Устройство для измерения индикатрис рассеяния

 

УСТРОЙСТВб ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТРИС РАССЕЯНИЯ дисперсных cpeftf содержащее осветитель, уста Н0вленную за ним оптическую систе;иу формирования сканирующего луча с датм«ком угла поворота, обеспечивакю (УК обйумеиие дисперсной среды в фиксированной точке под различными углами, фотоприемник и регистратор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений , в него введены щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник , установленные последовательно, и измеритель отношения сигналов, причем щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник расположены на оптической оси, перпендикулярной плоскости облучения исследуемой, дисперсной среды и проходящей через выбранную фиксированную точку, направление щели диафрагмы параллельно оптической оси основного фотоприg емника а выходы обоих фотрприемников соединены с входами измерителя отношений, соединенного с регистратором .

СОКИ СОВЕТСНИХ

МФМЦ О

РЕСПУБЛИК

Ai аа On

И1)3 С 01 Н 21/4?

ГЖУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

APH f8 СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

: н ВВМОРснсмм сВ3МтзОъстйу

3 (21) - 3524617/18-25 (22) 15 12,82 (46) 23.61.92. Бал. И 3 (71) Казанский авиационный институт им,А.H.Òóïîëåsà(72) Р,Р,Агиues., Г.И.Иль н и В.Е.Польский (53) 535.248(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР .И 152691, кл. а.p1 N 15/ОО 1967.

Авторское свидетельство СССР

М 868867, кл. 0 01 S 1/3", 1981, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ИНДИКАТРИС РАССЕЯНИЯ дисперсных сред, .содержащее осветитель, устаиовленную за ним оптическую систе му формирования сканирующего луча с датчиком угла поворота, обеспечи"

Вающую облучение дисперсной среды

Изобретение относится к технике . исследования дисперсных сред с помощью оптических методов, в частности к технике Оараделения. размеров и концентраций аэрозольных частиц путем измерения иидикатрисы рассеяния дис персной.среды.

Известно устройство для измерения мндикатрис рассеяния, содержащее неподвижный осветитель, фотоприемник, поворачивающийся синхронно с вращением образца по окружности, центр которой совпадает с центром образца, усилитель и регистрирующее устрой.. ство.

Недостатком его является невысокая скорость поворота фотоприемника

2 в фиксированной точке под различными углами, фотоприемник и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник, установленные последовательно, и измеритель отношения сигналов, причем щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник расположены на оптической оси, перпендикулярной плоскости облучения исследуемой дисперсной среды и проходящей через выбранную фиксированную точку, направление щели диафрагмы параллельно оптической оси основного фотопри- емника, а выходы обоих фотоприемников соединены с входами измерителя отношений, соединенного с регистратором. и соответственно большая продолжительность измерений. При этом за время .измерения состоние исследуемой дисперсной среды может существенно измениться, что приведет к неоднозначности результатов измерений.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является уст« роиство для измерения индикатрис рас-, сеяния дисперсных сред, содержащее осветитель, установленную за ним оптическую систему формирования сканирующего светового луча с датчиком угла поворота, облучающую исследуемую дисперсную среду под различными углами в фиксированной точке, фотоприемник, соединенный с регистратором.

1088469

К недостаткам УстРойства относит- . ся погрешность измерений, связанная с тем, что оптическая плотность исследуемой дисперсной среды для различных 5 направлений может быть различной. Кро» ме того, рассеянный поток света, поступающий в фотоприемник при разных углах облучения, пропорционален визируемому объему, который образуется !О при пересечении пучка осветителя и поля зрения приемника. Величина визируемого объема для разных углов визирования будет различной, а именно обратно пропорциональной синусу угла ви-!5 зирования. Ошибки измерения этого угла повлекут за собой дополнительную погрешность измерений индикатрисы рассеяния.

Целью изобретения является повы- 20 шение точности измерения индикатрисы рассеяния.

Это достигается тем, что в устройство для измерения индикатрис рассеяния дисперсных сред введены щеле- 25 вая диафрагма и дополнительный Фотоприемник, установленные последовательно, и измеритель отношения сигналов, причем щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник распо- ЭО лагаются на оптической оси, перпендикулярной плоскостй облучения исследуемой дисперсной среды и проходя- щей через выбранную Фиксированную точку, направление щели диафрагмы параллельно оптической оси основного

Фотоприемника, а выходы обоих фотоприемников соединены с входами измерителя отношений, соединенного регистратором. 40

На Фиг. 1 представлено устройство для измерения индикатрис рассеяния дисперсных сред; на фиг. 2 - Форми" рование визируемого объема.

Устройство содержит осветитель 1, 45 оптическую систему 2 формирования сканирующего луча, исследуемую дисперсную среду, основной фотоприемник

4, щелевую диафрагму g, дополнительный фотоприемник-6, измеритель отно" шения 7, регистратор 8, датчик угла поворота 9. Щелевая диафрагма 5 и дополнительный фотоприемник 6 установлены на оси, перпендикулярной плоскости облучения среды (плоскости х-у) и проходящей через фиксированную точку пересечения зондирующих лучей, а направление щели диафрагмы 5 параллельно оптической оси основного фотоприемника 4. .Устройство работает следующим образом. Излучение осветителя 1 поступает на оптическую систему формирования 2, с которой направляется в дисперсную среду 3. Излучение, рассеянное средой в плоскости облучения, воспринимается фотоприемником 4. Излучение, рассеянное в направлении, перпендикулярном плоскости облучения, пройдя щелевую диафрагму 5, принима" ется фотоприемником 6. Электрические сигналы с выходов блоков 4 и 6 поступают на измеритель отношения 7 и далее - на вход регистратора 8, На другой вход регистратора подается сигнал с датчика угла поворота луча 9-.

Дяя определения светового потока на входе Фотоприемника 4 используется следующее выражение у ® Po 8 T{xq) (х ) (> i(N) Vco ,() -—

4 и 8(х„) х, вхп(. где P » »мощность излучения осветио теля, 8 - площадь объектива приемника, Т(х ), Т(х,) - прозрачность среды от излучателя до центра визируемого объема и от центра объема до фотоприемника, соответственно:

Т(х ). = ехр(- g хц), Т(х ) - ехр(- С(х!), К " показатель ослабления среды, "o - расстояние от облучателя до центра визируемого объема, х - расстояние от .центра визируемого объема до фотоприемника, (> - объемный показатель рассеяния, 1((P — индикатриса рассеяния в направлении Ц )

V - визируемый объем при (= 90 градусов, S(x0) — сечение пучка осветителя в центре визируемого объема.

При изменении угла ((меняется и величина Т(х >, так как значения . х могут отличаться. для различных направлений. Для устранения этой погрешности и введен дополнительный

Фотоприемник на оси, перпендикуляр1.088469

А

Р

= К

) М и sing

35 ной плоскости облучения исследуемой дисперсной среды и проходящей через фиксированную точку пересечения лучей, При этом для отношения световых потоков на фотоприемниках справедливо выражение а

S t Z((xi ) 1 () Чу xsslng

Я Т (х ) (9) >g< х1зз.п с

2 о причем Q = const(g) = 90, соот-, ветственно и i((p) и V g также постоянны, откуда

Ф, з.(ф = -- sing K

Ф где К = const(g) . Очевидно, что, только в положении g = 90 будет обеспечиваться постоянное значение i(g)„

Таким образом, введение дополнительного фотоприемника и установка его на оси, перйендикулярной плоскости облучения исследуемой среды и проходящей через точку пересечения зондирующих лучей, позволяет устранить погрешность измерений, определяемую неравномерностью оптической плотности среды для разных углов.

Введение щелевой диафрагмы и . дополнительного фотоприемника, а также измерителя отношений позволяет устранить ilof-pesjHQGTb измерений индикатрисы рассеяния, связанную с неточностью измерения угла визирования.

Как видно из (1) для определения i((P по измеренной величине потока Р< необходимо измерить угол ( чтобы учесть изменение визируемого объема. Погрешность измерения угла будет непосредственно отражаться (особенно сильно для углов вблизи 0 и 180 гРадусов) на результате измерений индикатрисы рассеяния.

В отсутствие щелевой диафрагмы визируемый объем дополнительного фотоприемника постоянен и не зависит от угла P . Установим перед дополнительным приемником щелевую ди афрагму так, чтобы направление щели было параллельно оптической оси основного приемника. Тогда поток на входе дополнительного фотоприемника будет зависеть от угла (p no закону

2И sin(f

10 Для доказательства рассмотрим фиг.2, на которой обозначено: MNLK— пучок осветителя, UWVT — щель.диафрагмы, (p " угол между осью пучка и направлением щели, d — диаметр пучка

15 излучения, Ь вЂ” ширина щели. С помо" щью треугольника ABE легко показать, что площадь параллелограмма ABCD

ВПо где площадь

sin(f sin Cf

$д о соответствует углу Ef = 90 .

Тогда при установке щелевой диафрагмы световой поток на входе дополнительного фотоприемника с точностью до постоянного множителя пропорционален потоку в отсутствие щели и отношению площади параллелограмма к площади чувствительной площадки фотоприемника (или площади объектива в более общем случае)

Б

Р- =К или сЦ 1 2 где К1, К = const(ф

40 Сигнал на выходе измерителя отношения (6<./9g) не будет зависеть от sing. Поэтому погрешность измерения индикатрисы рассеяния, обусловленная ошибкой измерения угла

45 визирования (g, будет. устранена с тойностbe, какую может обеспечить измеритель отношения.

Введение дополнительного фотопри. емника автоматически устранимо еще

50 одну составляющую погрешности измерений - нестабильность излучения осветителя во времени;

1988469

498.8

Редактор О,-Филигюова: Имран АКрав Мк Корректор й. Миборская ае еъееееевееэе фее wåå ммоеюеМФеев» ееЕЗеЕЧееафФвЕЕЕ в4ЬФФФееевчквеав ее» ееееаЬе

ЪФР4мк. . ВщиФФсйОе

ВНИИПИ Государственного комитет» пе нзобреа ееМю. » еткрМтиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-ЗЗ, Рауюскаи иаб., д. 4/5

Заказ 7 2 м ем » » е М г . Нйе е вМа» е «юе в юеююе

Производственно-издательский комбимат "Натеит", г» Ужгород, ул. Гагарина, 101