Способ измерения дисперсности взвешенных частиц

 

Сущность изобретения: поток взвешенных частиц сканируют световым пучком и регистрируют индикатрису рассеяния для выбранных углов рассеяния. Для расширения диапазона размеров измеряемых частиц синхронно со сканированием изменяют чувствительность фотоприемника в зависимости от угла рассеяния, в частности, пропорционально кубу угла рассеяния. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 N 15/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4881071/25 (22) 11,11,90 (46) 07.03.93. Бюл. М 9 (71) Всесоюзный научно-исследовательский инСтитут оптико-физических измерений и

Н аучно-и роизводствен ное объединение

"Тайфун" (72) С.М.Коломиец и Б.С.Пункевич (56) Клочков В.И, и др. Лазерная анемометрия, дистанционная спектроскопия и интерферометрия. — Киев.: Наукова думка, 1986, с.274.

Беляев С.П, и др. Оптико-электронные методы излучения аэрозолей. — М,: Энергоиздат, 1981, с.87-88.

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано в химической технологии, метеорологии, контроле запыленности газов и жидкостей.

Цель изобретения — повышение скорости измерений.

Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем освещение потока частиц параллельным монохроматическим световым пучком, регистрацию фотоприемником рассеянного частицами света для различных значений углов рассеяния вперед, преобразование этого света в электрические сигналы, по которым и судят о дисперсности частиц, сканируют поток частиц изменением углового положения светового пучка, а о дисперсности частиц судят по значениям электрического сигнала в определенные моменты времени, выбранные в соответствии с законом сканирования светового пучка. При этом угловое положение светового пучка изменяют по гармоническо„„5U„„1800317 А1 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИСПЕРСНОСТИ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Сущность изобретения: поток взвешенных частиц сканируют световым пучком и регистрируют индикатрису рассеяния для выбранных углов рассеяния. Для расширения диапазона размеров измеряемых частиц синхронно со сканированием изменяют чувствительность фотоприемника в зависимости от угла рассеяния, в частности, пропорционально кубу угла рассеяния. 3 з,п. флы,2ил. му закону, Для расширения диапазона измеряемых размеров частиц изменяют чувствительность фотоприемника, увеличивая или уменьшая ее с увеличением или уменьшением угла рассеяния, Причем чувствительность фотоприемника изменяют прямо пропорционально кубу угла рассеяния.

Сущность изобретения состоит в том, что применяемое в прототипе сканирование фотоприемника (точнее, вращающегося диска) относительно неподвижной оси пучка заменяют на порядки менее инерционным сканированием оси пучка относительно неподвижного фотоприемника. Именно этот существенный признак и обуславливает повышение скорости измерений, Информация, получаемая при сканировании пучка, та же самая, что и в прототипе — это значения индикатрисы рассеяния для некоторых выбранных углов рассеяния. По измеренным значениям индикатрисы рассеяния рассчитывают, пользуясь известными соотношениями, функцию распределения частиц по

1800317 размерам. Значения же различных углов рассеяния задают выбором для регистрации определенных моментов времени, в которые, cooTBBTGTBBHHo с законом сканирования, ось пучка составляет нужные углы с угловым положением фотоприемника.

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа, на фиг.2 — вид диафрагмы.

Устройство содержит: осветитель 1 (например, ОКГ), дефлектор 2 с блоком управления 3, приемный объектив 4 с фокусным расстоянием f, диафрагму 5 с отверстием 6, фотоприемник 7, селектор 8 и блок обработки 9. Блок управления 3 подключен, помимо дефлектора 2, также к фотоприемнику 7 и селектору 8.

С помощью данного устройства предложенный способ осуществляют следующим образом.

Параллельный световой пучок от осветителя 1 дефлектором 2 сканируют по углу в соответствии с управляющим напряжением блока 3, Положим, что угловое положение р пучка относительно главной оптической оси объектива 4 определяется соотношением;

p = p m Sin в t, а при t = 0 ось пучка совпадает с осью объектива. Этим сканируемым пучком освещают поток частиц, пролетающих между дефлектором 2 и объективом 4 в направлении, указанном стрелками на фиг.1, Прямое излучение осветителя 1 попадает на диафрагму 5, и его траектория в процессе сканирования имеет вид линии длиной 2А (фиг.2), А = rp > f, Отверстие 6 в диафрагме 5 смещено относительно главной оптической оси объектива 4 на величину

r<>, Поэтому в каждый момент времени в плоскости диафрагмы 5 (фокальной плоскости объектива 4) центр отверстия 6 отстоит от центра пучка на расстояние г o — А Sin в т . Это соответствует угловому положению ф оси отверстия 6 относительно оси пучка в области пролета частиц

i o ф=р, — pm Sinâò, где р= —, Именно этот угол и является углом рассеяния. Итак, рассеянный частицами под углом ф свет подают на фотоприемник непрерывно, Селектор 8 пропускает на блок обработки 9 сигнал с фотоприемника 7 лишь в заданные моменты времени

1 . (Ро — Фi

t i = — arcsin —,где ф — выбранМ Pm ные заранее требуемые углы рассеяния. Блок обработки 9 регистрирует сигналы с фотоприемника 7 и по известным соотношениям, решая обратную задачу, определяет дисперсность ча5

55 стиц — функцию распределения частиц по размерам.

Известно, что с увеличением угла рассеяния количество рассеянного света уменьшается (имеется в виду среднее значение, усредненное по осцилляциям индикатрисы рассеяния), и чем крупнее частицы по сравнению с длиной волны, тем заметнее это уменьшение. Для дисперсных систем с широкой функцией распределения частиц по размерам динамический диапазон сигналов рассеяния может быть весьма велик, Так для длины волны света 0,63 мкм и диапазона размеров 1...100 мкм в диапазоне углов рассеяния 10 ...1,0 10 световой сигнал изменяется на пять порядков.

Реализация электронного тракта, рассчитанного на такой диапазон, весьма затруднительна, Даже при наличии фотоприемника с таким большим диапазоном современная элементная база не позволяет достаточно несложным образом проводить измерения значений электрических сигналов во всем этом диапазоне с заданной точностью. Реально диапазон существующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) не превосходит четырех порядков.

Однако если синхронно со сканированием светового пучка изменять чувствительность фотоприемника, то диапазон электрических сигналов можно заметно уменьшить(при неизменном диапазоне световых сигналов), чтобы согласовать большой динамический диапазон световых сигналов (при большом диапазоне размеров) с более узким диапазоном электрических сигналов, который имеют современные

АЦП. При этом имеется в виду, что в течение каждого цикла сканирования чувствительность приемника увеличивают от минимального значения(соответствующего минимальному углу рассеяния) до максимального (соответствующего максимальному углу). Затем, например, во время обратного хода светового пучка, чувствительность уменьшают до минимального значения. С увеличением угла рассеяния ее вновь увеличивают до максимального значения и т.д. То есть изменение чувствительности приемника производят периодически в некоторых заданных пределах — от минимального до максимального значений. Это позволяет расширить диапазон измеряемых размеров, С точки зрения упрощения последующей обработки целесообразно чувствительность фотоприемника изменять пропорционально ф .

Это может быть осуществлено известными средствами — например, изменением напряжения питания фотоэлектронного умножителя, изменением коэффициента усиления соответствующего усилителя.

Приведем некоторые численные оценки. Практически диапазон углов рассеяния

1800317 должен составлять 10 ...1,0.10 . Это означает, чтото =10, pы10 =б, Известные пьезоэлектрические дефлекторы позволяют обеспечить требуемую амплитуду сканирования с частотой в несколько килогерц. То есть скорость измерений может быть повышена по сравнению с прототипом наодин — два порядка, Крометого, вданном способе количество углов рассеяния ф и их значения определяются чисто электронным трактом и могут легко меняться без какойлибо переделки конструкции (в зависимости от исследуемой среды). Это позволяет просто менять вводимую в блок обработки информацию в соответствии с требуемой точностью, допустимым временем обработки и т.д.

Формула изобретения

1. Способ измерения дисперсности взвешенных частиц, заключающийся в том, что освещают поток частиц параллельным монохроматическим световым пучком, регистрируют фотоприемником рассеянный частицами свет для различных значений углов рассеяния вперед, преобразуют этот свет в электрические сигналы, по которым и судят о дисперсности частиц, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения скорости

5 измерения, сканируют поток частиц изменением углового положения светового пучка, а о дисперсности частиц судят по значениям электрического сигнала в определенные моменты времени, выбранные в

10 соответствии с законом сканирования светового пучка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что угловое положение светового пучка изменяют по гармоническому закону.

15 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых размеров частиц, изменяют чувствительность фотоприемника, увеличивая или уменьшая с увеличением или умень20 шением угла рассеяния.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что чувствительность фотоприемника изменяют п ря мо пропарционал ьно кубу угла рассеяния.

1800317

Фиа 2

35

50

Составитель Б.Пункевич

Техред М.Моргентал Корректор М.Петрова

Редактор

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

Заказ 1159 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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