Способ определения скорости и размеров частицы в движущейся среде

 

Сущность изобретения: освещающие когерентные световые пучки направляют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси; формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков, изображение зондируемой зоны; устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей указанного электрического сигнала. Затем по частоте доплеровского сигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амплитуды сигнала - эффективный диаметр частицы. 1 ил. СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 6 01 N 15/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4946914/25 (22) 17.06.91 (46) 23.03.93. Бюл. № 11 (71) Мелитопольский институт механизации сельского хозяйства (72) Н,И,Бунин, Н.В.Морозов и B,В.Солодов (73) Мелитопольский институт механизации сельского хозяйства (56) Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. — Киев: Высшая школа, 1988, с. 303—

308.

Авторское свидетельство СССР

¹ 11558899114400, кл. G 01 N 15/00, 1990. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И

РАЗМЕРОВ ЧАСТИЦЫ В ДВИЖУЩЕЙСЯ

СРЕДЕ

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, предназначено для определения скорости и размеров частиц в потоках жидкости или газа методами лазерной доплеровской аненометрии и может быть использовано в химической промышленности, в частности, при исследовании процессов электрофореза, Цель изобретения — повышение чувствительности измерения скорости и расширение функциональных возможностей путем одновременного определения скорости и эффективного диаметра движущейся частицы.

Указанная цель достигается тем, что освещают зондируемую зону в исследуемой среде световыми когерентными пучками, регистрируют с помощью фотоприемника

„,5U„„1804608 АЗ (57) Сущность изобретения; освещающие когерентные световые пучки направляют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси; формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы; измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей указанного электрического сигнала. Затем по частоте доплеровского сигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амплитуды сигнала — эффективный диаметр частицы. 1 ил. рассеянное частицей световое излучение, выделяют переменную составляющую электрического сигнала, полученного при регистрации рассеянного светового излучения, причем световые пучки направляют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси, формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси световых пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму, выполненную в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей электрического сигнала, затем по частоте сигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амп1804608

v= sina/2, 2ч

2: вТО а72 (2) Л

v= 2 г . (3) D

2ч (4) Л

v= 2 v, 55 литуды сигнала — эффективный диаметр частицы.

Предложенный способ обеспечивает повышение чувствительности измерения скорости и одновременное определение скорости и эффективного диаметра частицы в движущейся среде, Как известно, частота доплеровского сигнала v определяется выражением где Л вЂ” длина волны используемого лазерного излучения; ч — скорость частицы;

a — угол между оптическими осями освещающих пучков.

Тогда скорость частицы равна

Существует минимальная величина регистрируемой доплеровской частоты сигнала, для которой обеспечиваются достаточные помехозащищенность измерений и отношение сигнал/шум. Поэтому максимальная чувствительность, необходимая для измерения скорости, например, при исследовании процессов электрофореза, возможна при а = л, В этом случае освещение исследуемой среды производится пучками, направленными навстречу друг к другу, и при этом достигается максимальная чувствительность при измерении скорости;

При формировании изображения зондируемой зоны в направлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков, и установке перед входным отверстием фотоприемника полевой диафрагмы, выполненной в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, время возрастания амплитуды доплеровского сигнала определяется следующим образом: где D — эффективный диаметр частицы; ч — скорость ее движения вдоль оптической оси освещающих пучков.

Поэтому, измерив время t возрастания амплитуды переменной составляющей электрического сигнала с фотоприемника и

50 его частоты м, можно определить эффективный диаметр частицы:

D-=2vt= Л v t (5) Таким образом, предложенный способ позволяет повысить чувствительность измерения скорости и расширить функциональные возможности путем одновременного определения скорости и эффективного диаметра частицы.

На чертеже представлена блок-схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

Устройство содержит: источник 1 когерентного излучения —. лазер типа ЛГН вЂ” 215, светоделитель 2; зеркала 3,4; линзы 5,6; объектив 8; полевую диафрагму 9 в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы; фотоприемник

10 (ФЭУ 84-5), выход которого электрически связан с блоком регистрации 11.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемую движущуюся среду 7, например ячейку для электрофореза, освещают при помощи источника когерентного излучения 1 (лазер типа ЛГН-215). Светоделитель 2, зеркала 3,4, и линзы 5,6 формируют два освещающих когерентных пучка, направленных навстречу друг к другу вдоль одной оптической оси; Объектив 8 формирует изображение зондируемой зоны с коэффициентом увеличения, равным 1, в направлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков. Свет, рассеянный в указанном направлении, через полевую диафрагму 9 в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, регистрируется фотоприемником 10 (ФЭУ 84-5). Электрический сигнал с выхода фотоприемника 10 подают на вход блока регистрации 11, с помощью которого выделяют переменную составляющую доплеровского сигнала, измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды указанного доплеровского сигнала.

Затем определяют скорость частицы, направленную вдоль оптической оси освещающих пучков по формуле (3): где Л = 0,6328 мкм — длина волны используемого излучения гелий-неонового лазера

Л ГН-215;

v — доплеровская частота переменной составляющей электрического сигнала.

1804608

Эффективный диаметр частицы D определяется по длительности времени возрастания амплитуды доплеровского сигнала с помощью формулы (5): переменную составляющую электрического сигнала, полученного при регистрации рассеянного светового излучения, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения

5 чувствительности измерения скорости и расширения функциональных возможностей путем одновременного определения скорости и эффективного диаметра частицы, световые пучки направляют навстречу

10 друг другу вдоль одной оптической оси, формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси световых пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника поле15 вую диафрагму, выполненную в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей

20 электрического сигнала, затем по частоте сигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амплитуды сигнала определяют эффективный диаметр частицы.

2Б

Таким образом, предлагаемый способ позволяет одновременно измерять скорость и эффективный диаметр частицы в движущейся среде, что расширяет функциональные возможности предлагаемого способа измерений. Этим и определяется эффективность использования предлагаемого изобретения.

Формула изобретения

Способ определения скорости и размеров частицы в движущейся среде, заключающийся в том, что освещают зондируемую зону в исследуемой среде световыми когерентными пучками, регистрируют с помощью фотоприемника рассеянное частицей световое излучение, выделяют

Составитель Н, Морозов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Редактор

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

Заказ 1077 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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