Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и концентрации взвешенных частиц

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле запыленности газов и дисперсного состава взвешенных частиц в жидкости. Цель изобретения состоит в повышении помехоустойчивости за счет уменьшения влияния турбулентности исследуемой среды. В устройстве, включающем лазер, вдоль оптической оси которого установлены узел формирования потока частиц, двухлучевой интерферометр и фотоприемный блок, интерферометр установлен между узлом формирования потока и фотоприемным блоком и выполнен по кольцевой схеме. При этом пучок и прошедший поток частиц совмещают с вторым когерентым пучком и регистрируют фотоприемником изменение интенсивности в минимуме образовавшейся при сложении двух пучков интерференционной картины, по которой судят о размерах и концентрации частиц. Второй когерентный пучок формируют из пучка, прошедшего исследуемую среду, сдвигают фазовые фронты обоих пучков относительно друг друга в направлении потока частиц на величину, большую радиуса первой зоны Френеля в области пролета исследуемых частиц относительно фотоприемника и не превышающую внутреннего размера турбулентности исследуемой среды. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51)5 G О1 N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21),4430507/31-25 (22) 27„05.88 (46) 15. 03. 90. Бюп, Р 10 (71) Университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (72) А. А. Тищенко, И.И. Колбин и С.М,Коломиец (53) 66,063.62 (088.8) (56) Беляев С.П. и др. Оптико-электронные методы излучения аэрозолей, М.: Энергоиздат, 1981, с. 111-117, Там же, с,121-122, (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле запыленности газов и дисперсного состава взвешенных частиц в жидкости. Цель изобретения состоит в повышении помехоустойчивости за счет уменьшения влияния турбулентности исследуемой среИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим методам контроля, и может быть использовано при контроле запыленности газов и жидкостей для исследования дисперсного состава взвешенных частиц.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости за счет подавления влияния турбулентности исследуемой среды, 2 ды, В устройстве, включающем лаюер, вдоль оптической оси которого установлены узел формирования потока частиц, двухлучевой интерферометр и фотоприемный блок, интерферометр установлен между узлом формирования потока и фотоприемным блоком и выполнен по кольцевой схеме. При этом пучок и прошедший поток частиц совмещают с вторым когерентным пучком и регистрируют фотоприемником изменение интенсивности в минимуме образовавшейся при сложении двух пучков интерференционной картины, по которой судят о размерах и концентрации частиц. Второй когерентный пучок формируют из пучка, прошедшего исследуемую среду, сдвигают фазовые фронты обоих пучков относительно друг друга в направлении потока частиц на величину, большую радиуса первой зоны Френеля в области пролета исследуемых частиц относительно фотоприемника и не превышающую внутреннего размера турбулентности исследуемой среды. 2 ил, На фиг. I представлена блок-схема устройства дпя определения размеров и концентрации взвешенных частиц; на фиг,2 — схема хода оптических лучей, падакицих на входную апертуру фотоприемного блока, Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и концентрации взвешенных частиц содержит лазер 1, узел 2 формирования потока частиц, двухлучевой интерферометр 3 с первым

1550367

4, вторым 5 и третьим 6 зеркалами, дополнительное зеркало 7, фотоприемный блок 8 с диафрагмой 9.

Плоскость 10 проходит через область пересечения пучка от лазера 1 и потока исследуемой среды, 1расстояние вдаль оптической оси от плоскости 10 до плоскости диафрагмы 9 с учетом прохождения света в интерферо- 10 метре 3, На фиг,1 не опказан блок обработки

: сигнапов, По меньшей мере одно иэ зеркал 4,5 или 6 установлено с возможностью поворота вокруг оси, пер- 15 пендикулярной плоскости чертежа, и с возможностью поступательного. перемещения в направлении к поверхности этого зеркала.

Устройство работает следующим об- 20 разом, Поток частиц, формируемый узлом 2, освещают когерентным световым пучком от лазера 1, Затем из этого пучка (на выходе из исследуемой среды) формируют второй когерентный световой пучок полупрозрачным зеркалом 4 интерферометра 3, сдвигают фаэовые фронты обоих пучков относительно друг друга на величину 5, в направле- 30 нии потока частиц, перпендикулярном направлению распространения пучков, Этот сдвиг легко обеспечивается известным образом с помощью юстировки интерферометра 3. В результате интер- 35 ференционная картина на выходе интерферометра 3 приобретает вид системы полос, перпендикулярных направлению потока.

Дополнительным зеркалом 7 интерферирующие пучки направляют на диафрагму 9, выделяющую область минимальной интенсивности интерференционной картины, которая и попадает во 45 входную апертуру фотоприемного блока 8. Дополнительное зеркало 7 позволяет обеспечить высокий контраст интерференционной картины даже в том случае, когда отношение коэффициента 50 отражения к коэффициенту пропускания для зеркала 4 отлично от единицы.

Фотоприемный блок может быть установлен также непосредственно на другом выходе зеркала 4.

В отсутствие исследуемых частиц в световом пучке интерференционная картина является невозмущенной и уровень светового сигнала на фотоприемнике является минимальным, Этот минимальный уровень определяется рассеянием света на элементах оптического тракта, размерами диафрагмы 9 и другими конструктиврыми особенностями устройства.

При попадании частиц в световой пучок интерференционная картина возмущается, причем прпадание одной частицы в пучок на входе в интерферометр приводит к тому, что каждый из интерферирующих пучков является возмущен" ным (поскольку оба пучка формируются из одного и того же исходного пучка), т.е, в каждом из интерферирующих пучков интенсивность в некоторой области будет отличаться от интенсивности в случае отсутствия частицы, На фиг.2 обозначены центры 11 и 12 соответствукщих возмущений от одной частицы, Для того, чтобы эти возмущения привели к изменению интенсивности в интер-, ференционной картине, необходимо, чтобы в плоскости диафрагмы 9 они не компенсировали друг друга, Для сравнительно крупных частиц с сильно вытянутой вперед индикатрисой рассеяния при достаточно большой величине сдвига h волновых фронтов возможно пространственное разнесение указанных возмущений, Для мелких же частиц, размеры которых соизмеримы с длиной волны Ъ излучения такая ситуация практически нереализуема, тем более что величина не должна превосходить внутреннего масштаба турбулентности исследуемой среды, В воздухе этот масштаб составляет примерно 1 мм, таким образом g <1 мм, В то же время, если разность хода от центров возмущений до центра диафрагмы 9 (фиг,2), превосходит половину длины волны излучения, то полная компенсация возмущений в плоскости диафрагмы не будет иметь места, тем более что диафрагма имеет конечные размеры, сравнимые с А, Но это означает, что

1 %L т.е, сдвиг волновых фронтов должен быть не меньше радиуса первой зоны Френеля в области пролета исследуемых частиц относительно диафрагмы фотоприемника. В этом случае наличие частицы в световом пучке приводит к увеличению интенсивности света, попадающего на фотоприемник. А поскольку частицы движутся в направлении разнесения световых

15503 пучков, то соответствующие возмуще— ния интерференционной картины пересекают диафрагму 9, т,е. от каждой частицы формируются два фотоэлектрических импульса с возможным частичным перекрытием во времени, По количеству этих пар судят о концентрации частиц, а по амплитуде импульсов — о размерах частиц. 10

Таким образом, в данном случае возможно измерение размеров и кон" центрации взвешенных частиц при пространственном разнесении пучков, не превышак61ем внутреннегО масштаба турбулентности исследуемой среды, Соответственно в этом случае существенно уменьшается влияние на измерения неизбежной турбулентности исследуемой среды.

67 6

Формула изобретения

Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и концентрации взвешенных частиц, содержащее лазер,1 на оптической оси которого размещен пересекаеиай осью узла формирования потока счетный объем, оптически сопряженный через двухлучевой интерферометр с фотоприемным блоком, выход которого соединен с входом блока обработки сигналов, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости за счет подавления влияния турбулентности исследуе- мой среды, двухлучевой интерферометр выполнен в виде кольцевого интерферометра, при этом интерферометр расположен так, что его входная апертура находится на оптической оси лазера последовательно после счетного объема.

1550367

Составитель Р,Иванов

Редактор М,Циткина Техред Л.Олийнык

Корректор С.Черни

Подписное

Заказ 266

Тираж 499

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035р Москва, Й-35, Раушская наб., д. 4/5 е

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101