Способ дисперсионного анализа частиц

 

СПОСОБ дасПЕРСИОННОГО АНАЛИ-' ЗА ЧАСТИЦ по авт. св. № 545174, о^т - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшенйя информативности, дополнительно регистрируют вторыеiдифракционные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц.

!

„Л0„„719251

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 N

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 545174. .(21) 2608114/28-25 (22) 25.04.78 (46) 30. 12. 86. Бюл. У 48 (71) Институт экспериментальной метеорологии (72) Г.Ф.Яскевич (53) 5 43. 275. 3 (088. 8) (56) Гудмен Дж. Введение в Фуры-оптику. М.: Map, 1970, с, 73.

Авторское свидетельство СССР

В 545174, кл. С 01 N 15/02, 1975. (54) (57) СПОСОБ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА ЧАСТИЦ по авт. св. У 545l74, о т— л и ч а ю шийся тем,что, с целью повьппения информативности, дополнительно регистрируют вторые дифракционные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц, 51 -2 ности измерений. Принятие мер по предотвращению осаждения (нагрев насадки, подача электрического потенциала и т.д.) не дает желаемых результатов, так как при этом нарушаются условия

"невозмущения" рабочего объема оптической системы и увеличивается погрешность измерений, Цель изобретения — повышение информативности способа и точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно регистрируют вторые дифракционные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки . оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц.

Сущность способа поясняется чертежом (фиг.1, 2).

Микрообъекты 1, освещаемые плоской волной 2, находятся в поле зрения объектива 3. Плоскость наводки 4 объектива сопряжена с плоскостью регистратора 5, размер которого определяет рабочий размер поля зрения объектива 3. Объектив 3 собирает свет, рассеянный объектами в угле 2б, определяющемся диаметром диафрагмы 6, установленной в его задней фокальной плоскости. Этот свет содержит три составляющих: дифрагированную волну (волну, образующуюся вследствие ограничения предметом подающего волнового фронта 2), волну, отраженную от объекта, и волну, прошедшую через него.

Последнюю составляющую в данном случае мбжно не учитывать, поскольку она вызывает лишь уменьшение контрастн6сти изображения и не в тияет на I его характер. Если не учитывать и вторую составляющую, то, поле за объектом можно рассматривать как суперпоэицию падающей волны, т.е. прошедшей без искажения и дифрагированной, источником которой служит край объекта. Причем амплитуда дифрагированной волны уменьшается при отклонении наблюдения от направления падающей волны пропорционально коэффи.циенту наклона.

Объектив 3 собирает подающую световую волну в заднем фокусе .в точку (вернее пятно, диаметр которого определяется разрешающей способностью объектива). Дифрагированная волна преобразуется объективом в сходящуюся и формирует изображение объекта таким образом, что каждая точка изображения

7192

Изобретение относится к технике определения дисперсного состава аэро золей. . Известен способ дисперсиойн6го анализа частиц по основному авт. св.

Р 545174, заключающийся в следующем.

Исследуемые объекты освещают частично когерентным световым пучком, получают их изображЕния на экране регистратора, затем в зависимости от 10 параметров регистратора подбирают. степень к6герентности источника таким образом, чтобы при смещении, частиц относительно плоскости наводки (плоскость наводки — плоскость в простран- 15 стве предметов оптически сопряженная с плоскостью регистратора) как в сторону объектива, так и в противоположную сторону",вокруг их иэображений появлялось одно дифракционное кольцо, 20 яркость которого выше" яркости бкружающего фона, интенсивность же последующйх koJleg не превышала"интенсивности фона . Измерение внутреннего и внешнего дйаметров этого кольца позволяло судить о размерах данной частицы и ее удаления от плоскости наводки оптической системы.

Недостатком способа является невозможность определения направления З-0

Смещеййя частиц по отношению к плоскости наводки, поскольку частицы, смещенные как в сторону объектива, так и от него дают только одно дифракционное кольцо, но которому мож- 35 но судить лишь о том, на каком расстоянии от плоскости наводки находится частица, но не с какой стороны этой плоскости. Поэтому в известном способе для определения коордйнат 40 частиц в пространстве и направления траекторий их движения объектив оптической системы снабжают специальной насадкой, предотвращающей попа... дание частиц в пространство между 45 объективом и плоскостью -наводки.

Применение насадки приводит к снижению информативности способа, так как в этом случае используется лишь половина рабочего объема. Кроме .того, 50, поверхность насадки, находящаяся не посредственно в плоскости наводки, должна быть оптически идеально чистой во избежание погрешностей измерений, а ее близость к исследуемым объектам, 55 находящимся во взвешенном состоянии или в потоках, может привести к осаждению частиц на поверхность насадки

Ф а следовательно, к увеличению погреш4 бирая интенсивность освещающе ro пучка

I в .точке F, можно достичь такого положения, что при смещении объекта

/ влево от плоскости наводки над уровнем шумов регистратора будут регистрироваться не одно, а два светлых кольца, в то время, как при смещении вправо — лишь одно кольцо.

В предлагаемом способе необходимое соотношение между падающим и рассеянным пучками обеспечивается установкой в задней фокальной плоскости объекти-. ва 3 полупрозрачного фильтра, перекрывающего пятно, B которое сфокусирован свет от источника, и, следова1 тельно, ослабляющего только падающий пучок света. Диафрагма 6 устанавливается для упрощения распознавания направления смещения объектов относительно плоскости наводки, особенно при автоматизации процесса измерений.

При отсутствии диафрагмы для аналйза изображений (т.е. определения траекторий и направлений движения) необходимо разбиение всего поля зрения . устройства по крайней мере на 4 квад/ ранта, поскольку в этом случае распределение интенсивности в кружке о будет зависеть еще и от положения объекта относительно оптической оси объектива.

Предлагаемый способ дисперсионного анализа частиц может быть осуществлен на устройстве, описанном в способепрототипе и содержащем источник электромагнитного излучения, оптические системы формирования рабочего объема и пучка излучения, освещающего этот объем, и регистрирующую аппаратуру. Причем, оптическая система снабжена устройством для изменения степени когерентности освещающего пучка.

В качестве регистрирующей аппаратуры могут быть использованы фотоприставка или передающая телевизионная трубка.

Пример. Подбирают необходимую интенсивность и степень когерентности светового пучка, используемого для .

1 освещения рабочего объема оптической системы, и осуществляют градуировку.

Для этого подложку с осажденными на ней частицами различных размеров помещают в рабочий объем оптической системы, объектив которой снабжен кольцевой диафрагмой и либо путем изменения расстояния от источника света до плоскости наводки, либо изменяя длину когерентности светового пучка при помощи полосовых фильтров доби3 719251 (например а, d на фнг.1 является, центром сходящегося летучка лучей, интенсивность внутри которого максимальна вдоль луча Ка и уменьшается к периферии пучка. При этом, если объект находится в плоскости наводки

4, то в плоскости регистратора 5 изображение оказывается сфокусированным, если же объект смещен относительно 4, то изображение в плоскости регистра- !О ции формируется кружком рассеяния 5, диаметр которого определяется величиной смещения h . .При этом в центре кружка интенсивность максимальна и падает к его краю. Интерференция это-15 го пучка света с падающим (исходящим

t из точки F ) дает дифракционную картину в виде светлых и темных колец (для круглых объектов), Интенсивность этих колец, их конт-20 растность зависит от когерентности освещающего пучка и относительной интенсивности интерферирующих пучков (в данном случае дифрагирующего и па дающего) в точке интерференции.

В способе-прототипе когерентность светового пучка подобрана таким образом, что вьппе уровня шумов регистратора находится лишь интенсивность первого кольца при смещении объекта 30 в любую сторону относительно плоскости наводки.

На характер изображения влияет также волна, отраженная от объекта.

Пусть объектом является сферическая частица, тогда, как следует из фиг.2, на которой: 7 — частичка, 8 — плоскость наводки, 9 — объектив, в объектив в пределах апертурного угла 26 попадает не только дифрагированный 40 свет, но и лучи, отраженные от поверхности частицы. Причем эти лучи присутствуют только во внешней (относительно центрального луча) части светового пучка (на фиг.1 и 2 эта 45 часть пучка заштрихована). В результате этого интенсивность в кружке рассеяния о (для расфокусированных изображений) перераспределяется таким образом, что для объектов, смещенных 50 относительно плоскости наводки влево (см. фиг.1) интенсивность внешней части относительно центрального луча (на фиг.1 заштрихована) окажется выше, а при смещении вправо вьппе будет интенсивность внутренней части кружка. А поскольку в образовании дифракционных колец принимает участие только внешняя часть кружка о, то, под71925 ваются такого положения, когда при смещении частицы от плоскости наводки в сторону объектива в плоскости изображения первое дифракционное кольцо вокруг изображения частицы будет иметь яркость выше окружающего фона, а йнтенсивность последующих колец не будет превышать окружающего фона (шумов регистратора), а При смещении в противоположную сторону от плоскости f0 наводки регистрируются над уровнем . шумов два дифракционных кольца.

Перемещая подложку с осажденными на ней частицами известного размера в счетном объеме, для каждого ее по- 15 ложения измеряют диаметр изображения и ширину первого дифракционного кольца вокруг изображений частиц.

Затем "e ðáÔÔ градуировочйую- зависимость между шириной первого кольца, 20 а также усредненной величиной поправки на размер иэображения и величиной удаления. После этих предварительных операций приступают к основным измерениям, Исследуемые частицы пропускают через освещаемый частично-когерентным излучением объем, регистрируют получаемое изображение, измеряют параметры изображений отдельных частиц и по 30 ширине первого дифракционного кольца определяют величину смещения каждой йз ййх относитеюп йо плоскбсти Наводки

" и корректируют размер.

При определении скоростей, траек- З5 торий и направлений движения исследу-. емые объекты освещают серией импульсов света подобранной когерентпости

1 6 и интенсивности. На экране регистратора (фотопленка, фотокатод телевизионной передающей камеры и т.д.) получают серию их изображений, каждое нэ которых. соответствует своему импульсу, и по наличию или отсутствию второго дифракционного конца вокруг каждого изображения судят о том, с какой сторонЫ от плоскости наводки находится объект в данный момент (момент следования данного импульса) времени.

По ширине первого кольца определяют величийу удаления его от плоскости наводки оптической системы, определяя таким образом его траекторию, скорость и направление движения в пространстве.

Для получения более высокой точности измерений весь диапазон измеряемых размеров разбивают на интервалы и вместо усредненной зависимости величины поправки на размер от удаления частицы от плоскости наводки, строят зависимость размера изображения частиц от их удаления для каждого интервала, по которым и определяют поправку на размер.

Таким образом, предложенный способ позволяет повысить информативность иэмерейий, поскольку отпадает необходимость в ограничении рабочего объема при помощи специальной насадки и повысить точность измерений, поскольку в отсутствии насадки нет и осаждейий на ее поверхность частиц, находящихся в рабочем объеме и движущихся в произвольном направлении., 71925!

Составитель О.Алексеева .Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Патай

Редактор Т.Кузьмина

Закай 71:40/4 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4