Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контроля дисперсных сред, и может быть использовано для определения концентрации и фракционного состава аэрозолей. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влияния виньетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращение времени анализа. Первый и второй фотоприемники визируют первый счетный объем, расположенный внутри большего по размерам второго счетного объема, который визируется третьим фотоприемником . Использование первого блока совпадений и специального блока селекции позволяет отличать одновременное попадание нескольких частиц в счетные объемы от попадания одной крупной частицы, что позволяет повысить точность измерений размеров и концентрации. Использование второго счетного объема, превосходящего по. размерам первый счетный объем, позволяет повысить скорость счета частиц и тем самым сократить время анализа. Устранение влияния виньетирования достигается использованием вложенных счетных объемов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с ел «1 СП со N9 СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1б11 4 G Ol N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕРЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4258637/31-25 (22) 09.06.87 (46) 23.01.89. Бюл, М 3 (71) Казанский государственный университет им. В.И.Ульянова-Ленина (72) В.Н.Ушаков (53) 66.063.62(088.8) (56) Беляев С.П. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей.—

М.: Знергоиздат, 1981, с. 232, Авторское свидетельство СССР

М- 739376у кл. С 01 И 15/02, 1980 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ АЗРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частносж к устройствам оптического контроля дисперсных сред, и может быть использовано для определения концентрации и фракционного состава аэрозолей. Цель изобретения — повышение точности за счет устранения

„„SU„„1453257 А 1 влияния виньетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращение времени анализа. Первый и второй фотоприемники визируют первый счетный объем, расположенный внутри большего по размерам второго. счетного объема, который визируется третьим фотоприемником. Использование первого блока совпадений и специального блока селекции позволяет отличать одновременное попадание нескольких частиц в счетные обьемы от попадания одной крупной частицы, что позволяет повысить точность измерений размеров и концентрации. Использование второго счетного объема, превосходящего по, размерам первый счетный объем, позволяет повысить скорость счета частиц и тем самым сократить время анализа.

Устранение влияния виньетирования достигается использованием вложенных

Ii>eL счетных объемов. ) э.п. ф"лы, 3 ил, 1453257

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контроля дисперсных сред, и может быть использовано для определения концентрации и фракционного состава аэрозолей.

Цель изобретения — повышение точности за счет устранения влияния

Иньетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращение времени анализа.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц; на фиг. 2 — сечение счетных объемов плоскостью, в которой лежат 0 оптические оси осветителя и трех фотоприемников; на фиг. 3 — то же, в которой тежат.оптическая ось осветителя и ось аспирационного канала.

Устройство содержит осветитель 1, 25 счетные объемы 2, первую 3, вторую

4 и третью 5 полевые диафрагмы,. первый 6, второй 7 и третий 8 объективы, первый 9, второй 10 и третий 11 фотоприемники, первый 12, второй 13 и третий 14 усилители, первый 15, второй 16 и третий 17 формирователи, первый 18 и второй 19 блоки совпадений, ключевой элемент 20, счетчик 21, блок 22 запоминания, амплитудный анализатор 23, блок 24 селекции, дифференциатор 25, реверсивный счетчик

26, дешифратор 27. На чертеже изображены первая 28, вторая 29 и третья

30 аэрозольные частицы.

Устройство работает следующим образом.

Аэрозольные частицы с помощью аспирационного канала прокачивают перпендикулярно плоскости, в которой размещены оптически оси первого 9, второго 10 и третьего 11 фотоприемников. Зондирующий пучок осветителя

1 и зоны визирования фотоприемников

9 и 10, ограниченные соответственно первой 3 и второй 4 диафрагмами, а также первым 9 и вторым 10 объективами, формируют первый счетный объем, При этом первый счетный объем фор55 мируется вложенным во второй счетный объем, больший по размеру, ограниченный зоной, визирования третьего фото" приемника 11. При прохождении аэрозольной частицей первого и второго счетных объемов, освещаемых зондирующих световым пучком осветителя 1, она рассеивает свет, который регистрируется соответствуюшими из фотоприемников 9-11, Если частица прошла через свободную от виньетирования зону, ограниченную первым счетным объемом, то рассеянный ею свет попадает на все фотоприемники, которые преобразуют его в электрические сигналы, усиленные усилителями 12-!4.

Импульсы с выходом первого 15 и второго 16 формирователей через первый блок 18 совпадений поступают на первый вход ключевого элемента 20, разрешая прохождение сигнала с выхода третьего усилителя 14 на амплитудный анализатор 23 и третий формирователь

17, выходной сигнал которого поступает на первый вход второго блока 19 совпадений. При попадании частицы во второй (больший) счетный объем на выходе третьего усилителя 14 появляется скачок напряжения, при этом на первом выходе дифференциатора 25 появляется короткий импульс, подаваемый на вход счетчика 21 и первый вход реверсивного счетчика 26. Если реверсивный счетчик 26 находится в состоянии "1", что соответствует попаданию во второй счетный объем одной частицы, то на выходе дешифратора 27 появляется сигнал, подаваемый на второй вход второго блока 19 совпадений, с выхода которого сигнал поступает на второй вход блока 22 запоминания, осуществляя запись кода размера частицы, подаваемого на era первый вход с выхода амплитудного анализатора

23, При выходе аэрозольной частицы из второго (большего) счетного объема на втором выходе дифференциатора

25 появляется короткий импульс, подаваемый на второй вход (декрементации) реверсивного счетчика 26.

Если аэрозольная частица пересечет зону второго (большого) счетного объема, в котором имеет место виньетирование, то сигналов на выходах фотоприемников 9 и 10 не будет и ключевой элемент 20 будет закрыт запирающим сигналом с выхода первого блока 18 совпадений. Анализ размеров частицы производиться не будет, а произойдет лишь счет частицы в счетчике 21 .

1453257

Изобретение позволяет повысить точ" ность определения размера аэрозольной.частицы за счет исключения иэ анализа частиц, находящихся в зоне виньетирования, и частиц, попавших в счетный объем в количестве больше одной, производя при этом их раздельный счет. Это позволяет повысить точность определения счетной концентра55

Если в счетные объемы попадут одновременно несколько частиц, например три частицы 28-30 (фиг. 3), то от частиц 29 и 30 при пересечении перво5

ro (меньmего) счетного объема на выходе ключевого элемента 20 появится импульсный сигнал с большей амплитудой, чем от одиночной частицы за счет суммирования интенсивностей рас- 1g сеянного света от всех частиц, находящихся к этому времени во втором счетном объеме. Поскольку при входе в счетный объем очередной частицы происходит инкрементация реверсивно.го четчика 2б и декрементация при выхо,,е частицы иэ этого объема, то в ситуации, приведенной на фиг. 3, реверсивный счетчик 2б находится в состоянии "0", на выходе дешифрато- 20 ра 27 сигнал отсутствует и запись искаженных значений в блоке 22 запоминания не будет произведена, но произойдет подсчет частиц в счетчике

21. При выходе последней частицы из счетного объема реверсивный счетчик

2б установится в исходное состояние

"0". Таким образом, погрешность определения размеров при одновременном попадании в счетный объем нескольких частиц .уменьшится.

Для снижения вероятности P одновременного попадания в измерительный объем двух и более частиц до значения

Р=0,1 размеры счетного объема выбира- 35 ют из условия V=O,IIt, где И вЂ” максимальная концентрация частиц. Поскольку процесс попадания аэрозольных частиц в измерительный объем хорошо описывается законом Пуассона, то при та- 4О ком выборе размера счетного объема за все время работы устройства в течение 10% времени в измерительном объеме будут находиться частицы, а в 90% не будут. При этом в среднем в 45 течение 9% всего времени работы в измерительном объеме будет находиться одна частица, в течение 1% всего времени — две и более. ции аэрозольных частиц, а разведение каналов определения размеров и концентрации позволяет сократить время анализ а.

Формула изобретения !, Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц, содержащее осветитель, на опти-. ческой оси которого в области пересечения с перпендикулярной к ней осью аспирационного канала размещен первый счетный объем, ограниченный областью пересечения зон визирования первого и второго фотоприемников с оптическими осями, наклоненными в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под равными углами 40-50 центр которого совмещен с центром второго счетного объема, ограниченного зоной визирования третьего фотоприемника с оптической осью, наклоненной относительно оптической оси осветителя в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под углом 90, первый блок совпадений, первую полевую диафрагму и первый объектив, вторую полевую диафрагму и второй объектив, третью полевую диафрагму и третий объектив, размещенные на оптических осях соответственно первого, второго и третьего фотоприемников для формировапия соот" ветственно первого и второго счетных объемов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет устранения влпя ; я випьетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращения времени анализа, в него введены ключевой элемент, блок селекции, первый, второй и третий усилители, первый и второй формирователи, счетчик, амплитудный анализатор блок запоминания, при этом первая, вторая и третья полевые диафрагмы, а также первый, второй и третий объективы выбраны и размещены так, что размеры второго счетного объема превосходят размеры первого счетного объема, расположенного в центральной области второго счетного объема, а выходы первого и второго фотоприемников соответственно через первый усилитель, первый формирователь и второй усилитель и второй формирователь

1453257 соединены с первым и вторым входами первого блока совпадений, выход второго блока совпадений соединен с первым входом ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя и первым входом блока селекции, а выход — с входом амплитудного анализатора и вторым входом блока селекции, первый 10 выход которого соединен со счетчиком, а второй выход — с первым входом блока запоминания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного анализатора. 15

2, Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок сеI лекции содержит дифференциатор, ре- версивный счетчик, дешифратор, третий формирователь и второй блок совпадений, при этом первый вход блока селекции соединен с входом дифференциатора, первый выход которого соединен с первым выходом блока селекции и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом дифференциатора, а выход через дешифратор соединен с первым входом второго блока совпадений, выход которого соединен с вторым выходом блока селекции, а второй вход через третий формирователь — с вторым входом блока селекции.

1453257

Составитель P.Èâàíîâ

Редактор Л.Зайцева Техред М.Ходанич

Корректор Н. Король

Заказ 7275/38 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130353 Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

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