Устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля

 

О ll И С А Н И Е 855440

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву —— (22) Заявлено 17.08,79 (21) 2810354/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (5l ) М Кл з

G01 N 15/02 (53) УДК 535.242 (088.8) Опубликовано 15.08.81. Бюллетень № 30

Дата опубликования описания 17.08.81 во делам езобретеимй и еткрмтий (72) Авторы

В. И. Ягодкнн, А. Г. Голубев, P. С. Валеев н P. Н. Гнзатуллнн (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ

И ПОТОКА МАССЫ ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЯ

ГееУдеРстееекмк кеметет (23) Прнорнтет—

Изобретение относится к техннческон физике, в частности к устройствам для 83мерення размеров н потока массы аэрозольных частиц.

Известно устройство для измерения размеров частиц аэрозоля, содержащее нсточннк параллельного потока монохроматнческого излучения, оптическую систему, днафрагму, фотопрнемннк н электронную схему преобразования с вторичным прибором. Луч лазера, пройдя поворотную призму, расшнряется, а затем фокусируется оптической системой в измерительном объеме в заданную точку потока, на среднее сеЧение измерительного объема сфокусирована оптнческая снстема фотоприемника: Частицы аэрозоля, присутствующие в потоке, пролетая через измерительный объем, ра сенвают свет, который попадает в фотоумножитель (ФЭУ) н преобразуется фотоумножителем в импульсы тока. Эти импульсы усиливаются и поступают на электронно-счетный частотомер с фиксированным порогом срабатывания.

Изменяя напряжение питания на ФЭУ, меняем коэффициенты усиления ФЭУ, а сле довательно, порог срабатывания счетчика. ,Производя измерения прн разных порогах срабатывания прибора, можно определить функцию распределения частиц аэрозоля по размерам (1).

Недостатком этого устройства является то, что оно пригодно лишь для определения функций распределения по размерам малых частиц аэрозоля — не более нескольких микрон, так как прн увеличении размера частиц угол рассеянного потока света уменьшается, а в этом случае поток рассеянного света практически сливается с осйовным

10 потоком света. Оно не позволяет измерять поток массы частиц аэрозоля в исследуемой точке полнднсперсной среды. Кроме того, получен не результатов изме ренн и связано с необходимостью решения некорректной обратной задачи теории светорассеяння с

1з применением ЭВМ, что снижает точность и надежность измерений, делает устройство более дорогостоящим н мало пригодным для экспресс-аналнза.

Наиболее близким техннческим решеннем к данному изобретению является устройство для локального измерения размеров н потока массы частиц аэрозоля, содержащее после. довательно установленные по ходу светового

Муча источник нзлучення, опткческую снсте3

85 му, формирующую плоский световой пучок, собирающую линзу и диафрагму, фотоприемни к и электронный преобразователь с вторичным прибором 121.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений, повышение их то гности, локальности, надежности и информативности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля, содержащем последовательно установленные по ходу светового луча источник излучения, оптическую систему, формирующую плоский световой пучок, собирающук> линзу и диафрагму, фотоприемник и электронный преобразователь с вторичным прибором, оптическая система, формирующая плоский световой пучок, выполнена в виде двух цилиндрических линз, фокусируюгцих этот пучок в своей плоскости в исследуемом объеме, а диафрагма установлена в фокальнои плоскости собирак>щей линзы при этом элект. ронный преобразователь включает измерители рассеянного светового потока, соединенные с выходами фотоприемников, и делитель, установленный на выходе измерителей рассеянного светового потока и соединенный с амплитудным анализатором, а также блоком возведения в куб, который через интегратор подключен к одному входу умножителя и через частотомер — к другому входу умножителя, а выходы амплитудного анализатора и умножителя соединены со вторичным прибором.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, вид на плоскость светового потока; на фиг. 2 — вид устройства вдол плоскости светового потока.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, например лазер, оптическую фокусирующую систему 2 и 3. собирающую линзу 4 и диафрагму 5. За диафрагмой установлены фотоприемники 6, соединенные с электронным преобразователем со вторичным. прибором. Оптическая фокусирующая система выполнена из цилиндрических линз 2 и 3, которые формируют плоский световой поток 7. Этот поток сфокусирован в исследуемом объеме 8 полидисперсного аэрозоля. Собирающая линза 4 и диафрагмы 5 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости светового потока. Электронный преобразователь включает измерители светового потока 9, соединенные с выходамн фотоприемников 6. На выходе измерителей светового потока установлен делитель 10, соединенный амплитудным анализатором 11, а также блоком 12 возведения в куб. Данный блок 12 через интегратор 13 подключен к одному входу умножителя 4 и через частотомер 15 к другому входу умножителя 14, причем выходы амплитудного анализатора 11 и умножителя 14 соединены со вторичным прибором !6. Одно отверстие 17 диафраг5440 мы 5 имеет форму части кругового кольца, а другле отверстие 18 — - форму щели. Отверстия 17 и 18 расположены диаметрально противоположно относительно оптической оси и перпендикулярно плоскости светового потока. Напротив каждого окна 17 и 18 установлены фотоприемники 6.

Устройство работает следующим образом

Параллельный пучок света, создаваемый источником 1 монохроматического излучения формируется двумя цилиндрическими линзами 2 и 3 в плоский световой поток 7, сфокусированный в исследуемом объеме 8 полидисперсвой среды аэрозоля. Частиць! аэрозоля, пролетая через измерительный объем, рассеивают свет на угол 8-(фиг. 2).

Рассеянный частицами аэрозоля и плоский нерассвяйный световые потоки собираются линзой 4 в плоскости интегрирующей диафрагмы 5. При этом плоский световой поток фокусируется в линию, проходящую через центр диафрагмы, и не поступает на фотоприемники 6, а рассеянный отдельными частицами на угол 9- световой поток через диаметрально размещенные относительно оптической оси и перпендикулярно плоскости потока отверстия 17 и 18 в диафрагме 5, одно из которых имеет форму части кругового кольца, другое — форму щели, поступает на фотоприемники 6, установленные напротив каждого из отверстий 17 и 18, преобразуются в электрические импульсы тока и измеряются блоками 9, Выходы измерите30 лей световых потоков подключены к импульсному делителю 10 напряжений. Амплитуда каждого электрического импульса на выходе делителя 10 пропорциональна размеру отдельной частицы, пролетевшей через локальный измерительный объем. Выход делителя соединен с амплитудным анализатором 11, который автоматически анализирует амплитуду каждого импульса, зависящую от размеров частицы, и регистрирует число частиц в определенном диапазоне размеров.

Таким образом, определяется функция распределения частиц по размерам, которая регистрируется вторичным прибором .16.

С делителя 10 электрические импульсы также поступают на вход блока 12 возведения в куб, который через интегратор 13 и частотомер 15 подключен к умножителю 14.

С помощью интегратора 13 определяется средний объем частиц, а частотомер 15 регистрирует количество частиц, пролетевших через локальный исследуемый объем в единицу времени. Таким образом, умножив величины сигналов с выходов интегратора 13 и частотомера 15 с учетом постоянного коэффициента определяется поток массы аэрозоля в исследуемой полядисперсной среде, который регистрируется вторичным прибо55 ром 16.

Предлагаемое изобретение дает возмож-ность повысить точность и надежность измерений, расширяет диапазон ияли рений до

855440

Формула изобретения

Составитель В. Юртаев

Редактор К. Воловик Техред А. Бойкас Корректор Н. Шаылкая

Заказ 6893 58 Тираж 997 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений я открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская иа6., д. 4/5

Филиал ППП аПатента, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 размера частиц -300 мкм,который важен для камер сгорания газотурбинных двигателей, обладает локальностью измерений в пределах 2 мм. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет измерять поток массы частиц аэрозоля в данной точке полидисперсной среды.

Использование данного устройства обеспечивает проведение экспресс-анализа полидисперсных систем в эксплуатационных условиях, не требует применения дорогостоящей аппаратуры.

Устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля, содержащее последовательно установленные по ходу светового луча источник излучения, оптическую систему, формирующую плоский световой пучок, собирающую линзу и диафрагму, фотоприемник и электронный пре. образователь со вторичным прибором, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения; повышения их точности, локальности, надежности и информативности, оптическая система, фОрмирующая плоский световой пучок, выполнена из двух цилиндрических линз, фокусирующих этот пучок в своей плоскости в исследуемом объеме, а диаф"агма установлена в фокальной плоск сти собирающей линзы, при этом электронный преобразователь включает измерители рассеянного свстового нотокв, соединенные с выходами фотоприемников, и делитель, установленный на выходе измерителей рассеянного светового потока и соединенный с амплитудным анализатором, а также блоком возведения в куб, который через интегратор подключен к одному входу умножителя и через частотомер — к другому входу умножителя, а выходы амплитудного анализатора и умножителя соединены со вторичным прибором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Янков В. П. Исследование параметров

; аэрозольных частиц в измерительном объ341 еме ЛДИСа, Труды ЦАГИ, !755.

Лазерное допплеровское измерение скорости газовых потоков. Сб. № 2. Рассеивающие частицы. Аэродинамические исследования. М., 1976, с. 83 — 89.

2. Авторское свидетельство СССР №.140250, кл, G 01 N 15/02, 1960 (прототип).