Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, вращающееся зеркало , объектив, узел формирования потока частиц и приемно-анализирующий блок, о.тличающее с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерений за счет увеличения частоты сканирования пучка без увеличения частоты вращения зеркала, в устройство между зеркалом и.объективом введен отклоняющий блок, вьшолненный из отклоняющих световой пучок призм, установленных в плоскости сканирования и своими основаниями обращенных к оси объектива, причем их угол отклонения пучка выбран таким,.что его тангенс равен отношению среднего расстояния каждой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования по крайней мере в два раза превьшает диаметр светового . 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами, сравнимыми с длиной волны светового пучка, в устройство введены дополнительный объектив и положительная линза , причем дополнительный объектив установлен так, что фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объ1Ю ективом с потоком частиц, а полою жительная линза установлена в фо ,кальной плоскости основного объектисо ва. 01

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51). С 01 М 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ва.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕПИ4 ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3607632/18-25 (22) 17.06 ° 83 (46) 30.05.85. Бюл. Р 20 (72) С.M.Êîëoìèåö (71) Институт зкспериментальной метеорологии (53) 549. 137(088. 8) (56) 1. Патент США У 3858851, кл. G 01 И 15/00, опублик. 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 857789, кл. G 01 N 15/02, 1981 . (прототип), (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОЗОЛЬНЫХ

ЧАСТИЦ, содержащее последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, вращающееся зеркало, объектив, узел формирования потока частиц и приемно-анализирующийблок, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерений за счет увеличения частоты сканирования пучка без увеличения частоты вращения зеркала, в устройство между зеркалом и .объективом введен отклоняющий блок, выполненный из отклоняю„„SU„„. 1122О95 щих световой пучок призм, установленных в плоскости сканирования и своими основаниями обращенных к оси объектива„ причем их угол отклонения пучка выбран таким,.что его тангенс равен отношению среднего расстояния каждой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования по крайней мере в два раза превышает диаметр светового пучка.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами, сравнимыми с длиной волны светового пучка, в .устройство введены дополнительный объектив и положительная линза, причем дополнительный объектив установлен так, что фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объективом с потоком частиц, а положительная линза установлена в фокальной плоскости основного объекти1122095

25

35

55

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерений размеров и концентрации вэьешенных частиц, и может быть использовано в метеорологии, биологии, химической технологии для измерений размеров и концентрации взвешенных частиц микронных размеров, Известно устройство аналогичного назначения, содержащее источник пучка света, узел сканирования этого пучка, объектив, кювету с исследуемой средой и приемную систему 1 ).

В этом устройстве параметры узла сканирования выбраны такими, что световой пучок при сканировании пересекается с каждой частицей только один раэ, вследствие чего в нем значительны погрешности, связанные с неоднородностью освещенности частиц, поскольку профиль интенсивности пучка далек от прямоугольного (одинаковые частицы, пересекшие ,пучок в разных местах его поперечного сечения, дадут Разные амплитуды) ..

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, вращающееся зеркало, объектив, 1эел формирования потока частиц и приемноанализирующий блок (2).

В этом устройстве многогранное зеркало вращается с такой частотой, что одна и та же частица освещается многократно, причем с увеличением частоты сканирования пучка погрепности измерения уменьшаются. Однако ,увеличс:ние частоты сканирования приводит к сокращению длительности импульсов рассеянного частицами света и требует расширения полосы пропускания приемно-анализирующего блока. Иэ-".а широкой полосы пропусканин для малых частиц уху,,шается отношение сигнал — шум, возрастают погрешности измерения, Цель изобретения — уменьшение погрешностеи измерений эа счет увеличения частоты сканирования пучка беэ увеличения частоты вращения зеркала.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения размеров и концентрации аэроэольных частиц, содержащем последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, зеркало, установленное с воэможностью вращения, объектив, учел формирования потока частиц и приемно-анализирующий блок, между зеркалом и объективом введен отклоняющий блок, выполненный иэ отклоняющих световой пучок призм, установленных в плоскости сканирования и своими основаниями обращенных к оси объектива, причем их угол отклонения пучка выбран таким, что его тангенс равен отношению среднего расстояния каждой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования по крайней мере в два раза превышает диаметр светового пучка.

Для уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами,сравнимыми с длиной волны светового пучка, в устройство введены дополнительный объектив и положительная линза, причем дополнительный объектив установлен так, что фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объективом с потоком частиц, а положительная линза установлена в фокальной плоскости основного объектива.

Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство для измерения размеров и концентрации аэроэольных частиц содержит осветитель i, например лазер, многогранное зеркало 2, установленное с возможностью вращения в направлении, укаэанном стрелкой, на расстоянии L от центра вращения зеркала установлен отклоняющий блок 3, выполненный иэ 2 преломпяющих призм с преломляющими углами ч, Ч,...,,„

1 (на чертеже М =3) и средним расстоянием каждой призмы от оси объектива

4, равным h 1i ...,, 1„„ Все призмы расположены в плоскости сканирования (в плоскости чертежа) и своими основаниями обращены к оси объектива 4, установленного за отклоняющим блоком

3. Угловой размер каждой приэмы равен с, а углы (>; отклонения светового пучка каждой призмой выбраны иэ с.оотношения: kg(. Линейный размер

1 каждой призмы, как минимум, вдвое больше диаметра светового пучка. В

1122

3 фокальной плоскости объектива 4 уста- новлена положительная линза 5, за которой установлен дополнительный объектив 6 ° оптически сопрягающий фокальную плоскость объектива 4 с потоком частиц (перпендикулярным плоскости чертежа). На пути нерассеянного светового пучка установлена светоловушка 7,.: а на пути рассеянного частицами света установлен 10 приемно-анализирующий блок, состоя-. щий из объектива 8, диафрагмы поля зрения 9, фотоприемника 10 и анализатора 11, причем отклоняющий блок

3, объектив 4, положительная линза 5 15 и дополнительный объектив 6 установлены соосно со средним положением све. тового пучка, обозначенным сплошной линией. Положения пучка, соответствующие его прохождению через цент- зр ры призм (эа счет поворота зеркала 2) обозначены штриховыми линиями.

Устройство работает следующим образом. Световой пучок от осветителя

1 попадает на зеркало 2, имеющее и д граней и вращающееся с частотой

М об/с. При этом на выходе зеркала угловая амплитуда поворота пучка (в два раза превышающая угол поворота зеркала) равна 4й/ . Затем пучок по- Зр падает на отклоняющий блок 3, угловой размер его в плоскости сканирования относительно центра сканирования равен 4 7 /и, а угловой размер каждой призмы равен О -требуемой величине сканирования пучка в потоке частиц.

Поскольку 1 6;= —,то пучок, проходящий через центр любой призмы, выйдет из нее паралле ьно оптической оси объектива 4 (ь,. и, связаны известным соотношением для преломления света призмой. В частности, если

095 ф ц, сс1, то 6; =(;1) (,, где г„— пока1 затель преломления материала призмы) .

В результате при повороте зеркала на угол 2 й/и (т.е, за один цикл сканирования пучка собственно зеркалом) на выходе блока 3 пучок совершит

2N циклов сканирования, причем в каждом цикле пучок на выходе блока

3 будет перемещаться в пределах угла + — (при l.а(1). В.фокальной

1 плоскости объектива 4 (с фокусным расстоянием ) линейный размер области сканирования равен а, причем пучок будет перемещаться в этих пределах по одной и той же траектории, проходя через любую из призм, (диаметр фокального пятна равен где p — расходимость пучка, т.е. относительная амплитуда сканирования равна о /p). Объектив 6 переносит изображечия фокальной плоскости объектива 4 в поток частиц, где также осуществляется требуемое сканирование светового пучка. Линейный размер каждой грани в направлении сканирования как минимум вдвое превышает диаметр светового пучка.

В этом случае длительность одного цикла сканирования будет не меньше интервала между соседними циклами.

Импульсы рассеянного частицами света регистрируются приемно-анализирующим блоком содержащим объектив 8, диафрагму 9 поля зрения фотоприемника 10 и анализатор 11. Поскольку амплитуды этих импульсов (для частиц с размерами порядка длины волны света и более) зависят от угла рассеяния света, то необходимо уменьшить изменение этого угла. С этой целью установлена положительная линза 5.

1122095

Корректор М.Самборская

Редактор E.Ìåñðîïîâà

Техред Ж.Кастелевич

Подписное

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

Закаэ 2906/6 Тираж 897

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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