частоте. Здесь корреляционный прием является единственно возможным методом разделения канальных сигналов.

При использовании простых импульсных переносчиков условие идеального разделения имеет вид

(7)

Есликанальный сигнал получен в виде U_i(t) = а_i(t)×r_i(t), где r_i(t) - простой импульсный переносчик (это справедливо для АИМ), то нетрудно прийти к выражению, аналогичному (4), и выводу, что K_t(t) = r_i(t).

Это значит, что устройство канального разделения должно строиться по схеме идеального ключа, открываемого в соответствующие моменты времени по закону r_i(t) (Рис. 7а).

Для других видов импульсной модуляции это утверждение остается в силе, только время открывания ключа τ_ик должно выбираться с учетом модуляции канальных импульсов (Рис. 7б), где, в частности, U_i(t) и U_j(t) -канальные ШИМ- сигналы. При этом τ _ик≤Т_д/N_к,где T_д - период повторения (длительность цикла) сигналов импульсного переносчика, N_K- число уплотняемых абонентских сигналов.

В зависимости отвида импульсной модуляции, числа каналов и скорости передачи применяются различные способы синхронизации генераторов.

Рис.7. Устройство разделения каналов с ШИМ во времени.

При использовании сложных импульсных переносчиков схема приема (Рис. 7 а) дополняется канальными интеграторами (Рис.8а), при этом канальные ключи открываются сигналами управления К_i(t) = r_i(t), где r_i(t) функция замыкания ключа. Интегратор И, осуществляет интегрирование произведения функций U_гр(t)×r_i(t) на интервале Т₀.

В случае комбинированного (частотно-временного) разделения канальных сигналов применяется последовательное включение корреляционных канальных приемников (Рис. 8 б). С помощью временного коммутатора 1, управляемого импульсным переносчиком К_i(t), осуществляется выделение необходимого «временного окна», а с помощью аналогового перемножителя 2, управляемого синусоидальным переносчиком r_i.(t), и интегратора 3выделяется канальный сигнал в заданном «частотном окне».

Рис.8. Устройство разделения каналов во времени с интеграторами:

а) при использовании простых импульсных переносчиков;

б) при использовании сложных импульсных переносчиков.

Для систем с ВРК проблема синхронной и синфазной работы генераторного оборудования на сторонах передачи и приема, которые формируют набор канальных импульсных переносчиков, является решающей.

При кодовом уплотнении каналов сигналы всех каналов присутствуют в линии связи или эфире одновременно, аналогично тому, как это имеет место при частотном уплотнении каналов, но в отличие от частотного уплотнения каналов при кодовом уплотнении каналов сигнал каждого канала занимает всю полосу частот, отводимую для многоканальной системы.

Если при ЧРК или ВРК каждому каналу отводится соответственно своя полоса частот или свой временной интервал, то при кодовом уплотнении и разделении каналов каждый канал "окрашивается" своим кодовым словом и имеет свою специфическую форму сигнала (в отечественной литературе кодовое разделение каналов часто называется разделением каналов по форме сигнала).

Кодовое уплотнение каналов может быть синхронным или асинхронным. Например, в сотовых наземныхсистемах с кодовым разделением каналов (CDMA) или спутниковых радиосистемах с кодовом разделением каналов (ССКРК) сигналы от базовой станции (узла связи) в сторону терминалов (оконечных устройств)уплотняются синхронно, а сигналы от терминалов в сторону базовой станции в эфире передаются асинхронно.

Рассмотрим синхронное кодовое уплотнение и разделение каналов. Функциональная схема передающей и приемной аппаратуры при КРК показана на рисунке (Рис. 9). Будем считать, что сообщения от каждого канала на передачу представлены в двоичной форме:

Рис. 9.Функциональная схема линии связи с кодовым

уплотнением и разделением каналов

Длительности символов во всех каналах одинаковы и равны, концы и начала групп символов всех каналов синхронизированы.

В качестве опорных сигналов подаваемых на перемножители в передающей и приемной частях многоканальной линии связи (Рис. 9), используются синхронные как на передаче, так и на приеме двоичныеортогональные последовательности. Ансамбль двоичных ортогональных сигналов состоит из п кодовых последовательностей (слов), каждое слово содержит бит, где = 1,2,3,....

В простейшем случае ансамбль двоичных ортогональных сигналов образуется с помощью матрицы Адамара:

,

где М -ансамбль (матрица) кодовых слов предыдущей размерности.

Для получения матрицы- М берутся символы матрицы М и меняются на противоположные.

Строка матрицы Н называется кодовым словом. Кодовое слово состоит из п символов. Из свойств матрицы Адамара следует, что в любом кодовом слове всегда ровно половину составляют символы "1" и половину - символы "0".

Будем считать, что в кодовом слове символу "1" соответствует электрический импульс длительностью τ прямоугольной формы положительной полярности с амплитудой, равной единице, а символу "0" - соответствующий импульс отрицательной полярности. Для п = 8 получим следующие опорные сигналы:

На рисунке (Рис. 10) показаны эпюры напряжений в передающей части схемы уплотнения каналов для канала 1. Длительность символа кодового слова. Это значит, что спектр сигнала на выходе перемножителя в n раз ширеспектра входного сигнала, поступающего на аппаратуру уплотнения каналов. При передаче информационного символа на выход перемножителя поступает кодовое слово, при передаче символа на выход перемножителя поступает инвертированное кодовое слово

.

Рис. 10.Эпюры напряжений в передающей части канала 1

В приемном устройстве в аппаратуре разделения каналов (Рис. 9) в каждом перемножителе производится алгебраическое перемножение напряжения опорного сигнала и многоканального принимаемого сигнала (сигналов всех каналов, присутствующих одновременно). Считаем, что начало и конец опорного кодового слова синхронизированы с началом и концом группы принимаемых информационных символовсдлительностью группы.

При воздействии принимаемого сигнала i-го канала на перемножитель с i -м опорнымсигналом происходит свертка широкополосного сигнала в импульс длительностью (узкополосный),который далее поступает на интегратор с синхронным сбросом, который производится после формирования импульса отсчета (Рис. 9).

Эпюры напряжений в схеме разделения каналов для этого случая показаны на рисунке (Рис. 11).

В теории широкополосных сигналов доказывается, что при перемножении двух разных кодовых слов из ансамбля двоичных ортогональных кодов получается кодовое слово, принадлежащее тому же ансамблю, или инвертированное кодовое слово того же ансамбля. Поэтому при интегрировании результата перемножения (кодового слова на интервале времени, содержащего импульсов положительной полярности и импульсов отрицательной полярности)на выходе интегратора в конце интервала интегрирования,напряжение будет равно нулю (Рис. 12). Интегрирование осуществляется с помощью интегратора с синхронным разрядом (Рис.9).

Рис. 11.Эпюры напряжений при обработке принимаемого

сигнала в канале 1

Таким образом, на выходе i -го коррелятора, функции которого выполняет перемножитель поступающего сигналана опорный сигнал × и интегратор с синхронным разрядом (Рис. 11), появится полезный сигнал только от сигнала i -го канала, если он присутствует на входе. Напряжения на выходе i -го коррелятора от сигналов других каналов будут равны нулю. Это означает, что в схеме (Рис. 9)производится разделение канальных сигналов без взаимных помех.

Рис. 12.Эпюры напряжений в приемной части канала 1

при воздействии принимаемого сигнала канала 6

Математически, сказанное выше,описывается следующим образом. Если для удобства пронормироватьзначения напряжений опорных сигналов, то можно записать

Тогда напряжения на выходах корреляторов в схеме разделения каналов запишется следующим образом:

,

где имеет постоянную амплитуду на интервале времени; - принимаемый сигнал i -го канала. Здесь на интервале времени, может иметь следующие значения:

Синхронное кодовое уплотнение и разделение каналов, так же как и ортогональное частотное уплотнение, и разделение каналов, реализуют идеальную линейную систему уплотнения и разделения каналов.

В окружающем нас мире чистые вещества встречаются крайне редко, в основном большинство веществ на земле и в атмосфере – это разнообразные смеси, содержащие более двух компонентов. Частицы размером примерно от 1 нм (несколько молекулярных размеров) до 10 мкм называются дисперсными (лат. dispergo – рассеивать, распылять). Разнообразные системы (неорганические, органические, полимерные, белковые), в которых хотя бы одно из веществ находится в виде таких частиц, называются дисперсными. Дисперсные - это гетерогенные системы, состоящие из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними или смесь, состоящая как минимум из двух веществ, которые совершенно или практически не смешиваются друг с другом и не реагируют друг с другом химически. Одна из фаз – дисперсная фаза – состоит из очень мелких частиц, распределенных в другой фазе – дисперсионной среде.

Дисперсная система

По агрегатному состоянию дисперсные частицы могут быть твердыми, жидкими, газообразными, во многих случаях имеют сложное строение. Дисперсионные среды также бывают газообразными, жидкими и твердыми. В виде дисперсных систем существует большинство реальных тел окружающего нас мира: морская вода, грунты и почвы, ткани живых организмов, многие технические материалы, пищевые продукты и др.

Классификация дисперсных систем

Несмотря на многочисленные попытки предложить единую классификацию этих систем, она до сих пор отсутствует. Причина заключена в том, что в любой классификации принимаются в качестве критерия не все свойства дисперсных систем, а только какое-нибудь одно из них. Рассмотрим наиболее распространенные классификации коллоидных и микрогетерогенных систем.

В любой области знаний, когда приходится сталкиваться со сложными объектами и явлениями, для облегчения и установления определенных закономерностей целесообразно классифицировать их по тем или иным признакам. Это относится и к области дисперсных систем; в разное время для них были предложены различные принципы классификации. По интенсивности взаимодействия веществ дисперсионной среды и дисперсной фазы различают лиофильные и лиофобные коллоиды. Ниже кратко изложены другие приемы классификации дисперсных систем.

Классификация по наличию или отсутствию взаимодействия между частицами дисперсной фазы. Согласно этой классификации дисперсные системы делят на свободнодисперсные и связнодисперсные; классификация применима к коллоидным растворам и к растворам высокомолекулярных соединений.

К свободнодисперсным системам относят типичные коллоидные растворы, суспензии, взвеси, разнообразные растворы высокомолекулярных соединений, которые обладают текучестью, как обычные жидкости и растворы.

К связнодисперсным относят так называемые структурированные системы, в которых в результате взаимодействия между частицами возникает пространственная ажурная сетка-каркас, и система в целом приобретает свойство полутвердого тела. Например, золи некоторых веществ и растворы высокомолекулярных соединений при понижении температуры или с ростом концентрации выше известного предела, не претерпевая внешне каких-либо изменений, утрачивают текучесть — желатинируют (застудневают), переходят в состояние геля (студня). Сюда же можно отнести концентрированные пасты, аморфные осадки.

Классификация по дисперсности. Физические свойства вещества не зависят от размеров тела, но при высокой степени измельчения становятся функцией дисперсности. Например, золи металлов обладают различной окраской в зависимости от степени измельчения. Так, коллоидные растворы золота предельно высокой дисперсности имеют пурпурный цвет, менее дисперсные — синий, еще менее —зеленый. Есть основания полагать, что и другие свойства золей одного и того же вещества меняются по мере измельчения: Напрашивается естественный критерий классификации коллоидных систем по дисперсности, т. е. разделение области коллоидного состояния (10^-5—10^-7 см) на ряд более узких интервалов. Такая классификация была в свое время предложена, но она оказалась бесполезной, так как коллоидные системы практически всегда полидисперсны; монодисперсные встречаются очень редко. К тому же степень дисперсности может меняться во времени, т. е. зависит от возраста системы.

Классификация дисперсных систем

Признак классификации	Название системы
Размер частиц дисперсной фазы:
до 1 нм	Ультрамикрогетерогенная (наносистема)
1–10 нм	Ультрадисперсная
10 нм – 1мкм	Высокодисперсная
1 – 100мкм	Грубодисперсная
Фракционный состав частиц дисперсной фазы:
частицы одинакового размера	Монодисперсная
частицы разного размера	Полидисперсная
Концентрация частиц дисперсной фазы:
малая	Свободнодисперсная или связнодисперсная
большая	Связнодисперсная или свободнодисперсная
Характер взаимодействия дисперсных частиц с дисперсионной средой:
слабое	Лиофобная
сильное	Лиофильная
Характер распределения фаз:
сплошное	Континуальная
сетка тонких прослоек	Биконтинуальная
Форма частиц:
Длина, ширина и толщина примерно одинакова (от 1 нм до 10 мкм)	Объёмные (трехмерные)
толщина одинакова (1 нм – 10 мкм), а длина и ширина значительно больше и могут иметь макроскопические значения (более 100 мкм)	Поверхностные (двухмерные)
очень тонкие нити, волокна, диаметр поперечного сечения составляет от 1 нм до 10 мкм	Линейные (одномерные)
сферическая, кубическая	Симметричные
эллипсоидная, призматическая	Анизодиаметричные

Классификация по агрегатному состоянию. Наиболее общая классификация дисперсных систем основана на различии в агрегатном состоянии дисперсионной среди и дисперсной фазы. Сочетания трех видов агрегатного состояния позволяют выделить девять видов дисперсных систем. Для краткости записи их принято обозначать дробью, числитель которой указывает на дисперсную фазу, а знаменатель на дисперсионную среду, например для системы "газ в жидкости" принято обозначение Г/Ж.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и

Дата добавления: 2014-01-03