Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц

 

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающий соосно и последовательно установленные осветитель , объектив, фокусирующий элемент, выполненный в виде. усеченного эллипсоида вращения , оба фокуса которого лежат на оптической оси регистратора, диафрагму и приемно-анализирующий блок, а также узел формирования потока частиц через первый фокус о, фокусирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью уменьщения погрешности при сохранении чзвствительности измерений, в регистратор введены второй фокусирующий элемент и конический отражатель , причем второй элемент идентичен первому и установлен соосно с ним так, что его первый фокус совпадает с вторым фокусом первого фокусирующего элемента, конический отражатель вьшолнен с углом 90 при верщине и установлен так, что второй фокус второго фокусирующего элемента лежит между основанием и верщиной конического отражателя, а верппша отражателя направлена в сторону приемно-анализирующего блока, диафрагма вьшолнена с кольцевым (О отверстием и установлена в плоскости, проходящей через вершину конического отражателя , причем. средний радиус кольцевого отверстия выбран равным расстоянию между вершиной конического отражателя и вторым фокусом второго фокусирующего элемента. ;о Од

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (sr) 4 G 01 N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3717873/24 — 25 (22) 30.03.84 (46) 15.09.85. Бюл. Р 34 (72) С. М. Коломиец (71) Институт экспериментальной метеорологии (33) 539.215.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР N 857789, кл. G 01 N 15/02, 1981.

Беляев С. П. и др. Оптико-электронные методы измерения аэрозолей. — М.: Энергоиздат, 1981, с. 72 — 73; (54) (57) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРА-

ТОР ВЗВЕШЕННЪ|Х ЧАСТИЦ, включающий соосно и последовательно установленные осветитель, объектив, фокусирующий элемент, вы-, полненный в виде. усеченного эллипсоида вращения, оба фокуса которого лежат на оптической оси регистратора, диафрагму и приемно-анализирующий блок, а также узел формирования потока частиц через первый фокус

„„Я0„„1179160 A фокусирующего элемента, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения погрешности при сохранении чувствительности измерений, в регистратор введены второй фокусирующий элемент и конический отражатель, причем второй элемент идентичен первому и установлен соосно с ним так, что

его первый фокус совпадает с вторым фокусом первого фокусирующего элемента, конический отражатель выполнен с углом 90 при вершине и установлен так, что второй фокус второго фокусирующего элемента лежит между основанием и вершиной конического отражателя, а вершина отражателя направлена в сторону приемно-анализирующего блока, диафрагма вьпюлнена с кольцевым отверстием и установлена в плоскости, проходящей через вершину конического отражателя, причем, средний радиус кольцевого отверстия выбран равным расстоянию между вершиной конического отражателя и вторым фокусом второго фокусирующего элемента, 1179) 60

Изобретение относится к измерительной технике, в частности в технике для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц, преимущественно аэрозолей микронного диапазона размеров, и может использо- 5 ваться в метеорологии, биологии, медицине, химической технологии.

Целью изобретения является уменыиение погрешностей при сохранении чувствительности измерений за счет оптического формирования 10 счетного обьема с достаточно резкими границами вдоль оси светового пучка.

На чертеже представлен предлагаемый регистратор.

Регистратор содержит осветитель 1, объек- 15 тив 2, первый и второй фокусирующие элементы 3 и 4, выполненные в виде идентичных участков эллипсоида вращения (вокруг его болыпой оси), зеркальный кони« ческий отражатель 5, диафрагму 6 с кольцевым отверстием, фотоприемник 7 и анализатор импульсов 8. Фокус объектива 2 совпадает с первым фокусом 0 первого фокусируюшего элемента 3, 02 — общий фокус элементов

3 и 4, 03 — второи фокус второго фокуси- э5 рующсго элемента 4, 0 — вершина конического отражателя 5, имеющего угол раствора (угол при вершине) — 90 . Диафрагма 6 установлена перпендикулярно оптической оси регистратора в плоскости, проходящей через вершину конического отражателя 5 и выполнена с кольцевым отверстием с внутренним радиусом Rg и наружным радиусом R„, причем средний радиус отверстия R RS+ н где а — длина отрезка 0з С, т. е. расстоя- 35 ние от вершины конического отражателя

5 до второго фокусирующего элемента 4.

Ширина отверстия h R = Рн — Rp — Г, где требуемый размер счетного объема вдоль оси регистратора, .при ем Р н =- а —; Rg = 40

Г

= a + †. Узел формирования потока частиц

Г

2 (не показан) имеет широкую заборную трубку (диаметром не менее 1 см) и формирует поток исследуемых частиц в направлении. перпендикулярном плоскости чертежа, причем ось этого узла (ось потока частиц) проходит через фокус 0 . Одинарными стрелками обозначены лучи света, рассеянного исследуемыми частицами, двойными — лучи прямого светового пучка от осветителя 1 (света, не 50 рассеянного частицами) .

Регистратор работает следующим образом.

Световой пучок о осветителя 1 объективом 2 фокусируется в область фокуса 0< 55 через который пролетают исследуемые частицы.

Прямой пучок (нерассеянный свет) поглощается светоловушкой (внутренней частью конического отражателя 5), а свет, рассеянный частицами, фокусирующим элементом 3 собирается в область фокуса 02 затем попадает на фокусирующий элемент 4 и этим элементом направляется в область фокуса 0з. В фокусе

0> стигматическим будет лишь изображение точки 01, но не малой области вблизи нее, поскольку фокусы эллипса, хотя и являются анаберрационными точками, но не являются апланатическими. Вследствие этого с помощью только одного фокусирующего элемента 3 нельзя получить достаточно качественное изображение счетного объема. Второй же фокусирующий элемент 4 компенсирует погрешности изображения в области фокуса 0, которые вносит первый элемент 3. В результате при отсутствии конического отражателя в фокусе

Оз сформировалось . бы действительное изображение фокуса 01, причем это изображение было бы стигматическим не только для точки

Q но и для некоторой малой области вблизи точки О,, поскольку увеличение системы з элементов 3 и 4 единице, и в этом случае для точек 0 и 0З одновременно выполняется как условие синусов Аббе, так и условие

Гершеля. Таким образом, осевой отрезок в области ОЗ есть стигматическое изображение осевого отрезка в области 0 . При наличии конического отражателя 5 изображение в области 0з является мнимым. Действительное же изображение строится в плоскости, перпендикулярной оптической оси и проходящей через точку г, причем изображение каждой осевой точки отражателем 5 трансформируется в окружность, центр которой лежит на оси регистратора, а радиус равен расстоянию от данной точки до вершины отражателя. Осевой же отрезок трансформируется в кольцо, разность наружного и внутреннего радиусов которого равна длине отрезка. Следовательно, диафрагма 6, имеющая кольцевое отверстие с

Г

= О - Г, R = д + —, является в даннои

5 Т схеме полевой диафрагмой, и в области вдоль оптической оси границы поля зрения, e отстоят от точки 0 на расстояние + у

Таким образом, диафрагма 6 поступает на фотоприемник 7 рассеянный свет только от тех частиц, которые пролетают от точки О.Г на расстоянии вдоль оси, не большем — (свет

Г от частиц, пролетевших на большем расстоянии, задерживается диафрагмой и на фотоприемник не попадает). Электрические импульсы с фотоприемника 7 анализируются анализатором 8. В направлении, перпендикулярном оп>. тической оси, счетный объем ограничен диаметром светового пучка. Таким образом, в данной оптической схеме реализуется оптичес,кое ограничение счетного объема вдоль оси

R-- a eos(У вЂ” 90 ) н нь = e cps (9Р -90 ) Составитель В. Варнавский

Техред Ж. Кастелевич

Корректор С. Черни

Редактор М. Циткина

Заказ 5654/42

Тираж 897

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

3 l светового пучка при достаточно больших апертурных углах фокусируюших элементов, т. е. при высокой чувствительности измерений.

Фокусирующие элементы 3 и 4 могут быть выполнены и в виде усеченных параболоидов вращения. В этом случае расстоя ние между ними может быть в .значительной мере произвольным, поскольку один из фокусов каждого элемента находится на бесконечности.

Угол раствора конического отражателя 5 может отличаться от 90 и быть равным некоторому значению . В этом случае изображение осевого участка представляет не

179!60 4 кольцо, а участок конической поверхности с утлом раствора 2 jf . Для уменьшения аберраций, обусловленных конечным диаметром светового пучка (т. е. конечными размерами счетного объема в направлении, перпендику.i лярном оптической оси), кольцевое отверстие диафрагмы должно быть выполнено не в плоскости, а на поверхности конуса с углом раствора 2У, причем плоскость, проходящая

1п через среднюю линию отверстия, должна находиться от вершины отражателя 5 на расстоянии а яп (г" — 90 ). При этом