Устройство для определения размеров и концентрации светорассеивающих частиц

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим устройствам интегрального контроля параметров взвешенных частиц, и может быть использовано в коллоидной химии, биологии, медицине. Целью изобретения является повышение точности и снижение нижнего предела размеров анализируемых частиц. При прохождении плоскопараллельной высококогерентной световой волны от источника через кювету с исследуемой средой происходит рассеяние излучения на частицах. С помощью интерферометра поперечного сканирования, содержащего поляризаторы, двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляющую пластину, создается интерференционное поле, возмущаемое в случае присутствия ансамбля исследуемых частиц. С помощью взаимного перемещения оптических клиньев достигаются последовательные измененные смещения между интерферирующими пучками света, при этом фоторегистратором определяется поперечная функция Г @ (ρ) когерентности, из которой находят корреляционную функцию ψ(ρ), функцию F(R) распределения частиц по размерам и концентрацию частиц в исследуемой среде. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН и91 В0 пи щ) G 01 N 15/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР (21 ) 4486058/31-25 (22) 23. 09.. 88 (46) 15.07.90. Бюл. Р 26 (71) Черновицкий государственный университет (72) О.В.Ангельский и П.П.Иаксимяк (53) 66 . 063. 62 (088. 8) (56) Сахаров А.Н., Шифрин К.С. Определение среднего размера и концентрации взвешенных частиц. по флуктуациям интенсивности прошедшего света. Оптика и спектроскопия. т. 39, вып. 2, 1975, с. 367-372, Авторское свидетельство СССР

Р 1485070, кл. С 01 N 15/02, 1987. (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ:РАЗМЕРОВ И .КОНЦЕНТРАЦИИ СВЕТОРАССЕИВА10ЩИХ ЧАСТИЦ (57) Иэобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим устройствам интегрального контроЛя параметров взвешенных частиц, и может быть использовано в коллоидной химии, биологии и меди-, (Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим устройствам контроля параметров взвешенных частиц, и может быть использовано в коллоидной химии, биологии и медицине.

Целью изобретения является повышение точности и снижение нижнего предела размеров анализируемых частиц.

На фиг. I изображена блок-схема устройства для определения размеров и концентрации светорассеиваюших часцине. Целью изобретения является повышение точности и снижение нижнего предела разл1еров анализируемых частиц. При прохождении плоскопараллельной высококогерентной световой волны от источника через кювету с исследуемой средой происходит рассеяние излу-. чения на частицах. С помощью интерферометра поперечного сканирования, содержащего поляризаторы, двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляю,щую пластину, создается интерференционное поле, возмущаелюе в случае присутствия ансамбля исследуемых частиц. С помощью взаимного перемещения оптических клиньев достигаются после- а довательные измененные смещения между интерферирующими пучками света. При этом фоторегистратором определяется поперечная функция Г (о) когерентнос- (1. ) ти, из которой находят корреляционных функцию y (p), функцию f (R) распределения частиц по размерам и кон-, Ф центрацию частиц в исследуемой среде. Д

2. ил. 3 тиц; на фиг. 2 — оптическая схема интерферометра поперечного сканиронания.

Устройство содержит высококогерентный источник 1 излучения, блок 2 расширения пучка, оптическую кювету 3 с исследуемой средой, объектив 4, апертурную диафрагму 5, интерферометр 6 поперечного сканирования, полевую диафрагму 7 и фотоэлектрический блок 8 регистрации.

Интерферометр 6 поперечного скани- . рования включает первый 9 и второй 10

1578590 поляризаторы, первый 11 и второй 12 двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 13. Клинья 11 и 12 образуют. плос5 копараллельную пластину толщиной, piaной толщине пластины 13.. Оптические оси клиньев одинаково ориентированы, перпендикулярны оптической оси плоскопараллельной пластины, образуют 10 угол 45 с плоскостями поляризации поляризаторов и совместно с оптической осью двулучепреломляющей пластины расположены в плоскости, перпендику- " лярной направлению распространения пучка.

Плоскости поляризации поляризаторов образуют угол 90

Система клиньев 1! и 12 делит пучок на два распространяющихся соосно пучка с взаимно ортогональными линейными поляризациями:. обыкновенный о и необыкновенный е. На выходе клина 11 о и е пучки;разделяются пространственно. Это происходит вследствие раз- 25 личия в показателях преломления для о и е. Углы преломления o(> и o(этих пучков определяются из соотношений:

sin о(= — — sing, по

0 11 где — угол падения; п - показатель преломления внеш- 35 ней среды; и ип — показатели преломления обыко -. новенного и необыкновенного пучков соответственно.

Относительное смещение пучков о 40 и е зависит от расстояния между клиньями 11 и 12. Так как клинья идентичны и образуют плоскопараллельную пластину, то в клине 12 пучки распространяются коллинеарно, но смещены на расстояние р .

Из геометрического построения, на фиг.2 следует, что у — 1(tg a(- tgo()cosg, (2) где 1 — расстояние между клиньями.

На фиг. 2 рассмотрен случай, когда клинья находятся в иммерсии, т.е. когда и п . При этом один пучок распространяется прямолинейно, а второй преломляется. Продольное смещение между пучками о и е компенсируется пластиной 13.

Устройство работает следующим образом.

Излучение высококогерентного источника 1 поступает на вход блока 2 расширения пучка, выполненного, например, в.виде телескопической систе-. мы из двух объектов и диафрагмы между ними и служащего для формирования волны с плоским фронтом.

При прохождении этой волны через исследуемую среду, помещенную в плоскопараллельную кювету 3, происходит рассеяние излучения. Объектив 4 проектирует изображение светорассеивающих частиц в плоскость полевой диафрагмы 7, сразу за которой расположен фотоэлектрический блок 8 регистрации.

Апертурная диафрагма 5 позволяет управлять спектром принимаемых пространственных частот поля рассеянного излучения. В интерферометре 6 происходит расщепление пучка на две равноинтенсивные составляющие, взаимное поперечное смещение расщепленных составляющих и последующее их смешение.

Определение, размера и концентрации частиц в дисперсной среде заключается в следующем.

Исследуемая оптическая кювета 3 с частицами облучается плоской волной.Рассеянное излучение проходит через интерферометр б поперечного сканирования (фиг. 2), исходное положение которого — нулевое поперечное смещение между расщепленными пучками и строго соосное их смешение. Объектив

4 проецирует иэображение рассеивающих частиц в плоскость полевой диафрагмы 7. Для "жестких";частиц величина апертурной диафрагмы 5 выбирается такой, чтобы она пропускала весь спектр пространственных частот рассеянного излучения, В случае "мягких" частиц апертурная диафрагма уменьшается. до .тех пор, пока. светлые пятна в центре изображений частиц не исчезнут (при условии, что контуры изображений чаетиц остаются четкими).

Размер полевой диафрагмы 7 выбирается немного меньшим величины проецируемого изображения исследуемого объема.

Далее путем измерения интенсивностей результирующего поля 1м„и Тм„н для разностей хода пучков в плечах интерферометра соответственно 0 и

1578590 н-.Формула

1 — Гда

С (- — т — — -) 2» Г

1 (6) и " f(R)RolR Я/2 определяется видность интерфере ,ционной картины, выражаемая поперечI ной функцией Г (р) когерентности граничного поля излучения с помощью соотношения

Г(у) - —— Мо()4С ТМИН

1 I + ?

Мо(КС МИ Н

Поперечная функция Г (р) когерент.ности граничного поля излучения, прошедшего через светорассеивающую среду, несет информацию о корреляционной функции y(y) изображения системь| частиц и связана с ней соотношением l5

Г () - +(g) + Г„, (4) где à — когерентная составляющая,обусловленная нерассеянным пучком. 20

Поперечная корреляционная функция изображения полидисперсного ансамбля ,частиц является сверткой корреляционной функции () (ур R) одной частицы и функции f(R) распределения частиц по 25 размерам и записывается s виде интегрального уравнения маs(c ш(е) 1 у (p, R)f(R)dR, (5)

2. Г 7( где (Р) =-,.— - - — К R-Р/4 )dare sin ?

R - радиус частицы;

К „„ — максимальный радиус частицы.

По измеренной Г () из соотношения (4) определяется Ip(p): Решение уреинения (5) дает значение f (R). .40

Концентрацию С частиц в исследуемой среде можно определить из выражения

R о

Ма )4С причем f (R)d R =

f) изобретения

Устройство для определения размеров и концентрации светорассеивающих частиц, содержащее оптически сопря. женные объектив, апертурную диафрагму и источник высококогерентного светового излучения, на оптической оси которого последовательно размещены элемент расширения пучка и оптическая кювета с исследуемой средой, интерферометр поперечного сканирования, поле" вая диафрагма и приемный фоторегист" ратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и снижения нижнего предела размеров анали зируемых частиц, объектив и апертурная диафрагма последовательно размещены на оптической оси источника высоко-когерентного светового излучения между кюветой с исследуемой средой и ин-. терферометром поперечного сканирования, при этом интерферометр поперечного сканирования выполнен в виде расположенных последовательно по ходу луча первого поляризатора, двух идентичных двулучепреломляющих клиньев, образующих плоскопараллельную пластину, двулучепреломляющей пластины и второго поляризатора, двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляющая пластина выполнены иэ идентичного оп1ического материала таким образом, что толщина двулучепреломляющей пластины равна суммарной толщине лучепреломляющих клиньев, плоскости поляризации первого и второго поляризаторов взаимно перпендикулярны, одинаково ориентированные оптические оси двулучепреломляющих клиньев направлены перпендикулярно оптической оси двулу- чепреломляющей пластины, образуя угол о

45 . с плоскостями поляризации поляризаторов, и совместно с оптической осью двулученреломляющей пластины расположены в плоскости, перпендикулярной направлению распространения светового пучка.

1578590 .4 J

Сос тавит ель Р. Иванов

Редактор А.Лежнина Техред М.Дидык Корректор Э.Лончакова

Заказ 1911 Тираж 501 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101