Оптико-электронный способ измерения размеров и концентрации дисперсных частиц и устройство для его осуществления (его варианты)

 

1. Оптикоэлектронный способ измерения размеров и концентрации дисперсных частиц, включающий освещение потока частиц в измерительном объеме двумя световыми пучками и ре .генерацию импульсов рассеянного света с последующим их анализом, о тлнчающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения концентраций, формируют световые пучки с поперечным сечением в измерительном объеме в виде полуколец с отношением ширины полукольца к его среднему диаметру, не превышающим 0,1, располагают световые пучки один за другим по ходу потока частиц или смещают их относительно друг друга в направлении, перпендикулярном потоку частиц на расстояние не меньшее диаметра полуколец, а поток частиц направляют перпендикулярно диа .метру полуколец.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (! 9) ()1) (g()4 G 01 N 15/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ +.

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3659696/24-25 (22) 02.11.83 (46) 15. 08. 85. Бюл, 11- 30 (72) С.M. Коломиец и В. В. Смирнов (71) Институт экспериментальной метеорологии (53) 532.529(088,8) (56) Беляев С.П., Никифорова Н.К.. и др. Оптико-электронные методы изучения.аэрозолей. M.; Знергоиздат, 1981, с.ill-ll3.

Авторское свидетельство СССР

Ф 857812, кл. G 01 N 21/85, 1981. (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1, Оптико-электронный способ измерения размеров и концентрации дисперсных частиц, включанипий освещение потока частиц в измерительном объеме двумя световыми пучками и ре.генерацию импульсов рассеянного света с последующим их анализом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения концентраций, формируют световые пучки с поперечным сечением в измерительном объеме в виде полуколец C отношением ширины полукольца к его среднему диаметру, не превышающим

0,1, располагают световые пучки один за другим по ходу потока частиц или смещают их относительно друг друга в направлении, перпендикулярном потоку частиц на расстояние не мень1

Ф шее диаметра полуколец, а поток частиц направляют перпендикулярно.диа.метру голуколец.

1173265

2. Оптико-электронное устройство для измерения раэ;еров и концентрации дисперсных частиц, включающее оптически связанные осветитель, светоделительную систему, объектив и приемо-анализирующий блок, о т л ич а ю щ е е с я тем, что светоделительная система выполнена в виде последовательно установленных аксикона с преломляющим углом, не менее .чем в 10 раз превосходящим угол расхождения пучка света, и составной призмы, в которой плоскопараллельная

° пластина по плоскости, перпендику" лярной параллельным поверхностям, сочленена с призмой Дове, причем призма установлена вдоль оптической оси, а граница сочленения составной призмы на торце, обращенном к аксикону, расположена на оси и перпендикулярна направлению потока частиц.

Изобретение относится к. контрольно-измерительной технике и может найти применение при определении характеристик дисперсных систем в химической промьппленности, метеорологии, медицине, при контроле загрязнений газов и жидкостей.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения концентраций. 10

На фиг. l показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вид поперечного сечения пучков в потоке частиц, когда пучки размещены друг под другом; на фиг. 3 — вид попереч- Ig ного сечения пучка, когда пучки сдвинуты один относительно другого поперек потока.

Устройство содержит источник света 1, формирующий пучок света с малойщ расходимостью, например одномодовый лазер, светоделительную систему 2, включающую аксикон 3 с преломляющим углом, не менее чем в 10 раз превышающим угол расходимости пучка 25 света, плоскопараллельную пластину 4, которая по плоскости, перпендикуляр-„ ной параллельным поверхностям, сочленена с преломляющим элементом 5

3. Оптико-электронное устройство для измерения размеров и концентрации дисперсных частиц, включающее оптически связанные осветитель, светоделительную систему, объектив и приемно-анализирующий блок, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что светоделительная система выполнена в виде последовательно установленных аксикона с преломляющим углом, не менее чем в 10 раэ превосходящим угол расхождения пучка света, и составной . призмы, в которой плоскопараллельная пластина по плоскости, перпендикулярной параллельным поверхностям, сочленена с оптическим клином, преломляющий угол которого выбран не меньшим преломляющего угла аксикона, причем преломляющее ребро клина параллельно направлению потока частиц.

2 (призмой Дове или оптическим клином) ..

Объектив 6 фокусирует прошедшие пучки в поток частиц, направление которого показано стрелкой 7. На пути нерассеянного светового потока установлена светоловушка 8, а на пути рассеянного под заданным углом света — приемно-анализирующая аппаратура 9, включающая фотоприемник 10 и электронный анализатор Il. Граница сочленения плоскояараллельной пластины 4 с преломляющим элементом 5 прямолинейна, проходит через оптическую ось, обусловленную осветите-лем 1, аксиконом 3, объективом 6, и перпендикулярна направлению потока дисперсных частиц 7. Освещающиеся пучки в месте анализа частиц в своем сечении приобретают вид полуколец (фиг.2 и 3). B том случае, когда в качестве преломляющего элемента 5 служит призма Дове, полукольца размещены друг под другом фиг.2) . Когда используется оптический клин с преломляющим ребром, параллельным потоку

7 частиц, полукольца смещены относительно друг друга в направлении, перпендикулярном потокучастиц(фиг.3), не менее чем на диаметр полукольца.

1173265

Устройство работает следующим образом.

Пучок света от источника 1 падает на аксикон 3, на выходе которого образуется конический пучок с углом 5 раствора, 20. Излучение, прошедшее через верхнюю половину аксикона, проходит через преломляющий элемент

5,вторая же половина пучка проходит через плоскопараллельную пластину 4. 10

Таким образом, из исходного пучка формируется два пучка, каждый из которых полуконический, поскольку на преломляющий элемент 5 и пластину .

4 попадает только соответствующая 15 половина поперечного сечения пучка.

Затем оба пучка объективом 6 фокусируются в поток частиц в счетный объем прибора. При этом в фокальной плоскости объектива 6 каждый пучок 20 имеет в поперечном сечении вид полукольца. Линия максимальной интенсивности в каждом полукольце имеет вид полуокружности с центром, совпадающим с центром полукольца. 2S

Частицы, пролетая два пучка света, имеющих вид полуколец, дают засветку фотоприемника в виде идентичных импульсов. По амплитуде импульсов судят о размерах частиц, по 30 количеству импульсов определяют концентрацию частиц.

Аксикон с преломляющим углом, в

10 раз превосходящим угол расхождения пучка света источника, позволяет получить малую вероятность прохождения частицы на краю освещенной зоны, поэтому ширина полукольца и по среднему диаметру не превышает 0,1. В том случае, когда граница сочленения плоскопараллельной пластины с преломпяющим элементом проходит через оптическую ось, удается получить полукольца разных размеров и интенсивности. Ориентация границы сочленения плоскопараллельной пластины с преломляющим элементом перпендикулярно потоку позволяет разместить освещающие пучки в потоке дисперсных частиц или один под одним, ипи сме— щенными относительно друг друга, но с выпуклостью полукольцевого освещения, направленного вдоль потока частиц.

В том случае, когда преломляющий элемент выполнен в виде призмы Дове, конический пучок после аксикона 3 оборачивается на отражающей грани, благодаря чему после объектива 6 пучки размещаются один под другим, с выпуклостью освещенных пучков, направленной в одну сторону.

Для полуколец, размещенных друг под другом, удается разместить их в непосредственной близости друг от друга, поэтому измерительный объем становится мал и удается проводить измерения при больших концентрациях частиц.

В том случае, когда преломляющий элемент выполнен в виде оптического клина, происходит отклонение освещающего пучка, имеющего в сечении вид полукольца в направлении, перпендикулярном потоку частиц. В этом случае каждая частица дает один импульс засветки. При таком размещении освещашщих пучков появляется возможность регистрировать частицы

1 при их малых концентрациях, когда .становится малой вероятность пересечения частиц освещенного объема.

11 73265

+а

Составитель Л.Макальский

Редактор С.Тимохина Техред И.Асталош Корректор М,Розман

Заказ 5042/41 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д,4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород. ул.Проектная, 4