Нефелометр для измерения индикатрисы рессеяния аэрозолей

 

Изобретение относит с технике определения характеристик рзрозолей оптическими методами и может быть использовано в метеорологии. Цель изобретения уменьшение энергопотребления,габаритов имьс сы путем сокращения числг источников излучения и увеличение чувствительности путем формирования зондирующих пучков с разной расходимостью и разной спектральной шириной. Нефелометр содержит зондирующий блок, приемное устройство, механизм вращения, датчик угпового положения и последовательно соединенные с датчиком блоки программирования и управления Зондирующий блок состоит из источника излучения и расположенных вокруг него зеркал и конденсоров так. чго оптические си конденсоров параллельны и лежат в плоскости измерения индикатрисы рассеяния . Каждый конденсор снабжен затвором, соединенным с блоком управления и попосовым :вегпфилы ом Нефелометр обеспечивает псл/ченио нескг.иьких зондирующих пучков от одного источника излучения и одновременное фгрМИрОГ с5Н.4 } ЗОНДИРУЮЩИХ пучкоч с разной олсхо ту гостью и разной спектральной шириной. При этим чем больше расстояние 0( приемного v;тро ства до зондирующего пучкз тем больше ею расходимость и спектральная ширина При измерении индикатрисы для ртзных углов рассеяния включаются разные зондирующие пучки. Включение и выключение пуч КОР производится с помощью блока программирования, блока управления и затворов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. Ё

СОК)3 ССП)ГТГКИХ

СОЦИА. ИС гИЧГ<. KÈÕ

РЕСПУБЛИК (5!)5 5 01 N 21/47

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ l1 ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТFJlbCTB»

1 (21) 4398222/25 (22) 03.02.88 (46) 15.10.91. Бюл, М 38 (72) В.А,Сандимиров (53) 535.24 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1383165, кл, G 01 N21/47,,1987, Авторское свидетельство СССР

М 1591646, кл, G 01 N 21/47, 1989, (54) НЕФЕЛОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ (57) Изобретение относит;: ° технике определения характеристик аэрозолей оптическими методами и может быт использовано в метеорологии. Цель изобр .Тения — уменьшение энергопотребления, f÷6àðитов и массы путем сокращения числа исто ников излучения и увеличение чувствитель -осчи путем формирования зондирующих пучков с разной расходимостью и разной спектральной шириной, Нефелометр содержит зондирующий блок, приемное устройство, механизм вращения, датчик углового полоИзобретение относится к технике определения параметров аэрозолей оптическими методами и может быть использовано в метеорологии для исследования атмосферных аэрозолей.

Целью изобретения является снижение энергопотребления, габаритов и массы путем сокращения числа источников излучения и увеличение чувствительности за счет расшиоения спектральной полосы зондирующих пучков, предназначенныхдля измерения рассеяния в области углов, для которых

„„>12 „„1684631 А1 жения и последовательно соединенные с датчиком блоки программирования и управления. Зондирующий блок согтоит из исто-t" ника излучения и расположенных вокруг него зеркал и конденсоров так, что оптические . си конденсоров параллепьны и лежач в плоскости измерения индикатрисы рассеяния, Каждый конденсор снабжен затвором, соединенным с блоком управления. и полосовым ".ве, фил .т;.,ом. Нефелометр обеспечивае получен(е неск . ьких зо! ;ирующих пучка" от одHого игTà÷ни а излучения и одновременное фг!ptAvlpоеан" зондирующих пучков ра".íîé рзсхочи."остью ll разной спекральной LJL p! íîé. При этом чем больше расстояние о; приемного „=тро ".ства до зондирующего пучка, тем больше efo расхоцимость и спектральная шир ;на. При измерении индикатрис I для разных углов рассеяния включаются разные зондирующие пучки. Вклю.ение и выключение пуч ков производится с помощью блока программирования, блока управления и затворов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. интенсивность рассеяния мала, и за счет использования пучков с разной расходимостью.

На чертеже представлена блок-схема нефелометра для измерения индикатрисы рассеяния аэроэролей.

Нефелометр с четырьмя зондирующими пучками состоит из зондирующего блока 1 и приемного устройства 2, оптически сопряженных между собой через рассеиьающий объем. Блок 1 состоит из источника 3 излучения, зеркал 4 и конденсаторов 5, располо1684631

:к«нных вокруг источника 3 излучения так, по оптические оси конденгоров 5 параллельны и лежат в плоскости измерения индикат рисы рассеяния. Каждый иэ конденсоров 5 снабжен полосовым светофильтром 6 и затвором 7, В состав нефелометра входят также блок 8 питания, механизм 9 вращения приемного устройства. датчик 10 yrnoeoIo положения приемного устройства и последовательно соединенные с датчиком блок 11 программирования и блок 12 управления, к выходам которого подключены затворы 7. Блок 8 питания осуществляет питание источника 3.

В качестве источника 3 излучения может использоваться галогенная лампа

КГМ12-100. Тело свечения лампы представляет собой плоскую спираль с размерами

4х2 мм и толщиной 1 мм. В этом случае лампа 3 ориентирована так, что плоскость спирали расположена перпендикулярно оптическим осям конденсоров 5. Размер спирали (4 мм) определяет расходимость зондирующих пучков в плоскости измерения индикатрисы рассеяния, Расходимость зондирующих пучков выбирается, исходя иэ предполагаемого хода индикатрис рассеяния. Для известной индикатрисы рассеяния (полидисперсные водные облака) в диапазоне углов рассеяния 2-5 интенсивность рассеяния изменяется в 100-300 раз, поэтому для этих углов расходимость зондирующего пучка 13 выбрана равной 17 (в плоскости измерения индикатрисы), чему соответствует фокусное расстояние 200 мм и размер теле свечения 1 мм, Для углов

80-130 интенсивность рассеяния в 10 раз меньше и почти не зависит от угла, поэтому для пучка 14 расходимость выбрана равной

11 20, чему соответствует фокусное расстояние 20 мм при размере тела свечения 4 мм, Расходимости пучков 15 и 16 выбраны

52 и 3 (фокусы 65 и 75 мм, размеры тела свечения 1 и 4 мм). Таким образом, по мере увеличения расстояния от приемного устройства 2 до on ической оси конденсора 5 расходимость зондирующего пучка увеличивается, соответственно увеличивается мощность пучка, Зеркала 4 расположены вокруг источника 3 излучения так, чтобы они не экраниронали световые пучки конденсоров 5, т.е. обеспечивали максимальный угол охвата источника 3 излучения при выбранных фокусных расстояниях конденсоров 5.

Полосовые светофильтры б определяют спектральну>o ширину излученич зондирующего пучка. Ширина олосы прппускания снетофильтрое увели >инэ.т>.> го мере у««

« г, личения рэсгтояния or приемно>о устройс1ва 2 до оптической оси конденсора (зондирую.«его пучка), Спектральная ширина зондирующего пучка 13 равна 10 нм, пучка

15 - 20 нм, пучка б -- 50 нм и пучка 14—

100 нм. Пропорционально ширине пучка изменяется мощность зондирующего пучка.

Соедняя длина волны пропускания всех полосовых светофильтров 6 одинаковая и определяется фотоприемником и распределением мощности излучения источника по спектру, В случае использования фотоумножителя с мультищелочным фотокатодом средняя длина волны равна 600 нм.

Нефелометр работает следующим образом, Датчик 10 углового положения при вращении приемного устройства 2 механизмом

9 вращения вырабатывает угловые метки, поступающие в блок 11 программирования, где метки считываются и определяется угловое положение приемного устройства 2. В ссответствии с программой, заложенной в блок 11 программирования, в зависимости от угла поворота приемного устройства .. включаются и выключаются зондирующие пучки с помощью блока 12 управления и затворов 7, Для малых углов рассеяния, где интенсивность рассеяния сильно зависит от угла, включается зондирующий пучок 13, имеющий минимальную расходимость. Минимальная расходимость излучения позволяет увеличить точность измерения индикатрисы, так как на малых углах рассеяния рассеивающий объем имеет максимальную величину и интенсивность рассеяния велика. При этом уменьшение мэщности зондирующего пучка вследствие уменьшения расходимости излучения не у>:удшает чувствительности нефелометра в целом. При увеличении угла рассеяния рассеивающий объем уменьшается, интенсивн>эсть рассеяния также уменьшается, одновременно становится менее сильной зависимость интенсивности рассеяния от угла. Поэтому, чтобы компенсировать уюленьшение сигнала, включается зондирующий пучок 15 с большей расходимостью, большей спектральной полосой и, следовательно, большей мощностью, При этом увеличивается также и рассеивающий обьем.

Таким образом, последовательно включаются и затем выключаются все четыре зондирующих пучка. Угла, на которых пучки включаются или выключаются, занисят от предполагаемой индикатрисы рассеяния измеряемых аэрозолей. Программируя блок

1 1 программиронания, можно опгимизи

Гн еагь чувствительность н«4 олг>метра для г> 3! <ы х тип он а Зрозг>лей

1684631

200 мм равна 10 нм, а с фокусол; 20 мм — 100 нм, то тогда соотношение пм . "<> nавнo 55

1:3200, и, при однонрел1енн и и; 1.. всех

Индикатрисы рассеяния аэрозолей зависят от длины волны зондирующего излучения, поэтому каждый конденсор снабжен полосовым светофильтром, выделяющим из сплошного спектра лампы спектральную полосу требуемой ширины.

Известно, что рассеяние на малых углах сильнее зависит от длины волны зондирующего излучения, а на углах около 90 эта зависимость слабее, Это обстоятельство позволяет еще больше увеличить чувствительность нефелометра для углов рассеяния около 90О, используя полосовые светофильтры с разной спектральной шириной (при этом средняя длина волны светофильтров одинакова). При увеличении расстояния от приемного устройства до зондирующего пучка полоса пропускания соответствующего светофильтра увеличивается и соответственно увеличивается мощность пучка, при этом увеличивается рассеянный аэрозолем поток, попадающий в приемное устройство.

За счет сокращения числа источников излучения и блоков питания в нефелометре уменьшаются энергопотребление, габариты и масса, при этом использование зондирующих пучков с разной расходимостью излучения и разной спектральной шириной позволяет увеличить чувствительность нефелометра для тех углов, где интенсивность рассеяния мала. В качестве источника излучения, излучающего во все стороны, можно использовать лампы накаливания, импульсные лампы, дуговые лампы и т.д.

Пример . 8 схеме (см. чертеж) использована лампа КГМ12х100 с размером свечения 4х2х1 мм, Фокусные расстояния конденсоров равны 20; 65; 75 и 200 мм, световые отверстия по 20 мм, при этом расходимость пучков равна 11 20 : 3 ; 53 и

17 . Угол охвата изменяется от 53 до 5 43, Световой поток, излучаемый каждым конденсором, пропорционален и роизведению

S з1п а, где S — площадь тела счечения г источника; a — половина угла охвата. Тогда потоки излучения для пучков в относительных единицах равны 0,005; 0,046; 0,14 и 1,6.

Соотношение потоков равно 1:320. При одновременной работе всех четырех конденсоров суммарный поток равен 1.8 отн,ед.

Если спектральная ширина пучvл с и кусом

20 конденсоров можно получить соотношение потоков около 1:3400, Такм образом, изобретение позволяет увеличить чувствительность нефелометра для углов около 90" в 3400 раз и более (для достижения такого же эффекта в прототипе потребовалось бы установить 3400 источников излучения с конденсорами и блоками питания, что нереально). Увеличение чувствительности в предлагаемом нефелометре получают при сокращении числа источников излучения и числа блоков питания, при этом увеличен суммарный угол охвата источника излучения, что позволяет снизить энергоемкость, его габариты и массу.

Формула изобретения

1. Нефелометр для измерения индикатрисы рассеяния аэрозолей, содержащий зондирующий блок, включающий источник излучения, соединенный с блоком питания, не менее чем два конденсора, снабженное механизмом вращения приемное устройство, оптически связанное с зондирующим блоком через рассеивающий объем и кинематически связанное с датчиком углового положения приемного устройства, последовательно соединенные с датчиком углового положения блок программирования и блок управления, выходы которого соединены с зондирующим блоком, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, снижения энерогопотребления, габаритов и массы нефелометра, зондирующий блок дополнительно содержит п-1, где п —число конденсоров, оптических элементов, изменяющих направление оптических осей конденсоров так, что все оси конденсоров лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью измерения индикатрисы рассеяния, все конденсоры оптически связаны с источником излучения, каждый конденсор снабжен затвором, соединенным с блоком управления, и полосовым светофильтром, причем полоса пропускания светофильтров монотонно увеличивается с ростом расстояния от приемного устройства до оси соответствующего конденсора, при этом средние длины волн пропускания фильтров одинаковы.

2. Нефелометр по и, 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности, угловые размеры источника излучения в поле зрения каждого конденсора монотонно увеличиваются с роно . расстояния от приемного устройства до ое. еоот ветствующего конденсора.

1684631

Составитель В,Калечиц

Техред М.Моргентэл Корректор М,Кучерявая

Редактор А,Лежнина

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

Заказ 3500 Тираж Подписное

ВНИИПИ Гос арстеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская нвб., 4/5