Фотоэлектрическое устройство для анализа дисперсной среды

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТ ВО ДЛЯ АНАЛИЗА ДИСПЕРСНОЙ СРЕДЫ, включаквдее осветитель с параллель ,ным пучксж света, два отража181цих элемента и два объектива, установ1ленн }е между отражакщими элементами , узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки дисп.ереной среды в зону освещения , отличающеес я тем, что, с целью уменыаения погрешностей измерений путем создания большей однородности Освещенной зоны, отражаюцие элементы выполнены в виде двугранных зеркал с углом между гранями от 80 до 100, ребра их параллельны и сдвинуты относительно оси, на которой размацены объективы, на расстояние, не меньшее половины диаметранпучка света, а объективы установлены так, что расстояние между главными плоскостями объективов равно сумме их (Л фокусных расстояний.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1(5В G 01 и 15/82

Ф

»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф %

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3472464/18-25 (22) 03 . 06 ° 82 ! (46) 23. 03. 84. Бвл. Р 11 (72) С.М.Коломиец и В.В.Смирнов (71) Институт экспериментальной метеорологии

:(53) 663.63.067(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство.СССР Р 692353, кл» Я 01 и 15/02, 1972 °

2. Авторское свидетельство СССР

9 826257, кл. Q 02 В 17/00, 1980 (прототип) . (54 ) (57) 40 БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДДЯ ИИЦ1ИЭА ДИСПЕРСНОЙ СРЕДУ, вклвчакщее осветитель с параллель, ным пучком света, два отражащщих элемента и два:объектива, установ„,SU„„1081478 А леннйе между отражакщими элементами, узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки диспереной среды в зону ocsageния, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерений путем создания большей однородности освещенной зоны, отражанщие элементы вынолнены в виде двугранных зеркал с углом между гранями от 80 до 100О, ребра их параллельны и сдвинуты относительно оси, на которой размещены.объективы, на расстояние, не меньшее половины диаметра пучка света, а объективы установлены так, что расстояние между главнммн плос- g костями объективов равно сумме их фокусных расстояний.

10814 8

Изобретение относится к измерительной технике и может использоватьсяя для измерения размеров и концентраций взвешенных частиц в метеорологии, химической технологии и при контроле загрязнений 5 окружакщей среды.

Известно устройство, включающее источник параллельного пучка света, объектив, узел регистрации рассеянного излучения и систему рранспор- 10 тировки дисперсной среды в зону освещения (1).

Недостатком этого устройства являются значительные погрешности измерений, обусловленные неоднород- 15 ностью освещенной зоны.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, включакщее источник параллельного пучка света, два отражаю- 2() щих элемента и два объектива, установленных между отражакщими элементами, узел регистрации рассеянного излучения и систему TpBHcflopTHpoBKH дисперсной среды в зону освещения(23. д5

Недостатком известного устройства являются значительные погрешности измерений, обусловленные неоднородностью освещенной эоны.

Целью изобретения является умень- З() шение погрешностей измерений путем щ создания большей однородности освеенной эоны.

Указанная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом устройстве для анализа дисперсной среды, включающем осветитель с параллельным пучком света, два отражающих элемента и два Объектива, установленные между отражакщими элементами, узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки дисперсной среды в зону освещения, отражакщие элементы выполнены в виде двугранных зеркал с углом между гранями от 80 до 100, реб- 45 ра их параллельны и сдвинуты относительно оси, вдоль которой размещены объективы, на расстояние, не меньшее половины диаметра пучка света, а объективы, установлены 5р так, что расстояние между главными плоскостями объективов равно сумме их фокусных расстояний.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - вид счетного объема - области вблизи общей фокальной плоскости обоих объективов.

Устройство содержит источник 1 параллельного пучка света, например ОКГ, блок 2 формирования зоны освещения, содержащий последовательно установленные двугранное зеркало 3, объектив 4, область 5 вблизи фокальной плоскости объектива 4, через которую транспортируются исследуемые частицы объектива 6, аналогичного объективу 4 (оба объектива образуют телескопическую систему), двугранное зеркало 7 с дополнительной прямоугольной призмой 8.

Узел регистрации рассеянного излучения содержит объектив 9, диафраг;му 10 поля зрения, фотоприемник 11 и блок 12 обработки сигналов.

Двугранные зеркала 3 и 7 установлены таким образом, что их ребра параллельны друг другу и направлению пролета частиц (перпендикулярно плоскости чертеже) и сдвинуты относительно оси, вдоль которой размещены объективы 4 и 6, на расстояние

Д, не меньшее половины диаметра светового пучка на входе в зеркало

3. Увлы между гранями призм выполнены одинаковыми и отличакщимися от прямого (например, больше него) на некоторую величину 8(

На фиг 2 представлен вид освещенной области 5 в пределах поля зре-, нця приемной системы (определяемого диафрагмой 10). При этом плоскость Х02 соответствует плоскости фиг.1, а ось 02 совпадает с осью объективов 4 и 6 (фиг.1). С учетом глубины резкости на каждом проходе пучка его можно считать цидиндричесн ким с диаметром Я=сИ,где У вЂ” фокусное расстояние объектива 4. Наклоны пучков к оптической оси объективов 4 и 6 малы, и в пределах поля зрения имеется совокупность близких к параллельным.:.цилиндрическим пучков света, причем соседние пучки смещены адин относительно другого в направлении оси ОХ на некоторую величину о," =gf с ot (частицы движутся в направлении, указанном стрелкой, по оси ОУ с некоторой скоростью

;М), Область перекрытия соседних пучков обозначена штриховой линией. Точками обозначены пучки, распространяющиеся к наблюдателю, крестиками — от наблюдателя.

Устройство работает следукщим образом.

Световой пучок от источника 1 проходит зеркало 3 (через показанную на фиг.1 фаску) и объективом 4 фокусируется пятно диаметром

Д=о(в область 5 пролета частиц (абласть перетяжки), затем попадает в объектив 6, на выходе которого

1081478 снова становится параллельным (имеет начальную расходимость, так как фокусные расстояния объективов 4 и б одинаковы) . Отразившись от зеркала 7 и отклонившись. на угол . У-4 от первоначального направления, пучок объективом б вновь фокусируется в пятно диаметром g, но смещенное относительно пятна на предыдущем проходе на величину d -с9 f.Ïðè этом на выходе из объектива б пучок про странственно смещается на величину 2й относительно положения на входе в объектив. Затем пучок проходит объектив 4, выходит из него параллельным (с начальной расходимостью), пространственно смещенными на 2h относительно пучка от источника 1, отражается заркалом 3, отклоняясь при этом на угол У- 9 относительно направления на входе в призму, т.е. на угол 2Чотносительно направления пучка от источника 1, фокусируется объективом 4 в область 5, смещаясь на величину о относительно пятна, сформированного на предыдущем проходе (при этом, поскольку 2 d не меньше диаметра параллельного пучка, пучок полностью отражается,зеркалом 3, не попадая в место ввода света от источника 1. т.е. не попадая на фаску зеркала 3). Затем свет опять попадает в объектив б, зеркало 7 и т.д. На одном иэ проходов пучок полностью отражается призмой 8 и начинает свое движение в обратном направлении, выходя иэ зеркала 3 в сторону Источника 1.

Импульсы света, рассеянного частицами под углом 90 р, объективом

9 фокусируется на фотоприемник ll, а блок 12 обработки анализирует амплитуды импульсов фотоприемника.

Поскольку сечение:ослабления отдельиыми частицами крайне мало, то I уменьшением интенсивности светового пучка при наличии отдельных частиц (можно пренебречь.

В данном случае эа счет частичного наложения пучков на соседних проходах уменьшается неоднородность освещенной зоны, и, следовательно, погрешность измерения размеров .

Степень частичнрго наложения пучков определяется как требуемой однородностью освещенной области, так и профилем интенсивности исходного пучка. В частности, для гц уссова пучка и неоднородности осве щенности, не превьыакщей 10%,эа исключением краевой области 0,75.

Величина этой зоны с заданной однородностью значительно больше

20 диаметра пучка Ы и определяется количеством проходов,й; При этом интенсивность пучков на последних проходах должна быть близкой к интенсивности пучков на первых про25 ходах. Призма 8, воэвращакщая пучок в обратном направлении, уменьшает влияние уменьшения интенсивности пучка путем отражений. Так, при пропускании пары объектив-зеркало

3Q Т 0,95,для обесйечения неоднородюсти освещенности менее i08 коли . ество прэхддов Щ10, при Т 0,99 (просветленная оптика)tuC 30.

Таким образом, в предлагаемом, устройстве уменьшаются погрешности измерений путем создания большей однородности освещенной зоны. Кроме того, без уменьшения освещенности удается на порядок увеличить

40 величину однородно освещенной об ласти, что позволяет уменьшить ниж ний предел измеряемых концентраций.

1081478

0 х

ВНИИПи Заказ 2537/36. Тираж 823 Подлисное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4