Устройство для определения размеров и концентрации частиц в непрерывно протекающих жидкостях

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к приборам для измерения размеров микрообъектов, и может быть использовано для измерения размеров и концентраций частиц в жидкостях. Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности измерений размеров частиц. Цель изобретения достигается за счет применения в двухканальном измерителе размеров частиц в качестве оборачивающей системы равноплечего интерферометра, позволяющего получить равномерное освещение измерительного объема излучением, прошедшим через оптическую кювету и возвращаемым в измерительный объем, а также применением в электронной части схемы вычитающего устройства, что в сочетании с блоками измерения уровня шума и блоками автоматической подстройки амплитуды позволяет значительно повысить достоверность получаемой информации о размерах частиц. 2 ил.

COÊ).I ГОНГ 11 КИХ

<.ОЦИЛГ1ИС И Ц СКИХ

PF CI1ÓÜIlÈÊ

IslIs G 01 N 15/02

ГOCYQAPCTBFFIIlblA КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPhlIL1HM

ПРИ ГКПТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ V

О (Л V

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4656032/25 (22) 27.02.89 (46) 15.08.91. Бюл. М 30 (71) Институт электроники АН БССР (72) Е.К. Чехович, И.М. Лакоэа, Э.П. Калошкин, А.И. Дудорчик и А.С, Ляшевич (53) 66.063.62 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 683517, кл. G 01 N 15/02.

Авторское свидетельство СССР

N. 1340320, кл. G 01 N 15/02, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РА3МЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ В НЕПРЕРЫВНО ПРОТЕКАЮЩИХ ЖИДКОСТЯХ (57) Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к приборам для измерения размеров микрообъектов, и может быть использовано для измерения

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, в частности к приборам для измерения размеров микрообьектов, и может быть использовано для измерения размеров и концентрации частиц в жидкостях.

Цель изобретения — одновременное повышение чувствительности и точности измерений размеров частиц.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма работы блоков.

Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, первый 3 и второй 4 фокусирующие объективы, первый 5 и второй 6 экраны в виде усеченных полых конусов, проточную

„„SU „„1670537 A) размеров и концентраций частиц в жидкостях. Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности измерений размеров частиц. Цель изобретения достигается за счет применения в двухканальном измерителе размеров частиц в качестве оборачивающей системы равноплечего интерферометра, позволяющего получить равномерное освещение измерительного объема излучением, прошедшим через оптическую кювету и возвращаемым в измерительный обьем. а также применением в электронной части схемы вычитающего устройства, что в сочетании с блоками измерения уровня шума и блоками автоматической подстройки амплитуды позволяет значительно повысить достоверность получаемой информации о размерах частиц. 2 ил. оптическую кювету 7, первый 8 и второй 9 приемные объективы, первую 10 и вторую

11 диафрагмы, первый 12 и второй 13 фотоприемники, оборачивающую систему 14, состоящую иэ светоделителя 15 и трех зеркал

16-18, первый 19 и второй 20 усилители, первый 21 и второй 22 блоки определения уровня шума, первый 23 и второй 24 блоки автоматической подстройки амплитуды, блок 25 вычитания, пиковый детектор 26, пороговый элемент 27, цифровой анализатор 28 размеров, регистратор 29 и блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений.

Лазер 1, коллиматор 2, первый фокусирующий объектив 3, первый экран 5, проточ1670537 ная оптическая кювета 7, второй экран 6, второй фокусирующий обьектив 4 и оборачивающая система 14 расположены последовательно на одной оптической оси.

Фокусирующие объективы 3 и 4 установлены на фокусном расстоянии от проточной оптической кюветы 7. Экраны 5 и 6 закреплены соответственно на обьективах 3 и 4.

Оборачивающий блок 14 выполнен по схеме равноплечего интерферометра с совмещенными входом и выходом и держит расположенные по углам квадрата светоделитель 15 и три зеркала 16 — 18, Каналы регистрации, каждый из которых состоит из последовательно связанных приемного объектива 8 или 9, диафрагмы 10 или 11, фотоприемников 12 или 13, установлены симметрично относительно оптической оси фокусирующих объективов 3 и 4 под равными углами к ней, С выходами фотоприемников 12 и 13 соединены усилители 19 и 20, к выходу которых попарно подключены блоки 23 и 24 автоматической подстройки амплитуды и схемы 21 и 22 определения уровня шума.

Последние своими выходами связаны с управляющими шинами блоков 23 и 24 автоматической подстройки амплитуды, выходы которых соединены с входами блока 25 вычитания. Блок 25 вычитания, пиковый детектор 26, пороговый элемент 27, цифровой анализатор 28 размеров и регистратор 29 соединены последовательно. Блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений подключен к управляющей шине анализатора. Блок 25 вычитания представляет собой дифференциальный усилитель.

Пиковый детектор 26 построен по классической схеме, в которой параллельно накопительному конденсатору подключен резистор. Пороговый элемент 27 выполнен на последовательно соединенных усилителе-ограничителе и триггере Шмидта. Блок

30 формирования импульсов начала и конца измерений представляет собой таймер, Цифровой анализатор 28 размеров осуществляет анализ длительностей импульсов и выполнен по обычной схеме, Регистратор 29 представляет собой многоканальный цифровой индикатор.

Устройство работает следующим образом, Световой поилок от лазера 1 расширяется коллиматором 2 и попадает в первый фокусирующий объектив 3, который фокусирует его в проточную оптическую кювету 7.

Излучение, прошедшее проточную оптическую кювету 7, собирается вторым фокусирующим обьективом 4 и направляется в оборачивающий блок 14. Обернутый в пространстве световой поток вновь фокусиру10

55 ется вторым фокусирующим пбьективом 4 в проточной оптической кювете 7. При этом формируется освещенная зона, обраэованная лучами, направленными в нее с двух противоположных сторон, При прокачивании через проточную оптическую кювету 7 исследуемой жидкости частицы, находящиеся в ней, пересекают освещенную зону и рассеивают световое излучение. Рассеянное излучение через приемные объективы 8 и 9 и диафрагмы 10 и 11 направляется на фотоприемники 12 и 13. На фотоприемники 12 и 13 попадает излучение, рассеянное частицами в зоне счетного объема как вперед(относительно потока, фокусируемого первым объективом 3), так и назад (относительно потока, фокусируемого вторым объективом 4). При Этом каждый фотоприемник суммирует рассеянное излучение вперед и назад, следовательно, суммируются соответствующие сигналы рассеяния. Это позволяет увеличить амплитуду от малых частиц, для которых характерно рзлеевское рассеяние.

В процессе прокачивания среды через капилляр на выходах фотоприемников формируются две последовательности сигналов, при этом каждой зарегистрированной частице соответствует по одному импульсу в каждом канале (фиг. 2, U12, 013).

Усиленные по переменному току в усилителях 19 и 20 последовательности сигналов поступают в блоки автоматической подстройки амплитуды 23 и 24 и блоки 21 и

22 определения уровня шума, осуществляющие регулировку сигналов в соответствие с изменением уровня шума. Совместная работа этих блоков позволяет исключить влияние флюктуаций мощности источника света. Причем на выходе получают попарно следующие сигналы рассеяния, имеющие одинаковую в паре амплитуду. Эти сигналы поступают в блок 25 вычитания. На его выходе получают разнополярные импульсы (U25). Их длительности на нулевом уровне равны длительностям фронтов сигналов с фотоприемников. Амплитуда раэнополярных импульсов пропорциональна временному несовпадению и амплитуде входных сигналов.

Импульсы с блока 25 вычитания подаются в пиковый детектор 26, имеющий цепь разряда. Длительности сигналов на выходе порогового элемента, имеющего цепь разряда, пропорциональны длигельностям и амплитудам разностных сигналов, так как пиковый детектор повторяет фронты входных сигналов, а спады определяются их амплитудой (U26), Следовательно, длительности сигналов на выходе пикового детекто1670537 ра пропорциональны размерам частиц (в длительностях этих сигналов заложена информация об амплитуде, фронтах и временном несовпадении сигналов рассеяния в двух каналах). Сигналы с пикового детектора ограничиваются на нулевом уровне пороговым элементом 27, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, длительности которых равны длительностям входных сигналов (U27), Таким образом, длительности прямоугольных импульсов пропорциональны размерам частиц. Длительности анализируются цифровым анализатором 28 размеров, в котором по ним определяются размеры и разносятся по каналам, имеющим определенные диапазоны размеров, Блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений через фиксированные интервалы времени подает импульсы на управляющие шины анализатора 28. В связи с тем, что скорость прокачки жидкости через капилляр постоянна (обеспечивается конструктивно при помощи насоса), интервалы между импульсами соответствуют определенному постоянному объему жидкости и могут служить для определения концентрации, Количество частиц в каналах по размерам за определенный интервал времени отображается на регистраторе 29.

Увеличение чувствительности и точности в устройстве достигается за счет снижения уровня шумов при формировании разностного напряжения U25,,а также за счет применения в качестве оборачивающей системы равноплечего интерферометра, позволяющего получить равномерное освещение измерительного объекта излучением, возвращаемым в измерительный объем, Формула изобретения

Устройство для определения размеров и концентрации частиц в непрерывно про5

45 текающих жидкостях, содержащее лазер, на оптической оси которого последовательно размещены коллиматор, первый фокусирующий объектив, первый экран, выполненный в виде полого усеченного конуса с диафрагмой в его меньшем основании, проточную оптическую кювету в виде капилляра, второй экран, выполненный аналогично первому экрану, второй фокусирующий обьектив, оборачивающий блок, а также размещенные симметрично относительно оптической оси под равными углами к ней оптически сопряженные с проточной оптической кюветой через соответственно первый и второй приемные объективы, первую и вторую диафрагмы, первый и второй фотоприемники, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым усилителями, пороговый элемент, выход которого соединен с информационным входом анализатора размеров, выход которого соединен с входом регистратора, а управляющий вход — с выходом блока формирования импульсов начала и конца измерений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены первый и второй блоки автоматической подстройки амплитуды, первый и второй блоки определения уровня шума, блок вычитания, пиковый детектор, при этом выходы первого и второго усилителей соединены соответственно с входами первого и второго блоков автоматической подстройки амплитуды, управляющие входы которых через соответственно первый и второй блоки определения уровня шума соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей, а выходы — соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого соединен через пиковый детектор с входом порогового элемента, а оборачивающий блок выполнен в виде равноплечего интерферометра, 1670537

ФОГ 2

Составитель А.Башарин

Редактор Л.Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор С.Шевкун

Заказ 2744 Тираж 367 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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