Устройство для измерения размеров и концентрации частиц

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ оо 741107 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2103.78 (21) 2592566 /18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет— (51)м. Кл.

G 0,1 N 15/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытнй

Опубликовано 15.06.80. Бюллетень ¹ 22 (53) УДК 539. 215.4 (088. 8) Дата опубликования описания 150680 (72) Автор изобретения

Е,И.Афонин

Морской инстИтут AH Украинской ССР (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ

И КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦ

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности, к устройствам для определения размеров и концентрации частиц, взвешенных в струе жидкости или газа и может быть использовано, например в океанологии при изучении взвешенного дисперсного материала и донных осадков, содержащихся в морской воде.

Известно устройство для обнаружения и счета частиц, находящихся в струе жидкости .или газа, основанное на измерении рассеянного частицей узкоколлИмированного пучка света (11. 15 В этом устройстве приемная оптическая система улавливает и направляет на фотоприемник только небольшую часть рассеянного частицей света из одного или нескольких фиксированных телесных углов. Поэтому это устройство применимо лишь для измерения частиц одинаковой Форьи и показателя преломления, селективно рас-25 сеивающих свет в определанные угловые интервалы.

Наиболее близким к данному устрой-ству по технической сущности явля ется спектрометр для определения раэ-3р меров частиц, содержащий систему для формирования струи жидкости с частицами, подлежащими измерению, источник и приемник излучения, световую ловушку, систему для фокусировки пучка света на анализируемую частицу и камеру для сбора рассеянного частицей света, выполненную в виде диффузно рассеивающей сферической поверхности (сферы Ульбрихта) (2).

Недостатком этого устройства является то, что в нем для исключения влияния технологических отверстий при многократных отражениях внутри сферической камеры, необходимо выбирать очень малой приемную апертуру фотоприемника. Вследствие этого, на фотоприемник попадает значительно меньшее количество света, чем рассеянное частицей внутри сферы,что ведет к существенному уменьшению отношения сигнала к шуму, а значит, к ограничению возможности обнаружения частиц малых размеров.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства к частицам малых размеров и повышение точности определения концентрации взвеси °

741107

Указанная цель достигается тем, что в устройстве камера выполнена в виде параболического зеркального отражателя, закрытого линзовым конденсатором, передний фокус которого совпадает с фокусом параболического отражателя, через который проходит

5 траектория движения измеряемых часГ иц, а задний фокус конденсора нахо,цится в плоскости диафрагмы, за которой установлен фотоприемник, соединенный с электронным блоком обработки сигналов.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 — разрез A-.A на фиг.1;

Устройство содержит источник 1 непрерывного излучения, например, лазер, выдающий коллимиронанный пучок света .2, объектив 3 для фокусировки света, камеру 4 с отражающей параболической поверхностью 5,через фокус ко- 20 торой проходит траектория движения

6, световую ловушку 7 для поглощения прямого нерассеянного света, систему 8 подачи частиц внутрь камеры, представляющую собой тонкие суживаю- р5 щие ся трубки, вставленные одна в другую, линзовый конденсатор 9, диафрагму 10, фотоприемник 11 (ФЭУ), блок обработки сигнала 12, включаю- . щий согласующую схему, многоканальный амплитудный анализатор и счетчик импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемая жидкость (газ) с час- 35 тицами, которые надлежит измерить и подсчитать, подается в камеру 4 с помощью системы 8 подачи частиц .

При этом по внешней трубке поступает жидкость или газ, свободный от частиц, а по внутренней трубке прохо. дит жидкость (газ), содержащая частицы. На выходе трубок под действием гидродинамических сил формируется очень тонкая струя, внутри которой движутся частицы. Эта струя пересе- 45 кает сфокусиронанный объективом 3 пучок света 2 от источника 1. Точка пересечения траектории движения частиц в струе находится н фокусе отражающей параболической поверхности 5. $Q

Когда измеренная частица 6 попадает в сфокусированный луч 2, она рассеивает свет в.полный телесный угол

4 гс . Часть рассеянного частицей света непосредственно падает на линзовый кондвнсор 9, а другая часть попадает на него, отразившись от зеркальной поверхности 5. Конденсор направляет свет через отверстие диафрагмы

10 на фотоприемник (фотоэлектронный умножитель) 11, на фотокатоде кото- бО рого собирается практически весь свет, рассеянный единичной частицей, в полном телесном угле, за исключением прямого пучка. Фотоприемник преобразует световые вспьыки от про-, 65 летающих частиц в электрические импульсы, которые поступают в электронный блок обработки сигнала 12, где осуществляется счет общего количества импульсов и распределение их по амплитуде. Так как амплитуда электрического импульса пропорциональна площади сечения частицы, то устройство предварительно калибруют, используя для этого частицы с известными размерами и формой.

Концентрация частиц, содержащаяся в исследуемой среде, находится делением общего числа зарегистрированных импульсов на количество жидкости (газа), прошедшей через камеру е

Расчеты показывают, что в данном устройстве на фотоприемник поступает на порядок большее количество снета, рассеянное частицей, чем в сферической камере Ульбрихта с внутренней поверхностью из диффузно рассеивающего материала. Это дает возможность увеличить отношение полезного сигнала к шуму, а значит, повысить чувствительность устройства к свету, рассеянному малыми частицами.

Использование устройства для анализа искусственных и естественных дисперсных сред позволяет измерить и:подсчитать частицы с размером до

0,1 мкм независимо от их формы и оптических свойств, что существенно расширяет измеряемый спектр размеров частиц и, тем самым, повышает точность определения концентрации взвеси в целом.

Формула изобретения

Устройство для измерения размеров и концентрации частиц, содержащее источник коллимированного излучения, снетовую ловушку, объектив, камеру для сбора рассеянного частицами света, фотоприемник, систему подачи частиц в камеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности к частицам малых размеров и повышения точности определения концентрации взвеси, камера выполнена в виде параболического зеркального отражателя, закрытого линзовым конденсором, передний фокус которого совпадает с фокусом параболического отражателя, через который проходит траектория движения измеряемых частиц, а задний фокус конденсатора находится в плоскости диафрагмы, за котьрой установлен фотоприемник, соединенный с электронным блоком обработки сигналов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США .93869209,кл.356-103, опублик. 1975.

2. Патент США @3869208, кл, 356 — 102, опублик. 1975 (прототип) .

741107

Составитель E.Маллер

ТехРеД Ж. К ас телев ич Хоррек тор М, Вигула

Редактор П.Макаревич

Филиал ППП - Патент г г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3322/4

ЦНИИПИ Г

Тираж 1019 Подписно

И Государственного комитета СССР одписное

113035 М по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5