Способ измерения размера частиц и устройство для его осуществления

 

1. Способ измерения размера частиц, заключающийся в облучении потока частиц двумя когерентньми пучками различной частоты и регистрации электрического сигнала, образуемого после оптического гетеродинирования рассеянного излучения, по которому судят о размере частиц, о тлича ющий ся тем, что, с целью повьшения точности измерения путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью освещенности области измерения, облучающие пучки выбирают одинаковой интенсивности , вектора поляризации пучков ориентируют в одном направлении или взаимно ортогонально, рассеянное излучение собирают в направлении, не совпадающем с плоскостями колебаний электрического и магнитного векторов излучений для каждого из облучающих пучков, регистрируют постоянную и переменную составляющие рассеянного излучения, определяют коэффициент поляризационного согласования Kfj двух смешивав№1х волн, равный квадрату соотношения переменной и постоянной составляющих рассеянного излучения, и по значению Кп судят о размере частиц. 2, Устройство для измерения размера частиц, содержащее лазер, расположенные по оптической оси лазера два фокусирующих объектива, четвертьволновую пластинку, электрооптический кристалл и зеркало, а также собирающий объектив, .оптическая ось которого расположена под углом 90 к оптической оси лазера, фотоприемник, расположенный на оптической оси собирающего объектива, генератор высокой частоты, подключенный к электрооптическому кристаллу, селективный усилитель, подключенный к фотопри емнику, и амплитудный анализатор импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем дополнительно установлены второй собирающий объектив и фотоприемник, фильтр низкой частоты, линейный детектор . огибающей, два усилителя, измеритель отношения напряжений и устройство возведения в квадрат, причем оптические оси двух собирающих объективов располагаются в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазера , и симметрично относительно оси, лежащей в этой плоскости и проходящей через оптическую ось лазера перпендикулярно к плоскости поляризации излучения лазера, второй фотоприемник расположен на оптической оси второго собирающего объектива и выход его через фильтр низкой i СЛ С tc о 00 4;;tk со О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3439555/24-25 (22) 17. 05. 82 (46) 30.01.86. Бюл. Ф 4 (?1) .Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации (72) В.M.Çåìëÿíäêèé (53) 536.35(088.8) (56) Каталог фирмы Roycolustrument, США, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Р 987474, кл. G Oi N 15/02) 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА ЧАСТИЦ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, (57) 1. Способ измерения размера частиц, заключающийся в облучении потока частиц двумя когерентными пучками различной частоты и регистрации электрического сигнала, образуемого после оптического гетеродинирования рассеянного излучения, по которому судят о размере частиц, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерения путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью освещенности области измерения, облучающие пучки выбирают одинаковой интенсивности, вектора поляризации пучков ориентируют в одном направлении или взаимно ортогонально, рассеянное излучение собирают в направлении, не совпадающем с плоскостями колебаний электрического и магнитного векторов излучений для каждого из облучающих пучков, регистрируют постоянную и переменную составляющие рассеянного излучения, определяют коэффициент„.поляризационного согÄÄSUÄÄ 1208496 А ласования К„двух смешиваемых волн, равный квадрату соотношения переменной и постоянной составляющих рассеянного излучения, и по значению

К„ судят о размере частиц.

2. Устройство для измерения размера частиц, содержащее лазер, расположенные по оптической оси лазера два фокусирующих объектива, четвертьволновую пластинку, электрооптический кристалл и зеркало, а также собирающий объектив,,оптическая ось которого расположена под углом 90 к оптической оси лазера, фотоприемник, расположенный на оптической оси собирающего объектива, генератор высокой частоты, подключенный к электрооптическому кристаллу, селективный усилитель, подключенный к фотоприемнику, и амплитудный анализатор импульсов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем дополнительно установлены второй собирающий объектив и фотоприемник, фильтр ниsкой частоты, линейный детектор огибающей, два усилителя, измеритель отношения напряжений и устройство возведения в квадрат, причем оптические оси двух собирающих объективов располагаются в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазера и симметрично относительно оси, лежащей в этой плоскости и проходящей через оптическую ось лазера перпендикулярно к плоскости поляризации излучения лазера, второй фотоприемник расположен на оптической оси второго собирающего объектива и выход его через фильтр низкой

1208496 частоты и усилитель подключен к первому входу измерителя отношения, выход селективного усилителя соединен с входом линейного детектора огибающей, выход которого через усилитель подключен к второму входу

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размеров и кой- е центраций частиц в движущихся жидких и газообразных средах оптическими средствами.

Целью изобретения является повышение точности измерения .путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью, освещенности области измерения.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа измерения размеров частиц.

Устройство состоит из лазера 1, I 5 излучающего линейно поляризованный, например, в вертикальной плоскости луч 2, фокусирующего объектива 3, собирающего излучение в области измерения 4, через которую движет- 20 ся исследуемый поток частиц 5, второго объектива 6, четвертьволновой фазовой пластинки 7, электрооптического кристалла 8, помещенного в круговое четвертьволновое вращаю- 25 щееся электрическое поле, зеркала

9, отражающая поверхность которого перпендикулярна лучу лазера„ собирающие рассеянный свет 10 и 11 объективы 12 и 13, апертурные диаф- Зо рагмы 14 и 15, фотоприемники 16 и

17, селективный усилитель 18, линейный детектор огибающей 19, усилитель 20, измеритель 21 отношений напряжений, фильтр 22 низкой частоты, усилитель 23, устройство 24 возведе- ния в квадрат, амплитудный анализатор 25 импульсов, генератор 26.

Сущность способа измерения размеров частиц заключается в следующем. Если движущаяся в потоке частица облучается двумя когерентными лучами различной частоты ) и cd +d где мЭ - разница частот этих лучей, измерителя отношения, выход измерителя отношения соединен с входом устройства возведения в квадрат,, выход которого соединен с амплитудным анализатором импульсов. причем вектор скорости потока направлен перпендикулярно раэностному волновому вектору двух облучающих лучей, то в этом случае при оптическом гетеродинировании рассеянного излучения, принимаемого в определенном направлении, где на выходе фотоприемника образуется сигнал

=)(pal+ Р + К К (Рз + Р )с. з (,) где 5 — коэффициент пропорциональности

Р и Р— мощности рассеянного изSq $ .

f лучения, регистрируемые фотоприемником при облучении частицы соответственно первым и вторым облучающим лучом;

> Ps к

K = --- ††"- — коэффициент амплиР + P тудного согласования двух смешиваемых на фотоприемнике лучей;

К, — коэффициент поляриэационного согласования двух смешиваемых на фотоприемнике волн, определяемый через элементы матрицы когерентности первой и второй рассеянной волны;

<1 — разность частот лучей; — время; — фаза сигн;ща.

Если прием рассеянного излучения осуществляется в направлении распространения двух волн с равной интенсивностью, то KA= 1 ° Следовательно, измерив амплитуду переменной составляющей фототока

I = 3 Кп(Рз,+ P ) и постоянную сос1208496 тавляющую фототока I= g (Р + P> ), 1 2 можно рассчитать Кя по формупе

К = (- ) . (2)

Значение К„ изменяется от нуля до единицы и зависит оТ размеров частиц. Расчеты, выполненные на основе теории рассеяния Ми, показывают, что для заданного диапазона размеров частиц с известными опФическими свойствами существует своя градуированная характеристика, в соответствии с которой значение

К монотонно возрастает в пределах измерительного диапазона размеров с увеличением размера частиц..

Расчеты, выполненные на основе векторной теории рассеяния, показывают, что с учетом зависимости, Х и К„ от угла направления приема рассеянного излучения, для регистрации Х и I достаточно выбрать два направления, симметричных относительно оси, расположенной перпендикулярно оптической оси облучающих лучей и вектору скорости потока частиц.

Таким образом, рассчитав по результатам измерений I u I коэффициент поляриэационного согласования К„ с помощью соответствующих градуировочных графиков, можно однозначно определить размер частиц.

Устройство для осуществления способа измерения размера частиц работает следующим образом.

Область измерений 4 в исследуемом потоке частиц 5 облучается когерентным лучом 2 от лазера 1 и отраженным от зеркала 9 после прохождения четвертьволновой фазовой пластинки 7 и электрооптического кристал«

5 ла 8, на который от генератора 26 подаются два сигнала в квадратуре, имеющие одинаковую частоту и равные четвертьволновые напряжения. Отражающий луч после повторного прохождения через электрооптический кристалл 8 и четвертьволновую фазовую пластинку 7 имеет линейную вертикальную по.ляризацию и сдвинут по частоте относительно частоты луча 2 на вели15 чин у ц.1 м

Объективы 3 и 6 фокусируют оба луча в области 4 измерений. С помощью объективов 12 и 13 и апертурных диафрагм 14 и 15 рассеянное излучение собирается в направлениях, симметричных относительно оси, расположенной перпендикулярно опти %ской оси облучающих лучей и вектору ско-. рости потока частиц, направляется на фотоприемники 16 и 17, причем амплитуда переменной составляющей фототока регистрируется с помощью селективного усилителя 18 линейного де3О тектора огибающей 19 и усилителя 20, а постоянная составляющая фототока регистрируется с помощью фильтра 22 низкой частоты, усилителя 23, далее измеритель 21 отношений напряжений, устройство 24 возведения в квадрат и амплитудный анализатор импульсов производят обработку составляющих фототока и определение размеров частиц.

1 208496

Составитель Г.Плешков

Редактор Л.Авраменко Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 252/55 Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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