Устройство для измерения размеров частиц

 

2 (° . 4,, Ф I и ° 3

Со2оз Советсинк социалистических

Республик пн7О8207 (61) Дополнительное к авт. "Âè,ë-ву (22) Заявлено 24..05.77(2 1) 2489726/18-2 (5))M. Кд.

Cj 01 М 21/34 с приееединеииет т 3BRBKH .%

Гесударствеииый квмитет

СССР (23} Приоритет ав делам изооретеиий и открытий

Опубликовано с25 g т 80. Бк2ллете ь лъ 1 (5;23 ) УД Р 5 3 5, 4 (088.8) Дата Опубликования описания Q8, 1,8Q

И, B. Цодмошенский, В. А, Евсеев,. Л. Ф„т ерасттмов и Л,, Четкарева (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО И1Я ИЗ":EÐÅHÈË РАЗМЕРОВ

ЧАСТИЦ

Изобретение касается оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в оптике атмосферы и океана, В ГорнорудноЙ, химическОй, медицинской промышленностях, при контроле степени

5 загрязнения окружающей среды для определения распределения частиц по их размерам в генераторах аэрозолей.

Известно устройство для измерения размеров частиц, содержащее источник света, оптическую систему, фотоприемники, анализатор (11

Однако это устройство не позволяет измерить размеры частиц, меньшие длины волны используемого излучения.

1З

Наиболее близким по технической cymности к предложенному является устройство для измерения размеров частиц, содержащее источник света и располо1кенные вдоль оси кювету, объектив и фотоприем- 2п ник (2 .

Однако эти устройства эффективны при исследовании частиц с известнътми индикатриссами рассеяния света. На практике вознтткает необходимость анализа частпц пито извольнг и формы 1птдтткат121тссы рассеяния которых, в общем случае, неизве-" ". Нъ1. Вид 1птдихатрттсс рассеяния различен для прозра пгых и непрозрачных

ЧаСТИЦ ОДНОГО Рт1ЗМСРа ° лфОМЕ ТОГО q ВИД штдпкатр .:ссы рассеянття также зависит от концецтоации частиц и налич11я молот лттр ного и ттп даловско",o видов рассеяния, что усложняет обработку выходного сигнаЦель изобретения — повъпцение точности измерений размеров крупных частиц.

Это достит ается тем, что в устройстве для измерения размеров частцц вдоль оптпческой Осц устройства установлены автоколлкмап11онная Оптическая самоследяшая система, состоя1пая из Объектива и автоколлзГ,10ционнОГО зеркала, нахОдяшегося в сопряженной с ктопетой плоскости, и модулятор продольнъ1х неремоп1 ных по ве.11цппте pc,.Ок1сщэовОк изоораже1пхя частиц в плОсеос . л самих частиц.. 7О8207

На чертеже изображена оптическая схема устройства.

Устройство содержит источник света

3., кювету-капилляр 2 с исследуемой средой, модулятор 3, объектив 4, зеркало 5, объектив 6, фотоприемник 7, устройство

8 обработки сигналов фотоприемника 4 индикатор 9.

Устройство работает следующим образом. о

Источник света 3 освещает кюветукапилляр 2 с исследуемой мутной средой.

:Находящиеся в среде частицы становятся источниками рассеянного света. Левая часть оптической схемы, включающая в I5 себя элементы 1,2,6,9 может работать, как нефелометр. Объектив 4 изображает частицы на зеркале 5. Палее изображение частицы в результате автоколлимашли проектируется, на саму частицу. Послед- 20 нее достигается тем, что оптическая автоколлимационная система работает с суммарным линейным увеличением ф =-Ф j.,О.

При этом слежение изображения частицы за самой частицей происходит беэинерцион- 5 но (со скоростью света), независимо от того, находятся ли частицы в движении или неподвижны. Модулятор 3 предназначен для последовательных, изменяющихся во времени дсфокусировок изображения частиц, например, путем введения в световой пучок плоскопараллельных, пластин разной толщины. При отсутствии дефокусировки иэображение частицы совмещено с самой частицей пренебрегая геометричес- 35 кими аберрациями и дифракцией). В этом случае световой поток, рассеянный частицей и прошедщий через автоколлимационную систему, будет экранирован самой частицей, а следовательно, не попадает на объектив 6 и не собирается на приемник 7. В результате последовательшях дефокусировок модулятором 3 размер автоколлимационцого изо бражения частицы в плоскости самой частицы будет ме- 45 няться в соответствии с формулой =г + .g - . (1) с> где г — текущее значение радиуса л изображения частицы, Ы

Р— радиус частицы;

, . — продольная дефокусировка;. — апертурный угол.

Плошади проекции частицы и ее дефокусированного изображения на плос- 55 кость, проходящую через частицу и нормаль к оптической оси, будут равны

2.

6О "o(2)S„-=Г(г Сьб „ аА) = (1"О-р.;)(3) +ll > = Ь 6 4gлС 5о и 51 — соответственно о плошади проек ции частицы и ее дефокусированного изображения.

Так как световой поток Ф, проходящей при самопросвечивании частицы, пропорционален разности плошадей >1 и >О, его можно записать в следующем виде

Ф;=А((г„ р„.> v )=A(2r р„.„-y ) 4) где А - коэффициент пропорциональности, зависящий от яркости источника, числа частиц в объеме, коэффициента рассеяния.

Отношение cBBTQBblx потоков при двух значениях последовательных дефокусировок позволяет определить размер исследуемых частиц в случае их однородности по размерам: у, -(e„ IC„,„) p„,„ ф(„(1 (q,,„>-Р1

Йля частиц с некоторым распределением по размерам — 3 (г) световой поток на приемнике при дефокусированном изображении с учетом формулы (4) определится выражением

Г

° Ю =З (гр„+р„я(-)dr (6) где Р>>1 г -мини лальный и макси1 мальный размеры частиц в распределении; — ком >фициент пропорциональности, аналогичный коэффициенту А в формуле (4)

Из выражения 6 получаем

Ъ (-).>. e p+f f(y) gy

1 „„1 1 . (7)

1 Ф. л Гп

J (ГР;,„.Р„) жаГ

Йля ряда распределений, встречающих ся На практике Фу кции Ч (P<, 91.+1) . в формуле (7) могут быть рассчитаны аналитически и имеют характерный для каждого распределения вид. Это позволяет на основании сопоставления экспериментальной и теоретической кривых л ® > установить вид распределения частиц по их размерам в исследуемой среде.

Для измерения отношений световых потоков функции g распределения часФ тиц по йх размерам

Ф„+л

5 708 устройство содержит позиции 7-9. Фотоприемник 7 предназначен для преобразования модулированного светового потока в электрический сигнал. Устройство 8 обработки сигнала выполняет вьщеление составляющей электрического сигнала с частотой модуляции с целью ослабления действия рассеиваемого светового потока, запоминание значений величин сигналов, соответствующих величинам свето= t0 вых потоков фq, 4)„ .л.qц определение отношений световых потоков

@1 в соответствии с формулами (5j и (7).

Устройство индикации 9 служит для представления информации в удобном для восприятия и дальнейшей обработки виде, например, в графической или цифровой форме.

Использование изобретения обеспечивает по сравнению с существующими устройствами для измерения функции распределения частиц по их размерам в мутных 2 средах. повышение точности измерений размеров крупных частиц независимо от вида индикатрисс рассеяния, концентра207 ции и наличия молекулярного и тиидалевского видов рассеяния света.

Формула изобретения

Устройство для измерения, размеров частиц, содержащее источник света и расположенные вдоль оси кювету, объектив и фотоприем плк, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повьпцения точности измерений размеров крупных частиц, вдоль оптической оси устройства в нем установлены автоколлимационная оптическая самоследящая система, состоящая из объектива и автоколлимационного зеркала, находящегося в сопряженной с кюветой плоскости, и модулятор продольных переменных по величине дефокусировок иэображения частиц в, плоскости самих частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3800147, кл. G 01 М 21/34 опубл. 1974.

2. Филиппов В. Л. и др. Оптико-электронный анализатор дисперсионного соста» ва аэрозолей. Журнал "Оптико-механическая промышленность № 1 1974, с. 34 (прототип).

Составитель М. Дедловскнй

Редактор А. Шмелькин Техред М. Петко 1<орректор Q Ковннская

Заказ 8475/37 Тираж 10 1 9 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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