Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ай 4 G 01 И 15/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3731490/24-25 (22) 20.04 ° 84 (46) 23.02.87.Бюл. Ф 7 (71) Днепропетровский горный институт им.Артема (72) В.А.Бойко, В.И.Голинько, В,Е.Колесник и А.А.Пац (53) 536.35 (088.8) (56) Беляев С.П., Никифорова Н.К. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей. N. Знергоиздат, 1981, с.82-83.

Airborn dust measurement system.

Mining jounal, 1978, ч.291, 16 7456, р.27. (54) (57) 1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ АЭРОЗОЛЯ, включающее последовательно размещенные вдоль оптической оси источник света, коллиматор, рассеивающий объем, кольцевую собирающую оптическую систему и фотоприемники рассеянного и направленного световых потоков, а также схему регистрацИи, включающую преобразователи токов фотоприемников, генератор возбуждения, электрически связанный с источником света, и схему возбуждения, регулирования и стабилизации направленного светового потока, блок регистрации, причем выходы фотоприемников соединены с входами преобразователей токов, выход преобразователя тока фотоприемника направленного светового потока соединен с входом схемы возбуждения, регулирования и стабилиÄÄSUÄÄ 1291847 А1 зации направленного светового потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измерения, оно содержит ряд непрозрачных диафрагм с осевыми отверстиями, раз— мещенных по оптической оси устройства, равномерно одна за другой между рассеивающим объемом и кольцевой собирающей оптической системой, расположенной концентрично относительно выполненной в виде усеченного конуса с осевым отверстием экранирующей насадки, закрепленной в полости, образованной отверстиями диафрагм, большим основанием непосредственно перед оптической системой соосно с ней, образуя совместно с диафрагмами зазор для рассеянного света, сходящийся к центру рассеивающего объео ма под углами к оси в пределах от 2 о до 8 по образующим конусов экранирующей насацки и отверстий диафрагм, а также дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам преобразователей токов фотоприемниКоВ рассеянного и направленного световых потоков, а выход присоединен к входу блока регистрации.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что содержит от 5 до 7 диафрагм, выполненных в виде полых усеченных конусов, направленных узкими торцами с отверстиями к рассеивающему объему, а экранирующая насадка имеет на поверхности кольцевые канавки, 1291847

Изобретение относится к оптическим приборам для измерения концентрации частиц аэрозоля и может быть использовано для измерения концентрации пыли в атмосфере угольных шахт. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена схема, поясняюшая принцип работы устройства; на фиг. 2 — схема выполнения узла

10 регистрации световых потоков.

Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля содержит последовательно размещенные

15 вдоль оптической оси светодиод 1, коллиматор, включающий двухлинзовый объектив 2 и диафрагму 3, диафрагмы 4, патрубки 5, диафрагмы 6, экра— нирующую насадку 7, кольцевую собирающую оптическую систему 8, которая может быть выполнена в виде пластмассового блока из двух линз с отверстием в центре, куда вставляется экранирующая насадка 7 и фотоприемники направленного 9 и рассеянного 10 световых потоков. Число диафрагм 6 для защиты оптики зависит от измеряемых концентраций и размеров витающих частиц. Установка пяти диафрагм обеспечивает достаточную защиту от загрязнения при концентрациях,цо 500-1000 мг/м, что подтвержз дается исследованиями в пылевой камере. 1акое же количество диафрагм целесообразно разместить со стороны источника света (диафрагмы 4). Диаметр отверстий диафрагм 6 определяется образующей конуса, выходящей из центра рассеивающего объема (О), при равномерном их размещении от точки 0 до кольцевой собирающей оп° тической системы 8. Указанные диафрагмы выполнены в виде польгх усеченных конусов, образующие которых наклонены к оси под углами порядка

15-30 . Широкая часть этих конусов переходит в цилиндр для удобства размещения в общем кожухе.

Размеры экранирующей насадки оп50 ределяются образующей конуса, вь1ходящей из центра (O) под меньшим углом и осевым отверстием в ней для пропускания направленного светового пучка. При диаметре последнего в

5 мм отверстие должно быть 6-7 мм.

Канавки на поверхности насадки можно выполнить в виде резьбы в отверстии и кольцевых проточек на конусе, глубина их максимальна возможная и определяется конструктивными особенностями материала насадки. Экранирующую насадку 7 удобно закрепить в отверстии кольцевой собирающей оптической системы 8.

Кроме того, устройство содержит преобразователи 11 и 12 токов фотоприемников в электрический сигнал и дифференциальный усилитель 13 сравнения сигналов преобразователей 11 и 12, а также схему возбуждения, регулирования и стабилизации, включающую дифференциальный усилитель 14 обратной связи с источником 15 опорного сигнала, возбуждения светодиода и элементы 16 регулирования тока источника света, импульсный генератор 17 и блок 18 регистрации.

Устройство работает следую1цим образом.

Светодиод 1 излучает световые импульсы, возбуждаемые в нем импульсным генератором 1 7. Далее световой поток коллимируется двухлинзовым объективом 2 и диафрагмой 3 и в виде параллельного светового пучка диаметром около 5 мм пересекает рабочий рассеивающий объем с центром в точке О. При этом направленный пучок через отверстие в экранирующей насадке 7 попадает на фотоприемник 9, ток которого усиливается и демодулируется преобразователем 11, Полученный сигнал поступает на один из входов дифференциального усилителя 14 обратной связи, где сравнивается с напряжением источника 15 опорного сигнала.

Сигнал рассогласования воздействует на элемент 16 регулирования тока, замыкая контур стабилизации светового потока. Наличие контура стабилизации обеспечивает стабильный световой поток в рабочем объеме и компенсирует возможное загрязнение оптики и изменение свойств излучателя и фотоприемника.

Полезный сигнал а концентрации формируется за счет малоуглового светорассеяння дисперсной фазы, поступившей в рассеивающий объем с потоком воздуха через патрубки 5. Собиранию света способствуют диафрагмы 6 и экранирующая насадка 7, образуя зазор для пропускания рассеянного света.

Этот зазор обеспечивает апертуру собирания рассеянного светового пото1291847 ка в пределах 2-8 . Со стороны меньших значений углы ограничиваются возрастающим параэитным световым фоном, который невозможно подавить экранирующей насадкой 7 из-за дифракции на 5 ее кромках коллимирующей диафрагмы

3. Увеличение углов в большую сторону приводит к потере чувствительности к крупным частицам.

На практике, учитывая диаметр све-10 тового пучка и размеры рассеивающего объема, оптимальные углы наклона образующих конусов экранирующей насадки и отверстий диафрагм к оси выбирают 3 и 7 соответственно или даже 4 и 7 .

Рассеянный световой поток собирается кольцевой собирающей оптической системой 8 и направляется на фотоприемник 10 рассеянного светового потока. Ток последнего усиливается и демодулируется преобразователем 12 и подается на один из входов дифференциального усилителя 13. На второй

25 его вход поступает сигнал от преобразователя 11. Усилитель 13 служит для компенсации тока преобразовате— ля, вызванного паразитной засветкой фотоприемника 10 рассеянного светового потока, причем в качестве опорного напряжения используется сигнал, поступающий с выхода преобразователя 11, Разностный сигнал этого усилителя служит мерой концентрации дисперсной фазы аэрозоля и может регистрироваться или преобразовываться к виду, удобному для считывания и отображения.

Устройство позволяет непрерывно измерять общую массу витающих частиц в течение продолжительного времени, что важно при контроле концентрации пыли в выработках угольных

45 шахт, в условиях высоких (до 1000 мг/мэ) концентраций. формула изобретения

1. Устройство для измерения концентрации дисперсной фазы аэрозоля, включающее последовательно размещенные вдоль оптической оси источник света, коллиматор, рассеивающий объем, кольцевую собирающую оптическую систему и фотоприемники рассеянного и направленного световых потоков, а также схему регистрации, включающую преобразователи токов фотоприемников, генератор возбуждения, электрически связанный с источником света, и схему возбуждения, регулирования и стабилизации налравленного светового потока, блок регистрации, причем выходы фотоприемников соединены с входами преобразователей токов, выход преобразователя тока фотоприемника направленного светового потока соединен с входом схе— мы возбуждения, регулирования и стабилизации направленного светового потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно содержит ряд непрозрачных диафрагм с осевыми отверстиями, размещенных по оптической оси устройства, равномерно одна за другой между рассеивающим объемом и кольцевой собирающей оптической системой, расположенной концентрично относительно выполненной в виде усеченного конуса с осевым отверстием экранирующей насадки, закрепленной в полости, образованной отверстиями диафрагм, большим основанием непосредственно перед оптической системой соосно с ней, образуя соместно с диафрагмами зазор для рассеянного света, сходящийся к центру рассеивающего объема под углами к оси в пределах от 2 до 8 по образующим конусов о экранирующей насадки и отверстий диафрагм, а также дифференциальный усилитель, входы которого подключены к выходам преобразователей токов фотоприемников рассеянного и направленного световых потоков, а выход присоединен к входу блока регистрации.

2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что содержит от 5 до 7 диафрагм, выполненных в виде полых усеченных конусов, направленных узкими торцами с отверстиями к рассеивающему объему, а экранирующая насадка имеет на поверхности кольцевые канавки.

1291847

Составитель II.Çàõàðoâ

Техред И.Попович, Ко рре к тор М, Пожо

Редактор Г.Волкова

Заказ 224/41 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Ч

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4