Нефелометр для измерения индикатрисы рассеяния аэрозолей

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в метеорологии при исследовании атмосферных аэрозолей. Цель изобретения - увеличение диапазона измеряемых углов рассеяния с одновременным расширением динамического диапазона измеряемых плотностей аэрозолей. Нефелометр содержит источник зондирующего излучения, приемное устройство, которое состоит из зеркала и фотоприемника, причем зеркало наклонено на 45° к оптической оси объектива и вращается вокруг нее посредством механизма вращения и датчика углового положения. Новым является установка двух светозащитных экранов, расположенных между источником излучения и зеркалом таким образом, что они перекрывают часть действующего светового отверстия объектива для малых углов рассеяния, при этом один из экранов находится в геометрической тени другого экрана. Это позволяет увеличить диапазон измеряемых углов рассеяния в сторону малых углов. Чувствительность нефелометра уменьшается для минимального угла рассеяния. При повороте зеркала в сторону больших углов рассеяния перекрытие светового отверстия экранами уменьшается до нуля, что компенсирует уменьшение интенсивности рассеяния. Это способствует уменьшению динамического диапазона входных сигналов и соответственному увеличению динамического диапазона измеряемых плотностей аэрозолей. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G 01 И 21 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4338765/40-25 (22) 09. 1 1. 87 . (46) 23.1О. .89. .Бюл. .М 39 (72) В. А. Сандимиров, Ю. П. Баранов и А. А. Родин (53) 535. 361 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

И 811108, кл. С 01 N 15/02, 21/26, 1981.

Ав торское свидетельство СССР

В 1383165, кл. G 01 Н 21/47, 1987. (54) НЕФКПОМЕТР ДЛЯ ИЗМКРЕНИЯ ИНДИ

КАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в метеорологии при исследовании атмосферных аэрозолей. Цель изобретения — увеличение диапазона измеряемых углов рассеяния с одновременным расширением динамического диапаэора кэмеряемых плотностей аэрозолей.

Нефелометр содержит источник зондирующего излучения, приемное устройство, которое состоит иэ зеркала и фотоприемника, причем зеркало наклонено на

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике определения параметров аэрозолей оптическими методами, и может быть использовано в метеорологии для исследования атмосферных аэрозолей.

Целью изобретения является увеличение диапазона измеряемых углов рассеяния в сторону малых углов рассеяния с одновременным расширением дина". мического диапазона измеряемых аэрозолей.

45 к оптической оси объектива и вращается вокруг нее посредством механизма вращения и датчика углового положения. Новым является установка двух светозащитных экранов, расположенных между источником излучения и зеркалом таким образом, что они перекрывают часть действующего светового отверстия объектива для малых углов рассеяния, при этом один иэ экранов находится в геометрической тени другого экрана. Это позволяет увеличить диапазон измеряемых углов рассеяния в сторону малых углов. Чувствительность нефелометра уменьшается для минимального угла рассеяния. При повороте зер- ф кала в сторону больших углов рассеяния перекрытие светового отверстия экранами уменьшается до нуля, что компенсирует уменьшение интенсивности рассеяния. Это способствует уменьшеняо динамического диапазона входных сигналов и соответственному увеличению динамического диапазона измеряемых плотностей аэрозолей, 4 ил.

На фиг.I показана схема нефелометра; на фиг.2 — приемное устройство с механизмом вращения и датчиком углового положения, разрез; на фиг.3— схема нефелометра, поясняющая расчетные соотношения; на фиг.4 — схема расположения экранов.

Границы поля зрения приемного устройства показаны пунктиром.

Нефелометр содержит источник 1 зондирующего изЛучения и приемное устройство 2, оптически связанные

Расстояние

p +

tg 6 мин

Расстояние

Г

D+

1 =L-l,=L—

tg 1м««

Расстояние между экрана <и 3 и 4

55 обозначают а угол м«жцу прямыми

AA и ВБ обозначен «<, . Тоги» tg

= о/а и

h -D/2

tg0! = 1

1+а

3 151691 между собой через рассеивающий объем, первый 3 и второй 4 светозащитные экраны, расположенные между приемным устройством 2 и источником 1 и пере5 крывающие часть действующего отверстия приемного устройства для малых углов рассеяния.

Приемное устройство 2 (фиг ° 2) состоит из зеркала 5, объектива 6, 10 раздвижной диафрагмы 7 поля зрения, фотоприемника 8, механизма 9 вращения и датчика 10 углового положения, кинематически связанных с зеркалом 5. 15

Нефелометр работает следующим образом.

Приемное устройство 2 воспринимает рассеянное аэрозолем излучение зондирующего источника 1. Измерение 20 рассеянного излучения для разных углов рассеяния производится при вращении зеркала 5 (фиг.2) механизмом 9 вращения вокруг оптической оси объектива 6.Угловое положение зеркала 5

25 опр«деляется с помощью датчика I О углового положения, После отражения от зеркала 5 рассеянное излучение фокусируется объективом 6 на фотоприемнике 8, Диафрагма 7 формирует угловое поле зрения объектива 6.

Минимальный угол рассеяния 9 щнн (фиг.3) определяется положением приемного устройства 2, коГда край поля зрения находится рядом с выходным 35 окном излучателя 1. Если приемное устройство 2 поворачивается еще не— много против часовой стрелки, то в поле зрения попадает поверхность выходного окна источника 1, которая яв- 40 ляется источником световой помехи.

Если уменьшить диаметр объектива 6, то минимальный угол уменьшается, но при зтом пропорционально квадрату отношения диаметров уменьшается и 45 чувствительность нефелометра. Введенные светозащитные экраны 3 и 4

1 (фиг.1) установлены таким образом, что они перекрывают ту часть поля зрения, которая направлена на выходное окно источника 1, т. е. уменьшает размер действующего отверстия объектива 6, что позволяет уменьшить минимальный угол рассеяния. Вследствие перекрытия поля зрения чувствительно< ть нс-.Фен«метра для угла 8,«,д уменьша«т<-!<. При повороте зеркала 5 ио часовой стра.- ке степень пеоекоытия уме<о ш.i« - ."-.», и чувствительность

2 4 нефелометра увеличивается, что компенсирует уменьшение интенсивности рассеяния, свойственнпе почти всем аэрозолям.

Описанная схема нефелометра и взаимодействие его частей способствуют уменьшению минимального угла рассеяния и уменьшению динамического диапазона рассеянного излучения, поступающего на фотоприемник, что способствует увеличению динамического диапазона плотностей аэрозолей измеряемых нефелометром.

На схеме расположения экранов 3 и

4 (фиг.4) оптическая ось источника зондирующего излучения обозначена как б и Ои, оптическая ось приемного устройства 0 < 0„ прямая, соединяющая рабочую кромку второго экрана 4 и ближний к оптической оси источника

ОкОи край входного окна приемного устройства 2, — ВВ; прямая, проходя щая через кромку второго экрана 4 параллельно оптической оси источника ОиО и — АА.

Зависимости, определяющие положе ние экранов 3 и 4, вытекают из следующего, Известны следующие величины (фиг.3): расстояние L от выходного окна .источника 1 зондирующего излучения до приемного устройства 2; размер D выходного окна источника в плоскости измерения индикатрисы рассеяния; .минимальный угол рассеяния, измеряемый нефелометром 6 <я„, размер 1 — расстояние между линиями АА и ВВ в плоскости установки экрана 4; размер b— расстояние от оптической оси источника до ближнего края входного окна приемного устройства 2.

15169 откуда.

81 а --- — — — °

Ь -j- D/2

Размер О зависит от конструктив5 ных и технологических пособенностей нефелометра — от жесткости конструкции, от габаритов, от точности юстировки оптических элементов, от условий эксплуатации.Размер Ь зависит от того, какую часть светового отверстия приемного устройства 2 можно перекрыть экранами 3 и 4.

Рабочая кромка экрана 4 является источником рассеянного света. Рассеяняий свет, который мог бы попасть в приемное устройство, распространяется в конусе ограниченном пунктирными линиями ВВ и СС. Экран 3 эти лучи перекрывает. Если рабочая кромка экрана 3 ниже линии ВВ, то в приемное устройство попадает рассеянный свет, если кромка оказывается выше линии АА, то она попадает в зондирующий пучок и становится источником рассеянного света. Оптимальным является положение кромки посередине между линиями АА и ВВ, что соответствует расстоянию от оптической оси источника

D о 0+о

+ — ж — — - <

2 2 2

Техническая эффективность нефелометра по сравненью с известным проиплюстрирована на примерах. Пусть размеры известного нефелометра те же, что и предлагаемого, Минимальный угол рассеяния для известного 8 30, В предлагаемом нефелометре при проведении измерения минимальный угол рассеяния равен 4 50, при этом чувствительность уменьшена в 8 раз, что компенсирует увеличение интенсивности рассеяния на этом угле. При повороте зеркала 5 действующее отверстие объ-. ектива 6 увеличивается, соответственно увеличивается чувствительность о нефелометра и, начиная с угла 15 светозащитные экраны 3 и 4 перестают перекрывать световое отверстие объектива 6, Если в известном получить м снио мальный угол рассеяния 4 50 за счет уменьшения диаметров источника н объектива,,то чувствительносTb нефелометра уменьшена для всех углов

12 6 рассеяния в 9,7 раза. Уменьшение диаметров приводит лтакже к уменьшеняо рассеивающих объемов, как следствие — к увеличению ошибок, обуслогленных неоднородностью плотности и структуры аэрозоля.

Использование в предлагаемой оптнческой схеме нефелометра двух и более светозащитных экранов обеспечивает по сравнению с известным увеличение диапазона измеряемых уг— лов рассеяния за счет уменьшения ми— нимального угла рассеяния и расширение динамического диапазона измеряемых плотностей аэрозолей за счет уменьшения динамического днапазонл рассеянного излучения, поступающего на фотоприемник.

Формула изобретения

Нефелометр для измерения нндикатрисы рассеяния аэрозолей, содержащий источник зондирующего излучения, оптически связанный через рассеивающий объем с приемным устройством, состоящим из последовательно расположенных по ходу оптического излучения зеркала, объектива, раздвижной диафрагмы поля зрения и фотоприемника, механизм вращения, кинематически связанный с зеркалом и раздвижной диафрагмой и датчик углового положения, кинематически связанный с зеркалом, при этом зеркало установлено под углом

45 к оптической оси объектива, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона измеряемых углов рассеяния с одновременньи расширением диапазона измеряемых плотностей аэрозолей, между зеркалом и источником зондирующего излучения установлены не менее двух светозащитных экранов, перекрывающих часть светового .отверстия приемного устройства, прн этом первый экран установлен на расстоянии 1 от приемного устройства, равном

D+ ==, i!

1 =L — — - — R мин где D — размер выходного окна источника зондирующего излучения в плоскости измерения инди3 катрисы рассеяния; эмпирическая величина, равная расстоянию между прямой, 1516912

Фж1

Put 2 проведенной через кромку второго экрана параллельно оптической оси источника,и прямой, соединяющей кромку .;второго экрана и ближний к оптической оси источника край входного окна приемного устройства, в плоскости . установки первого экрана, при этом величина 8 находится в диапазоне значений от

0,0005 Ь до 0,005 .Ь;

L - расстояние от источника до приемного устройства; я „ц — миннмапвиый регистрируемый угол рассеяния, причем рабочая кромка первого экрана, обращенная в сторону оптической оси источника, расположена на расстоянии

{D - 4 )/2 от нее, . а второй экран расположен между первьвч экраном и источником на расстоянии а от перного экрана, равном и а

D ь-8-—

10 где Ь вЂ” эмпирическая величина, равная расстоянию от оптической оси источника до блюкнего к ней края входного окна приемного устройства, лекащая в диапазоне значений от 0,005 Ь до 0,05 L, при этом рабочая кромка второго эМрана параллельна рабочей кромке первого экрана и располокена на расстоя20 нии Р/2 от оптической оси источника.

1516912

Состав итель В. Калеч иц

Редактор Н.Бобкова Техред А.Кравчук

Корректор Т. Колб

Заказ 6383/45 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарн«а, 101