Способ определения локального коэффициента ослабления в дисперсной среде

 

Изобретение относится к области исследования материалов и анализа чистоты среды и может быть использовано в коллоидной химии, в физике твердых тел, в оптике атмосферы и водных объемов. С целью повышения точности измерений локальный коэффициент ослабления в дисперсной среде определяют пропусканием через дисперсную среду с двух противоположных сторон монохроматического излучения, которое рассеивается на дисперсных частицах. Затем измеряют интенсивности рассеянных лучей при прохождении монохроматического излучения как с одной, так и с противоположной сторон дисперсной среды. Локальный коэффициент ослабления определяют по формуле K<SB POS="POST">AB</SB>=ψ[LNI<SB POS="POST">A</SB>I<SB POS="POST">B</SB>/(I<SB POS="POST">A</SB>I<SB POS="POST">B</SB>)-φ], где K<SB POS="POST">AB</SB> - коэффициент ослабления монохроматического излучения в промежутке между точками А и В, I<SB POS="POST">A</SB>, I<SB POS="POST">B</SB> - интенсивности рассеянных лучей с малых объемов с центрами в точках А и В при прохождении монохроматического излучения с одной стороны, а I<SB POS="POST">A</SB>, I<SB POS="POST">B</SB> - при прохождении с противоположной стороны, ψ - коэффициент, обратно пропорциональный расстоянию между точками А и В, φ - коэффициент, зависящий от углов наблюдения рассеянных лучей. 4 ил.

СО!ОЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 С 01 N 21/59

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

1ATiË×3 . !.;. . !! . 1"

Е,, Б и:!О

К Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ рассеянного в точках х и х!,, на фиг. 2 . схема установки для ос: гнествления предлагаемого способа; на фиг. 3 и 4— представлены зависимости распределе- фв ния коэффициента ослабления по длине кюветы, наполненной соответственно коллоидным раствором эмульсионного клея в дистиллированной воде и табачным дымом.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР. (21) 4370731/31-25 (22) 29. 12. 87 (46) 30. 07. 89, Бюл, !("- -28 (71) Научно-исследовательский институт физики конденсированных сред при

Ереванском государственном университете (72) А. Е. Мартиросян (53) 535.36(088. 8) (56) Зуев В. E. и др. Лазерное зондирование промышленной дымки. — В кн.:

Распространение оптических волн в атмосфере. Новосибирск, Наука, 1975, с. 160-164.

Захаров В. M. Костко О. К. Метеорологическая лазерная локация. Л.:

Гидрометеоиздат, 1977, с. 128-134. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНОГО

КОЭФФИЦИЕНТА ОСЛАБЛЕНИЯ В ДИСПЕРСНОЙ

СРЕДЕ (57) Изобретение относится к области исследования материалов и анализа чистоты среды и может б((ть использовано в коллоидной химии, в физике твердых тел, в оптике атмосферы и водных объемов. С целью повьипения

Изобретение относится к исследованию материалов и анализу чистоты среды и может быть использовано в коллоидной химии, в физике твердых тел, в оптике атмосферы и водных объемов.

Цель изобретения — повышение точности измерения и расширение диапазона исследуемых сред.

На фиг. 1 схематически поясняется геометрия приема в точке С излучения, „„Я0„„1497525 А 1 точности измерений локальньн! коэффициент ослабления в дисперсной .среде определяют пропусканием через дисперсную среду с двух противоположных сторон монохроматического излучения, которое рассеивается на дисперсных частицах. Затем измеряют интенсивности рассеянных лучей при прохождении монохроматического излучения как с одной, так и с противоположной сторон дисперсной среды. Локальный коэффициент ослабления определяют по формуve К „, = Ч 1.п 1А1, /1АТВ) -g j

К вЂ” коэффициент ослабления монохроАВ матического излучения в промежутке между точками А и В; 1А, 1 — интен — а сивности рассеянных лучей с малых объемов с центрами в точках А и В при прохождении монохроматического излу( чения с одной сторонь! а IА ТВ при прохождении с противоположной стороны; p — коэффициент, обратно г пропорциональный расстоянию между

ЬиМ точками А и В; p — коэффициент, зависящий от углов наблюдения рассеянных лучей. 4 ил. Ю

3 149752

При распространении падающего монохроматического излучения по оси Х интенсивность рассеянного света I(x) регистрируемого в определенной точке, представляет собой сложную функцию от от Х

5. 4

Можно показать, что коэффициент ос.— лабления в интервале (X и Х ) выражается как

1 Т(ха)1 (хе) у ()"() 7()1(),„® г (х) i 10 где N(x) — концентрация дисперсных частиц;

V(x) — малый обьем среды с центром в точке Х; 15

r(x) " расстояние от рассеивающего объема до точки наблюдения;

I(x) - интенсивность падающего излучения; 20

Р (0) характеризует интенсивность рассеянного света по углам, а п(х) возможное ослабление рассеянного света до регистрации, связанное, например, с вторичным рассеянием, поглощением и т.д. (n(х) - та часть рассеянного луча, которая доходит до регистрирующего устройства), tt — коэффициент пропорциональности.

Пусть

m(x)

Рассмотрим рассеяние монохромати- 35 ческого излучения, распространяющегося в среде по оси Х с двух противоположных сторон среды, из малых объ-,.

PMoB c центрами в точках Х < и Х < (фиг. 1). При прохождении излучения, 40 слева направо интенсивности регистрируемых в точке С рассеянных лучей

Х(х .) и I(x ) равны

? (х ) = 1(ха) (4) 1(xg) 45

I (x ) = m(x <) p(8 >) I (x ) exp — K(x) d„ ((0 где К(х) — коэффициент ослабления падающего излучения в 5р дисперсной среде;

I(x ) — интенсивность падающего а излучения в точке Õo.

Известно, что среднее значение

К(х) в,.интервале (Ха, Хе) определяет- 55 ся как хе

) К(х)1, К(х, х) х — х

-ЮИ.,((в(J где коэффициент q(x, х )

1п э ависит только от формы индикатриссы рассеивающих час- тиц.

Следовательно, разбивая путь ïàäàющего лазерного излучения на интерва< ) (xtg З) (x3 ) т.д. и регистрируя рассеянный свет с соответствующих малых объемов с центрами в точках х,, х, х . .. можно вычислить значения локальных коэффициентов ослабления в дисперсной среде.

В некоторых случаях с большой точностью можно полагать, что

Ч(а е)= О.

Это выполняется в случае, если

d(<$ где d — размеры частиц; 9 длина волны излучения, тогда P(8o)

=P (((6 )(3(9<) =P (— 8((); 8 = совt и, следовательно, Pj (6а) = P (gе), (((-6„) Р (((-9 ) . В последнем случае либо наблюдение проводится с расстояния гораздо большого., чем длина среды, рассеивающей свет, либо размеры среды настолько малы, что позволяют регистрировать рассеянное излучение с различных точек среды под одним и тем же углом (путем параллельного перемещения регистрирующего устройства по отношению к рассматриваемой среде или наоборот).

В качестве исследуемой среди используются коллоидные растворы и табачный дым, которым наполняют:..стеклянную кювету 1 с внутренним диаметром 2 и дпиной 20 см. В оптическую схему входят лазер 2, полупрозрачное зеркало 3, система зеркал 4, вращающийся диск 5. Регистрация рассеянного излучения осуществляется с помощью объектива 61 монохроматора 7, фотоэлектронного умножителя 8 и цифрового вольтметра 9.

Способ осуществляют следующим образом.

97525

Тд Та

5 14

Поляризованное по аси Z (ось Е перпендикулярна плоскости ху, см. фиг. 2) излучение He — И лезера, проходя через систему зеркал, попадает в кювету. С памощьи вращающегося диска излучение лазера проходит через кювету та с одного, то с другого торца и рассеивается на дисперсных частицах. Часть рассеянного света при помощи обьектива фокусируется навходную щель монохроматора и регистрируется ФЭУ и цифровым вольтметром.

Объектив, манахраматар и фотоумножитель жестко прикреплены друг с дру» гом и могут поворачиваться. вокруг точки D па направлению стрелок. Это позволяет регистрировать рассеянный свет из любой области кюветы.

Пример !. Исследовался коллаидный раствор эмульсионнага клея в дистиллированной воде. Учитывая, что среди дисперсных частиц эмульсии имеются такие, размеры которых больше длины волны излучения, необходимо первоначально получать значения ((эо а )

Для этога в кювету наливают хорошо. перемешанный, равномерно распределенный каллоидный раствор и, измеряя ослабление прошедшего через кювету лазерного излучения, получают эталонное1 : значение К, после чего находят значения g (ОО, 8 lI ).

Эти значения р (8> 0 р ) используются для нахождения К(х, xlI) N(x>, х ) с произвольным распределением эмульсионного клея в дистиллированной воде.

Пример 2. Во втором эксперименте кювета наполнялась табачным дымом. Известно, что средний размер частиц дыма составляет d 160 нм.

Регистрация рассеянного излучения производилась под углами 9 90 к о распространению лазерного луча.

Принимая во внимание, чта в обоих экспериментах лазерное излучение преимущественно ослабляется в среде благодаря поглощению и рассеянию части-. цами дыма и эмульсии, то полученные зависимости на фиг. 3 и 4 одновременно характеризуют распределение концентрации соответствующих дисперсных частиц. Абсолютная ошибка измерений

ОптическОй плОтнОсти (xlI — х ) х х К(х, х ) между любыми двумя точками х и х в первом эксперименте составляет + 0,02, во втором + 0,01.

Увеличение абсолютной погрешности в первом опыте связано с дополнительными измерениями значений g(g, В ) .

Таким образом, ошибка измерения среднего коэффициента ослабления зависит от расстояния между точками

В опытах расстояние между соседними точками, откуда поступают сигналы рассе янно ro излучения, т. е . длина локальных областей, составляет 2 см, следовательно, ошибка определения ло— кальнаго коэффициента ослабления в первом эксперименте составляет

15 + О Я см у а Bo BTopoM + 0 005 cM °

Чем дальше друг ат друга находятся точки х и х> между которыми из— меряется К х, х„), то тем точнее изЯ У мерения.

Следует подчеркнуть, чта погрешность измерений не носит систематического характера и не возрастает с увеличением расстояния между исследуемой областью и регистрирующим устройством. Предлагаемый способ можно применять как для исследований протяженных сред — атмосферы, водных объемов, так и в лабораторном анализе каллоид— ных растворов, твердых веществ и т.д, 30

Фа рмул а из а бре те ния

Способ определения локального коэффициента ослабления в дисперснай среде, заключающийся в там, что на35 правляют на исследуемую дисперсную среду монахроматическае излучение, регистрируют интенсивности рассеяннога в двух точках среды излучения и

40 Определяют локальный кОэффицHLHT ос лабления, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и расширения диапазона исследуемых сред, дополнительно направ45 ляют на исследуемую среду мОнОхрОма тическое излучение тай же длины волны в направлении, противоположном первоначальному, прн этом регистрируют интенсивности излучения, рассеян50 ного в тех же точках среды, чта и при первоначальном измерении, а локальный коэффициент ослабления определяют из выражения где К вЂ” локальный коэффициент ослабления манохроматическо1497525 го излучения, в области между точками A и В; ния в противоположном направлении, 4> — коэффициент, обратно пропррциональный расстоянию между точками A и В; (P — коэффициент, зависяший от углов наблюдения точек А и В по отношению к падаюшему излучению и от индикатриссы рассеяния, Т4 ° Ть — интенсивности излучения, рассеянного в точках А и 5

В, при прохождении излучения в одном направлении;, I — интенсивности излучения, рассеянного в точках А и 10

В. при прохождении излучеРиа 7 и Ю zy у

@@4

Г

Составитель В. Калечиц !

Техред Л.Олийнык Корректор Л. Патай

Редактор Ю. Середа

Заказ 4437/45 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101