Способ измерения концентрации и спектра размеров аэрозольных частиц

 

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОВДЕНТРАЦИИ И СПЕКТРА РАЗМЕРОВ АЭРОЗОЛЫШК ЧАСТИЦ, включающий формирование аэрозольной струи, освещение части аэрозольной струи, анализ излучения, рассеянного частицами, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона измеряемых размеров и концентраций частиц, достижения возможности одновременной регистрации параметров нескольких частиц, уменьшения минимального регистрируемого размера частиц, формируют изображение части освещенной аэрозольной стрзги на фотокатоде передающей телевизионной трубки, определяют спектр F (А) амплитуд импульсов в строках видеосигнала за один кадр, концентрацию частиц п и спектр разме ров частиц f (а) определяют по соотношениям оеn V F() dA; f (а) pF(A) J F(A)dA, где P - коэффициент пропорциональности между размером час тицы и амплитзедой импульса в строке видеосигнала в диапазоне линейности передающей телевизионной трубки; V - измерительный объем аэрозоля; а - размер частицы. 2.Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что подсветку части аэрозольной струи осуществляют плоскополяризованным лазерным излучением с длиной волны в сине-зеленой области спектра. 3.Способ по п. 1, отличаюW щийся тем, что направления строчного сканирования, электронным лучом поверхности фотокатода и аэрозольной струи устанавливают паралл ьными . 4.Способ по п. 1, отличающ и и с я тем, что-аэрозольную струю подсвечивают в течение времени, котороё превосходит время пересечения изображением частицы поверхности фо токатода передающей телевизионной 00 90 EXI труёк, концентрацию частиц определяют по числу строк телевизионного растра , в которькг амплитуда сигнала &0 не равно нулю, функцию распределения частиц по размерам определяют по спектру амплитуд строк телевизионного растра. 5.Способ по п. 1, отличаюп и и с я тем, что интенсивность подсветки части аэрозольной струи измеряют за время, меньшее времени пересечения поверхности фотокатода передающей телевизионной трубки изоб

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) (51)4 G 01 N 15 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3654059/24-25 (22) 13.10..83 (46) 30.09.86. Бюл . ((36 (72) Н.Н. Белов, В.В. Ветров, В.П.,Захаров, П.Ю. Иакавеев, А.В. Иосенков и С.M.. Бартоломе (53) 539.137(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 705849, кл. С 01 N 15/02, 1978.

Патент США Р 4211487, кл. 356-336, опублик. 1979. . Жуланов Ю.В. и др. Использование резонатора ОКГ для повышения чувствительности лазерных аэрозольных; спектрометров. цАН СССР, 1975, 222, 1(4, с. 810-812. (54) (57) .1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ И СПЕКТРА РАЗИЕРОВ АЭРОЗОЛЬНЫХ

ЧАСТИЦ, включающий формирование аэро зольной струи, освещение части аэрозольной струи, анализ излучения, рас сеянного частицами, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения динамического диапазона измеряемых размеров и концентраций частиц, достижения возможности одновременной регистрации параметров нескольких частиц, уменьшения минимального регистрируемого размера частиц, формируют иэображение части освещенной аэрозольной струи на фотокатоде передающей телевизионной трубки, определяют спектр У (А) амплитуд !импульсов в строках видеосигнала. sa один кадр, концентрацию частиц и и спектр разме ров частиц f (а) определяют по соотношениям

Ю

ОО

nV J F(A) dA; f(a) PF(A) J F(A) dA, о о где P — коэффициент пропорциональности между размером частицы и амплитчдой им— пульса в строке видеосигнала в диапазоне линейности передающей телевизионной трубки;

Ч вЂ” измерительный объем аэрозоля > а — размер частицы.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что подсветку части аэрозольной струи осуществляют плоскополяризованным лазерным излучением с длиной волны в сине-зеленой обласФ ти спектра. Щ

3. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся .тем, что направления строчного сканирования. электронным С" лучом поверхности фотокатода и аэрозольной струи устанавливают параллельными.

4. Способ по п . 1, отличаю шийся тем, что-аэрозольную струю подсвечивают в течение времени, которое превосходит время пересечения изображением частицы поверхности фотокатода передающей телевизионной тру8кУ, концентрацию чаетиц определяют по числу строк телевизионного растра, в которых; амплитуда сигнала

Г не равно нулю, функцию распределения частиц по размерам определяют по спектру амплитуд строк телевизионного растра.

5. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что интенсивность подсветки части аэрозольной струи измеряют за время, меньшее времени пересечения поверхности фотокатода передающей телевизионной трубки изоб 1173883 ражением частицы, спектр размеров частиц определяют по амплитудам тех частей импульсов в строках видеосигИзобретение относится к. способам измерения концентрации и распределения по размерам частиц аэрозолей и может быть применено, например, для контроля запыленности газовых сред.

Известен способ измерения концентрации твердых аэрозольных частиц путем определения вероятности возникновения плазмы оптического пробоя в аэрозоле.

Этот способ дает возможность,опеделять концентрацию твердых часиц в аэрозоле, содержащем как тверые, так и жидкие частицы. Недостат ком способа является низкий динамический диапазон измерений. Этим способом невозможно измерять концентрации субмикронных частиц.

Известен способ измерения концентрация и спектра размеров аэрозольных частиц облучением аэрозоля двумя ла.зерными лучами, из которых один служит для возбуждения колебаний жидкой частицы. Излучение второго лазера, рассеянное частицей, служит для ре-гистрации амплитуды и частоты колеба- ний частиц. Этот способ не позволяет измерять параметры твердых частиц, одновременно регистрировать параметры .нескольких частиц и не пригоден для контроля субмикронных частиц.

Наиболее близким техническим решением к описываемому является способ измерения концентрации и спектра размеров частиц аэрозоля, включающий формирование аэрозольной струи, освещение части аэрозольной струи, анализ . излучения, рассеянного частицами.

Способ имеет низкий диапазон измеР ений: частицы размером более 3-5 мкм вызывают срыв генерации лазера, а размером менее 0,2 мкм не регистрируются. Этот способ nq позволяет регистрировать параметры. нескольких частиц одновременно (свет, рассеянный несколькими мелкими частицами, воспринимается ФЭУ как сигнал от одной . крупной частицы). нала, которые находятся в диапазоне линейности отклика передающей телевизионной трубки.

Цель изобретения . — увеличение динамического диапазона измеряемых

:размеров и концентрации частиц, обес" печение одновременной регистрации

5 параметров нескольких частиц, уменьшение минимального .регистрируемого, размера частиц.

Достигается эта цель тем, что в способе измерения концентрации и спектра размеров аэрозольных частиц, включающем формирование аэрозольной струи, освещение части аэрозольной струи, анализ излучения, рассеянного частицами, формируют изображение части освещенной аэрозольной струи на фотокатоде передающей телевизионной трубки, определяют спектр F(А) амплитуд импульсов в. строках видеосигнала за один кадр, концентрацию частиц и

20 и спектр размеров частиц Е(а) определяют по соотношениям

Со 00

n=V J F(A) dA; f (a)=jIIF(A) (j F(A) dA), .о о где — коэффициент,пропорциональности между размером частицы и амплитудой импульса в строке видеосигнала в диапазоне .линейности

30 передающей телевизионной трубки;

V — измерительный объем аэрозоля а — размер частицы.

35 Направления строчного сканирования электронным лучом поверхности фотокатода и аэрозольной струи устанавливают параллельными. Аэрозольную струю подсвечивают в течение

40 времени, которое превосходит время пересечения изображением частицы поверхности фотокатода передающей те" левизионной трубки, концентрацию частиц определяют по числу строк теле45 визионного растра, в которых амплитуда сигнала не равна нулю, функцию распределения частиц по размерам on-, 3 1173883 4 ределяют по спектру амплитуд строк лучом поверхности фотокатода и аэротелевизионного растра. зольной струи устанавливают паралИнтенсивность подсветки части лельными. Это приводит к увеличению аэрозольной струи изменяют за время, длительности импульсов в строках и, меньшее времени пересечения поверх- 5 следовательно, к снижению требова-ности фотокатода передающей телевизи- ний по быстродействию амплитудного онной трубки изображением частицы, анализатора импульсов. спектр размеров частиц определяют по С целью снижения вероятности ложамплитудам тех частей импульсов в ных отсчетов частиц и увеличения точстроках видеосигналов, которые нахо- 10 ности амплитудного анализа спектра дятся в диапазоне линейности откли- видеоимпульсов аэрозольную струю подка передающей телевизионной трубки. свечивают в течение времени, которое

C цельюдальнейшего снижениямини- . превосходит время пересечения изобрамальногорегистрируемого размера частиц жением частицы поверхности фотокатода подсветку аэрозольной струи осущест- 15 .передающей телевизионной трубки. В .вляют .плоскополяризованным лазерным этом случае концентрация частиц произлучением с длиной волны в сине-эепорциональна числу строк телевизионленой области спектра. ного растра, в которых амплитуда не

Операция формирования изображения равна нулю. Концентрацию и спекгр на фотокатоде передающей трубки поз- 20 размеров частиц определяют, учитывая, воляет в дальнейшем при обработке что импульсом, несущим информацию о видеосигнала исключить влияние фоночастице, является вся строка телевивой засветки и таким образом уменьзионного растра. шить минимальный Регистрируемый раз- Значительного увеличения динамичесмер частиц. Кроме того,.анализ изоб-. зоб, 25 кого диапазона измерений достигают ражения, сформированного на фотокато- при изменении интенсивности излучеде передающей телевизионной трубки, ния подсветки за время, меньшее вре-. позволяет одновременную регистрацию мени пересечения поверхности фотоканескольких частиц, поскольку импуль- тода передающей телевизионной трубки сы в строках телевизионного растра йзображением частицы. Спектр размеразделены временными интервалами.::.: Ров частиц определяют по амплитудам

Способ позволяет увеличить динамичен тех частей импульсов в строках видеокий диапазон измерений размеров чаС-" сигнала, которые находятся в диапазотиц за счет использования амппитудио«, не линейности отклика передающей тего анализа импульсов видеосигнала. левизионной трубки. Такой вариант

Динамический диапазон метода значи- Реализации способа позво 35 позволяет анализительно превосходит динамический диа- ...фовать крупные частицы при низких иипазон передающей телевизионной труб- тенсивностях подсветки, а мелкие часки (более чем в 30 раз). тийря — при высоких интенсивностях.

Измерение распределения импульсов При этом в обоих случаях амплитуда видеосигнала по амплитуде проводят ., импульса видеосигнала не выходит. иэ при различных экспозициях подсветки ., диапазона линейности передающей телеаэрозоля, при этом определяют функцию- визионной трубки. распределения частиц по Размерам, учитывая, что с увеличением экспоэи- - На чертеже привеДена схема изМереции подсветки аэрозоля происходит 45 ния концентрации и спектРа РазмеРов регистрация все более мелких частию . частиц аэрозоля. Аэрозольную струю 1.

:в телевизионном растре видеосигнала. формируют с помощью двойного концент-, В измерениях, проведенных при нарас- . Рического сопла 2. Часть аэрозольной тающей подсветке, "проявляются" все. струи подсвечивают излучением 3 оптиболее мелкие частицы, таким образом, 50 ческого диапазона длин волн от источfl tt

> сканирование интенсивности или дли- ника излучения 4. Рассеянное аэрозоль- тельности подсветки позволяет "ска- ными частицами излучение 5 фокусирунировать" спектр размеров частиц. ют.с помощью микрообъектива 6 на . поверхности фотокатода 7 передающей

Для снижения требований к быстро- 55. телевизионной трубки 8. Измеряют действию аппаратуры, предназначенной распределение. импульсов в строках видля реализации способа, направления деосигнала телевизионного растра по строчного сканирования электронным амплитуде с помощью измерителя 9.

5 11738

Пространственное положение исследуе мой частицы определяют по выходным характеристикам напряжения блока развертки 10. По данным измерения распределения импульсов по амплитуде определяют распределение частиц по размерам и коцентрацию частиц.

Использование в качестве источника излучения. лазера с плоскополяризованным излучением в сине-зеленой об- 10 .ласти спектра позволяет, значительно снизить минимальный регистрируемый размер частиц.

Пример 1. Для измерений концентрации и спектра размеров аэрозоля 15 в производственном помещении производят следующие операции. Формируют аэрозольную струю, окруженную "рубаш:кой" фильтрованного воздуха, с помощью двойного концентрического сопла., щ

Через внутреннее сопло пропускают ис следуемый аэрозоль, через внешнее конконцентрическое сопло — фильтрованный воздух со скоростью, близкой к скорости аэрозольной. струи (гидродинами- 25 ческая фокусировка аэрозольной струи).

Освещают часть аэрозольной струи однородным по интенсивноати потоком света. Размер освещенной части струи ,устанавливается большим поля зрения З9. птической системы, формирующей изоб- ажение -аэрозольной струи на фотокатоде. Формируют изображение аэрозольной струи на фотокатоде передающей

83 Ф телевизионной трубки ПТУ-43. С помощью амплитудного анализатора импульсов АИ-1024 определяют спектр

F(A3 амплитуд импульсов в строках видеосигнала за один кадр. Концентрацию и и спектр размеров части f(а) определяют по соотношению (1).

В качестве источника излучения используют осветительную систему микроскопа Полам .

Пример 2. Операции формиро вания аэрозольной струии изображения на фотокатоде передающей телевизионной трубки аналогичны описанным в примере 1. Отличие от примера 1 сос" тоит в том, что в качестве источника излучения подсветки используют импульсно-периодический лазер, излучение которого поляризовано в плоскости, перпендикулярной полю зрения оптической системы, формирующей иэображение аэрозольной струи на фотокатоде передаюшей телевизионной трубки.

Способ позволяет увеличить динамический диапазон измеряемых размеров и концентраций частиц, уменьшить минимальный регистрируемый размер частицы, позволяет проводить одновременный анализ параметров нескольких частиц. Этот способ может быть применен для контроля аэрозоля на ответственных этапах сборки микроэлектронных схем, в комплексных исследованиях атмосферного аэрозоля.

1 l 73883 .

Корректор Л. Пилипенко

Техред И.Попович

Редактор О.: Юркова

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5267/2

Подписное

Производственно-полиграфическое;предприятие г. Ужгород, ул. Проектная, 4