Способ определения размеров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах

 

ОП ИСАНИЕ

-ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г ()976356

Союз Советских

Социалистических

Республик

Ж

I (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 28.05.80 (21) 2933163/18-25 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 М 21/85

foe f jLBpcIBEHHblll комитет

СССР (532 УДК 535.275 (088.8) Опубликовано 23. 11 . 82 . Бюллетень ¹ 43 ио делен изобретений и открытий

Дата опубликования описания 25 . 1 1.82

1

Ю.Г. Козлов, Л.Е. Соловьев, Н.П. Козлов и Г .И. Суслов;,,-.; .

5 Ы т

Ленинградский ордена Ленина и ордена Тру сщогЬЧФрЪсного

Знамени государственный. университет им. А.А. )Гдайбвв., «|-. b (72) Авторы изобретения (Zl) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦ

В МЕЛКОДИСПЕРСНЫХ ПРОЗРАЧНЫХ ОБЪЕКТАХ

Изобретение относится к техничес:кой физике, а именно к йотоэлектрон-„ ным методам контроля веществ, и может ,быть использовано для определения .средних размеров частиц в мелкодисперсных объектах, например в геологи.ческих шлифах.

Известен способ определения разме= ров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах, который заключается в пропускании светового пучка через исследуемый объект и в определении интенсивности прошедшего света $1j.

Недостатком данного способа является низкая производительность.

Наиболее близким к изобретению техническим решением являетсп способ определения размеров частиц в мелко-. дисперсных прозрачных объектах путем пропускания монохроматического светового пучка через исследуемый объе1ст (2).

Недостатками известного способа являются сложность и низкая произво-. дительность в случае применения его к исследованию мелкодисперсных объектов, которые об словлены тем, что

5 при исследовании объектов, прозрачные участки которых имеют большие среднеквадратичные отклонения от среднего размера частиц, в результате то усреднения по большому количеству отверстий происходит сглаживание огибающей ттункции интенсивности изображения источника и невозможно определить с достоверностью оложение ее максиму" мов и минимумов, по KQTopoMv судят о средних размерах частиц. Ввиду малости участков, на которых возможно "; определить известным способом средний размер отверстий, для определения среднего размера на достаточно большой площади, т.е. когда размеры от верстий на несколько порядков меньша участка, по которому производит-

9763

3 ся усреднение, необходимо произвести большое количество измерений. Это приводит к тому, что для определения средних размеров частиц в шлифах этот способ оказывается очень трудоемким 3 и сложным, кроме того, способ не по эволяет определить функцию распреде-ления частиц исследуемого ббъекта по размерам.

Цель изобретения - упрощение про- t0 цесса измерения при повышении производительности, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения размерсв частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах путем пропускания монохроматического светового пучка ! через исследуемый объект перед пропусканием через исследуемый объект, световой пучок пространственно мо- 20 дулируют по интенсивности, изменяют частоту пространственной модуляции и по скорости изменения амплитуды пространственной модуляции интенсивности в плоскости изобра><ения судят о сред- 23 них размерах частиц, На чертеже представлена схема vr ройства для реализации данного способа.

Устройство содер>кит источник све- 30 та 1, однородный параллельный пучок света от которого проходит через пространственный модулятор 2 света, снабженный механизмом перестройки частоты пространственной модуляции 3. 3

Затем на пути промодулированного светового пучка расположен исследуемый мелкодисперсный прозрачный объект 4.

Далее располо><ена линза 5, которая формирует изображение модулятора 2. 40

В плоскости этого изображения установ лен точечный неподвижный фотоприемник f>. Сигнал фотоприемника, пропорциональный Интенсивности падающего на него света, подается на регистриру.4> ющее устройство 7, в качестве которого может служить, например, самопи,сец либо другое низкочастотное элект;ронное устройство, позволяющее измерять амплитуду колебаний сигнала.

">6 4 ка в изображении предмета размывается в некоторое пятно с конечными размерами. Параметры этого размытия (диаиетр пятна)) определяются длиной волны используемого света, расстоянием между источником иэображения и рассеивающим мелкодисперсным объектом, а также средним размером частиц, на которых происходит рассеяние. Если мы возьмем пространственно промодулированный Ilo интенсивности пучок света, состоящий иэ периодически чередующихся светлых и темных полос, то рассеяние света приведет как бы к переналожению светлых и темных полос в изображении, и разность между интенсивностью наиболее и наименее Hp кого места в изображении после прохождения рассеиваюцего объекта будет меньше, чем до его прохождения световым пучком. Причем при уменьшении отношения периода модуляции к диамет >у пятна размытия эта разность будет уменьшаться. Когда период модуляции будет равен диаметру пятна, в которое размывается каждая точка в плоскости иэображения, различие между темными и светлыми полосами в изображении наблюдаться не будет, т.е. иэображение станет однородным, непромодулированным

Зная связь между параметрами размытия и характерными размерами частиц, на которых происходит дифракция, можно установить эти размеры.

Устройство работает следующим образом, В качестве пространственного модулятора предлагается использовать две рядом расположенные прозрачные решетки с частотой порядка 10-.">О штрихов/ми, При повороте двух идентичных прозрачных решеток относительно друг друга возникают муаровые полосы. Интенсивностное пропускание такой системы решеток оказывается периодически промодулированным с частотой, пропорциональной углу поворота решеток относительно друг друга. Поворот решеток, т.е. перестройка частоты пространственной модуляции, осуществляется

Способ:заключается в том, что при прохождении светового пучка через мелкодисперсный объект происходит рассеяние света вследствие его ди«>ракции на мелкой структуре объекта. Поэтому при наблюдении через такой объект какого"нибудь предмета этот предмет окажетсл нереэким, размытым. Каждая точмеханизмом 3. При этом общий центр поворота решеток вынесен за пределы апертуры светового пучка ° Это приводит к тому, что при повороте решеток наряду с изменением частоты муаровые полосы смещаютсл в перпендикулярном к ним направлении со скоростью гораздо большей, чем скорость изменения а

Зная Функцию распределения частиц о размераи, ионно найти средний раэер частиц Х. по Формуле

Хср=-, xf (:<) дх (4)

Измерения среднего размера частиц роиэводят следующим образом. Перестраивая частоту пространственной моуляции светового пучка с помощью механизма ), определяют при помощи hoтоприемника 6 и регистрирующего уст" ройства 7 амплитуду колебания интенсивности света в точке расположения фотоприемника. Затем, представив эту амплитуду, как Функцию rn(y), определяют, в соответствии с формулами (3) и (4), средний размер частиц в исследуемом мелкодисперсном прозрачном объекте.

Предлагаемое изобретение при сравнительной простоте реализации обладает более высокой производительностью.

Способ позволяет определять не только среднее значение размеров частиц, но и Функцию распределения частиц по размерам, знание которой может представлять самостоятельный интерес при анализе структуры геологических . пород, а также позволяет автоматизировать процесс измерения среднего размера частиц и Функции распределения частиц по размерам.

Фориула изобретения

Способ определения размеров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах путем пропусканил монохроматического светового пучка через исследуемый объект, отличающийся тем что, с целью упрощения процесса изме" ения при повышении производительрени ности, световой пучок перед пропу сканием через исследуемый объект прост ранственно модулируют по интенсивности, изменяют частоту пространственной модуляции и по скорости изменения амплитуды пространственной модуляции интенсивности в плоскости иэображения суд ят о средних размерах частиц.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции М 2284878, кл. G 01 и 15/02, опублик. 1976.

4 06

2. Патент Великобритании 1 14909 кл. G 1 А, опублик. 1977 (прототип).

976356

5 частоты. пространственной модуляции.

Например, для решеток .с частотой и

10 штрихов/мм на расстоянии 100 мм от м оси поворота решеток изменение частоты пространственной модуляции на ве- S личину порядка одного процента сопровождается смещением муаровой картины на один период. Соответствующее смещение полос s плоскости изображения приведет к тому, что на неподвижный Фото. в приемник- будут попадать то светлые, то темные .полосы. Таким образом, сигнал Фотоприемника будет представлять собой. осциллирующий сигнал с плавно меняющейся частотой. Амплитуда колебаний этого сигнала будет соответствовать разности интенсивности между светлыми и темными полосами, т.е. глубине модуляции, Регистрируемая глубина модуляции изображения вследствие рассеяния света на исследуемом мелкодисперсном объекте будет падать с увеличением частоты модуляции. Как показывает детальный математическии расчет, ампли- 2$ туда модуляции регистрируемого сигнала и связана с Функцией f, которая представляет собой Функцию распреде} ленил мелкодисперсного объекта по размерам, соотношением

<(P) = АЫ Г(1) с11, (1) где Л - некоторал константа, значение

У которой определяется иэ условия нормировки интеграла от

ЭЗ функции 1 на единицу;

1 - переменная интегрирования, а через Д обозначена величина

y =* - (2)

40 где )" - длина волны света;

<1 - расстояние от модулятора до исследуемого объекта; (Ю - частота пространственной модуллции.

43

Величины g и 4 Фиксированы, и амплитуда модуляции регистрируемого сигнала m зависит, согласно Формуле (1),. только ото. На основании Формулы (1) можно получить однозначную эависи50 мость Функции распределения У от регистрируемой амплитуды сигнала с(у} = — -—

1 4 п}(9)

Ay d ръ (3) 976356

Составитель.А. Чурбаков

Редактор Л. Гратилло Техреду Т.Иаточка Кооректор Е. Рошко

Закаэ 5995/71 - Тираж 887 Подпйсное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква 8-35 Раушская наб. д 4/5

5, ° 3 . Сей..--.„. с,..

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