Способ определения размеров частиц в потоке среды

 

Изобретение относится к технической физике и, в частности, к способам автоматизированного определения размеров частиц в технологических средах. Цель изобретения - повышение точности измерений. Амплитуду каждого зарегистрированного сигнала корректируют в зависимости от расстояния между траекторией движения частицы и центром измерительной зоны, которое определяется путем измерения временного несовпадения импульсов сигналов ослабления светового потока, полученных при прохождении частицей двух симметричных относительно оптической оси участков измерительной зоны. Перед определением размеров частиц увеличивают амплитуду сигнала ослабления в зависимости от этого расстояния в K раз: K=[(φА 2Z/2λF 2)/SIN (φА 2Z/2λF 2)] 2, где A - радиус ограничивающего световой поток отверстия

Z - расстояние до центра измерительной зоны

λ - длина волны используемого излучения

F - фокусное расстояние объектива. При Z=0 амплитуда не корректируется. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (g1)g G 01 И 15/02

4384 А1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

В исследуемои среде, проходящеи с постоянной скоростью через капилляр 6, формируют измерительную зону, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изОБРетениям и ОТКРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4628316/3 1-25 (22) 29.12.88 (46) 23.09,90. Бюл. Р 35 (71) Институт электроники АН БССР (72) Е.К. Чехович (53) 535.082.5:614.845.1 (088.8) (56) Беляев С.П. и др. Оптикоэлектронные методы изучения аэрозолей.-N.:

Энергоиздат, 1981, с. 111-114.

Авторское свидетельство СССР

И - 1173263, кл. G 01 N 15/02, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЧ РАЗМЕРОВ

ЧАСТИЦ В ПОТОКЕ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к технической физике и, в частности, к спо-. собам автоматизированного определения размеров частиц в технологических средах. Цель изобретения — повышение точности измерений. Лмплитуду каждого зарегистрированного сигнала корИзобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения размеров частиц и распределения их по размерам как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже изображена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, объективы 3-5, капилляр 6 для прокачки исследуемой среды, светоделитель 7, фотоприемники 8-10, двухщелевую диафрагму 11, прямоуголь ректируют в зависимости от расстояния между траекторией движения частицы и центром измерительной зоны, которое определяется путем измерения временного несовпадения импульсов сигналов ослабления светового потока, получеиных при прохождении частицей двух симметричных относительно оптической оси участков измерительной зоны. Перед определением размеров частиц увеличивают амплитуду каждого сигнала ослабления в зависимости от этого расстояния в К раз:

I(=j(t а,"/2ЛЛ ) / sin (Та z/2ЛЕ2) Р, где а — радиус ограничивающего световой поток отверстия; z — расстояние е до центра измерительной зоны; Л вЂ” длина воны используемого излучения; f— фокусное расстояние объектива. При

z .= 0 амплитуда не корректируется.

1 ил. ную призму 12, усилитель 13, пороговые устройства 14-16, измеритель !7 временного несовпадения, времяампли.тудный преобразователь 18, вычисли.тель 19 на базе микроЭВМ,. который состоит из двух модулей 20 и 21 аналогового вводаинформации, процессора . 22, устройства 23 последовательного обмена и системного канала 24 микроЭВМ, генератор 25 и дисплей 26.

Способ реализуется следующим образом.

1594384 размеры которой превосходят максимальный размер частиц. Зону формиру" ют путем фокусировки объективом 3 светового потока от лазера 1, расширенного коллиматором 2. Зона имеет параллельные ограничивание поверхности. Световой поток за капилляром

6 делится светоделителем 7 на два потока, собираемые объективами 4 и 5.

Осуществляют фотозлектрическую регистрацию фотоприемником 8 импульсных сигналов, возникающих вследствие ослабления светового потока при пересечении частицами зоны измерения. При 15 помощи объектива 5, двухщелевой диафрагмы 11, прямоугольной призмы 12, фотоприемников 9 и 10, пороговых устройств 15 и 16, измерителя 17 временного несовпадения определяют расстоя- 2@ ние от траектории движения каждой в отдельности частицы до центра измерительной зоны» Расстояние находят путем измерения временного несовпадения импульсов, получаемых при ре- 25 гистрации световых сигналов ослабления, формирующихся при прохождении частицей двух симметричных относительно оптической оси участков измери тельной зоны, расположенных на траек- 0 торин ее движения. В устройстве фокальные плоскости объективов 3 и 5 совпадают. Сигналы ослабления от двух участков измерительной зоны выделяют при помощи двухщелевой диафрагмы 1 1 .. Сигналы ослабления преобр азовываются в электрические импульсы фотоприемниками 9 и 10. При совпадении траектории движения частицы с центром измерительной зоны импульсы 4< с фотоприемнйков формируются одновременно. В случае прохождения частицей участка измерительной зоны вне ее центра импульсы имеют ьременное несовпадение, величина которого пропорциональна расстоянию от траектории движения частицы до центра зоны. Сиг налы с фотоприемников поступают в пороговые устройства 15 и 1б, на выходах которых формируются прямоуголь 50 ные импульсы. Фронты импульсов с двух пороговых устройств имеют временное несовпадение. По этим фронтам измеритель 17 временного несовпадения формирует прямоугольные импульсы, длительности которых равны временному несовпадению между траекторией движения частиц и центром измерительной зоны. Длительности импульсов связаны с указанным расстоянием следующим соотношением:

1 z т 9

5" длительность импульсов; расстояние от центра измерительной зоны до траектории движения частиц; расстояние между щелями диафрагмы 11 фокусное расстояние объектива 5; скорость движения частиц в капилляре.

U = с T.r2

Прямоугольные им ульсы с измерителя 17 поступают во времяамплитудный преобразователь 18, амплитуда сигналов на выходе которого пропорциональна расстоянию между траекторией движения частиц и центром измерительной зоны. Эти сигналы поступают в модуль

21 аналогового ввода вычислителя 19. В модуль 20 аналогового ввода подаются усиленные в усилителе 13 сигналы ос лабления . Сигналы ослабления поступа ют также в пороговое устройство 14, уровень срабатывания которого больше уровня шумов. Пороговое устройство формирует импульсы, которые служат для управления работой модулей 20 и

21 анапоговогс ввода. Модули аналого вого ввода преобразовывают амплитуды входных сигналов в коды, которые через системный канал 24 передаются в процессор 22. Причем ичформация передается в процессор только прн наличии управляющих импульсов с порогоного устройства 14. Лналого-цифровое преобразование в модулях аналогового ввода стробируется импульсамн с генератора 25. В вычислителе увеличивают амплитуду каждого зарегистрированного и измеряемого сигнала ослабления в зависимости от расстояния между траекторией двккения частицы и центром измерительной зоны, причем эта зависимость обратно пропорциональна. функции распределения интенсивности светового потока в направлении его распространения. Действительно, амплитуда сигнала ослабления U, пропорциональна квадрату радиуса частицы r и интенсивности I;освещающего светового потока в точке регистрации частиц:

1594384

К сI,r2 = с Iгг о Га z / . Га к12

$28 f2 2ЛГ2 3

Г / а2z g иа2z)2

L2Лf / 1 2ЛС2 1 где с — коэффициент пропорциональ ности, Поскольку амплитуда измеряемых сигналов не должна зависеть от место положения частицы, а должна быть связана только с ее размером, то ампли туды сигналов от частиц одного размера, проходящих через центр измерис тельной зоны и вне его, должны быть одинаковы: где I, — интенсивность светового по-" тока в центре измерительной зоны1

К вЂ” коэффициент усиления сигнала от частиц, проходящих вне центра измерительной зоны.

Известно, что распределение интенсивности вдоль оси сфокусированного потока описывается выражением

I.= =sin ДУ 2Л г Iî тде A — длина волны используемого излучения;

z — расстояние до центра измерительной эоны; а — радиус ограничивающего поток отверстия;

f — фокусное расстояние объектива.

Следовательно, коэффициент усиления сигналов равен

Таким образом, закон изменения измеряемых сигналов представляет собой обратную величину функции распределения интенсивности светового потока в направлении его распространения. После выполнения этой операции сигналы от частиц не зависят от расстояния ,между траекторией движения и центром измерительной зоны.

Расстояние z поступает в вычислитель 19 в виде амплитуды с времяамплитуцного преобразователя 18. С помощью вычислителя определяют также . по увеличенным амплитудам сигналов размеры частиц. Наиболее просто размеры частиц находить по табличному методу.

Устройство предварительно калибруется по эталонным латексам. В таблицу занесены размеры частиц, соответствующие амплитудам сигналов от них. По скорректированным амплитудам находят размеры частиц. Количество частиц в потоке среды эа определенный промежуток времени в различных диапазонах (границы диапазонов задаются заранее) отображается на дисплее

26, на который информация передается через устройство 23 последовательно- . го обмена.

Предлагаемый способ имеет более высокую точность за счет исключения погрешностей измерения, связанный с влиянием неравномерности освещения частиц на разных участках измерительной зоны вдоль направления распространения освещающего излучения и, следовательно, с несоответствием амплитуд измеряемых сигналов.

Формулаизобретения

Способ определения размеров частиц в потоке среды, включающий формирование зондирующим излучением в исследуемом потоке измерительной зоны, превосходящей по размерам максимальный размер частиц, фотоэлектрическую регистрацию импчльсных сигналов, возникающих вследствие ослабления светового потока при пересечении частицами. зоны измерения, определение размеров частиц по амплитудам сигналов, о т—

З5лиающийся тем,что,с целью повышения точности измерений, дополнительно определяют расстояние от траектории движения каждой в отдельности частицы до центра измери40 тельной зоны путем измерения временного несовпадения импульсов, формируемых при прохождении частицей двух симметрично расположенных относительно оптической оси участков измери45 тельной зоны, и пер ед опр еделением размеров частиц увеличивают амплитуду каждого сигнала ослабления в зависимости от этого расстояния в К раз: где а — радиус ограничивающего световой поток отверстия;

z — расстояние до центра измерительной зоны; — длина волны используемого излучения; е — фокусное расстояние объектива.

1594384

Составитепь Н. Грищенко

Редактор Н. Бобкова Техред И;Дидык . Корректор то Т. Иалец

5аказ 2822 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

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