Способ определения параметров дисперсных частиц

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим дистанционным методам контроля параметров взвешенных дисперсных частиц,и может найти применение в плазмохимической технологии. Цепь изобретения состоит в расширении информа гивноИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к методам дистанционного оптического контроля параметров взвешен - ных дисперсных частиц, и может найти применение, например, в плазмохимнческой технологии. Цель изобретения состоит в расширении информативности за счет дополнительного определения распределения частиц по размерам. сти за счет дополнительного определения распределения частиц по рав мерам. Объем с дисперсными частицами зондируют пучком маломощного лазерного излучения о Излучение, отраженное частицами, назад, оптически смешивают с зондирующим измерением, регистрируют частотный спектр бие- НИИ, из которого находят распределение частиц по скоростям, затем одновременно с зондирукицим лазерным излучением счетньй объем подвергают воздействию мощного лазерного импульса на длине волны, отличной от длин волны зондирующего лазерй. По изменению частотного спектра биений отраженного зондирующего лазерного излучения определяют распределение частиц по размерам. Из- ; менение допплеровского спектра биений возникает за счет нелинейных эффектов взаимодействия мощного лазерного измерения с дисперсными частицами , в результате которого частицы приобретают дополнительную скорость . 1 ил. На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего способ определения параметров дисперсных частиц. Устройство содержит зондирующий лазер 1, первое 2 и второе 3 зеркала телескопа, светоделитель1ную пластину 4, светофильтр 5, фотоприемник 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, цифроаналоговьвЧ преобразователь (ЦЛП) 8, aHajDi;iaTop 9 спектра. g (Л ел о 00 1Й1 N9

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИМ (51) 5 G 01 N 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ". АБО Я

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего спо- соб определения параметров дисперсных частиц.

Устройство содержит зондирующий лазер 1, первое 2 и второе 3 зеркала телескопа, светоделительную пластину 4, светофильтр 5, фотоприемник

6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, цифроаналоговый преобразо" ватель (ЦАП) 8, анаюгчзатор 9 спектра, (46) 07. 07. 92. Бюл. № 25 (21) 4298601/25 (22) 19.08 ° 87 (71) Институт оптики,и атмосферы

СО АН СССР и Томский политехнический институт им. С.М.Кирова (72) И.А.Тихомиров, Ю.Д.Копытин, О.Г.Новиков, С.Ф,Баландин и В.Ф,Иышкин (53) 533.9(088.8) (56) Зуев В.Н., Копытин Ю.Д., Куэиковский А.В. Нелинейные оптические эффекты в аэрозолях. Новосибирск, Наука, 1980, с.184.

Дьюли У, Лазерная технология и анализ материалов. М.; Мир, 1986, с. 504. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАИЕТРОВ

ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в . частности к оптическим дистанционным методам контроля параметров взвешенных дисперсных частиц,и мо« жет найти применение в плаэмохимической технологии. Цель изобретения состоит в расширении информа1ивноИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частмости к методам дистанционного оптического контроля параметров взвешен ных дисперсных частиц, и может найти применение, например, в плаэмохимической технологии.

Цель изобретения состоит в расширении информативности sa счет дополнительного определения распределения частиц йо размерам.

„„Я0„„1 508742 А 1 сти sa счет дополнительного определения распределения частиц по равмерам. Объем с дисперсными частицами зондируют пучком маломощного лазерного излучения. Излучение, отраженное частицами назад, оптически смешивают с зондирующим измерением, . регистрируют частотный спектр бие- ний, из которого находят распределение частиц по скоростям, затем одновременно с зондирующим лазерным излучением счетный объем подвергают воздействию мощного лазерного импульса на длине волны, отличной от длин волны зондирующего лазера.

По изменению частотного спектра биений отраженного зондирующего лазерного излучения определяют распределение частиц по pasMepaM. Hs-: менение допплеровского спектра биений возникает эа счет нелинейных эффектов Bзаимодействия мощного лазерного измерения с дисперсными частицами, в результате которого частицы приобретают дополнительную скорость. 1 ил.

3 150874 мощный импульсный лазер 10, ЭВМ 1 1 и исследуемый объем 12 (условно) .

Устройство работает следующим образом.

Излучение зондирующего лазера 1 направляется в исследуемый объем

12 ° Отраженное от дисперсных частиц излучение, проходя резонатор лазера

1, усиливается, отражается от светоделительной пластины 4, проходит через светофильтр 5 и попадает на фотоприеиник 6. На фотоприеиник 6 попадает также часть излучения непосредственно иэ резонатора лазера 1.

Квадратичный фотоприемник 6 регистрирует спектр частот биения интенсивности отраженного и зондирующего из- лучений. Сигнал фотоприемника 6 запоминается в памяти АЦП 7, воспроизводится ЦАП 8, разлагается по частотам анализатором 9 спектра импуль" сов, анализируется на ЭВИ 11. Импульс мощного лазерного излучения на другой длине волны попадает в исследуемую среду, сообщая частицам дополнительную скорость в направлении распространения луча. Спектр частот биений интенсивности запоминается в блоке памяти АЦП 7, а изменение спектра частот биений анализируется на ЗВМ 11.

Физический механизм движения частиц в оптическом поле мощного луча основан на эффекте светового давления.

Выбор диапазона интенсивности

1-10 ИВт/см, воздействующего импульса лазерного излучения обусловлен .тем, что при меньших интенсивностях заметного изменения скорости не происходит, а при больших интенсивностях скорости частиц не зависит от их размера.

Интенсивность зондирующего излучения ограничена величиной 100 КВт/см,45 обусловленной тем, что при дальнейшем увеличении интенсивности про" исходит заметное воздействие иэлучения на частицы.

Расшифровка допплеровских частот- 50 ных спектров биений ведется с учетом того обстоятельства, что исходный (невозмущенный) спектр уже, чем возмущенный. Возможны два случая: частицы движутся навстречу и по на- 55 правлению распространения лазерного излучения. В первом случае возмущенный спектр содержит частоты ниже, чем исходный (невозмущенный). Во

2 4 втором случае возмущенный спектр вытягивается только в сторону больших частот. Для получения истинной функции распределения по скоростяи производится операция вычитания иэ каждого значения скорости возмущенного спектра значения средней скорости невозмущенного ансамбля частиц е

Размер а частиц, принадлежащих к i-му размерному интервалу, определяется с помощью соотношения

3 27 !ь md+ 2 а

3й — М -1

4К тр. m,— 1 i > где — динамическая вязкость

8 газовой среды;

К вЂ” волновое число воздействующего лазерного излучения;

I - интенсивность воздействующего лазерного излучения;

" плотность вещества частицы!

m — комплексный показатель пре4 ломпения частиц; — длина волны зондирующего

1 лазерного излучения;

1, — частота, соответствующая максимуму невозмущенного спектра биений; — частота в возмущенном

1 спектре биений, соответствующая частицам i-го раэ" мерного интервала.

Число N; частиц, копавших в i-й размерный интервал, определяется иэ соотношения

N 314 «.1»

Z б-„(а V где Р(а;) — интерсивность излучения, отраженного частицами

i-го размерного интервала;

b(a;) — эффективное сечение рассеяния назад на частице, принадлежащей к i-uy размерному интервалу;

V — - величина счетного объема;

С, — аппаратурная постоянная. тФориула изобретения

Способ определения параметров дисперсных частиц, включающий эонди рованне исследуемого объема лазерным излучением с интенсивностью I в пределах до 100 кВт/см, оптиче 1508742 ское смешение отраженного назад ис- следуемыми дисперснимн частицами лазерного излучения с зондирующим лазерным излучением, регистрацию частотного допплеровского спектра биений и определение по этому спектру распределения частиц по скоростям, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности эа счет дополнительного определения распределения частиц по размерам, исследуемый объем дополнительно подвергают воздействию импульса лазерного излучения с интенсивностью

I, выбранной в пределах от 1 до

10 ИВт/рм на длине волны, отличной от длины волны 3 зондирующего лазерного излучения, регистрируют частотный спектр отраженного зондирующего излучения, определяют изменения в частотном спектре биений, возникшие в результате воздействия импульса лазерного излучения, из которых находят размеры а и число 25

N, частиц, принадлеааших к i-му размерному интервалу, с помощью следующих соотношений а.

27лв m + 2

4К Тфв щ а

-- ь (- .)

Р(a ) с

I 4@ (а<) Ч

Ра

I е

Р(а, ) 6(а,)»

С, - динамическая вязкость газовой среды;

- волновое число воздействующего лазерного излучения; — плотность вещества частицыу

- комплексный показатель преломления частицы;

- частота, соответствующая максимуму невозмущенного спектра биений;

- частота в возмущенном спектре биений, соответствующая частицам i-ro размерного интервала)

- интенсивность излучения отраженного частицами

i-ro размерного интервала; эффективное сечение рассеяния назад на частице, принадлежащей к i-му размерному интервалу;

- величина счетного объема; аппаратурная постоянная.

1508742

Составитель P.Èâàêîâ

Техред И.Лидык

Редактор В.Трубченко

Прояэводственно-издвтельский комбинат "Патент" ° г. Уагород, ул. Гагарина, 101

Закаа 2818(ДСП

ВНИИПИ Государственного

113035

Корректор И.Иуска

Ю ВВЮ ЭВ

Тирам Подписное комитета по изобретениям я открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4(5