Фотоэлектрический способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц

 

Союз Соввтсиин

Социапистичесиии

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К., АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ () 940013 (61) Дополнительное к авт. санд-ву % 857789 (22) Заявлено 08.08.79 (21) 2807467/18-25 (51)M. Кл.

601 М 15/02 с присоединением заявки рй, (23) Приоритет

3Ьвуаарстввнвй квмитвт

СССР

on двнвм нзоврвтвний н вткрмтнй

Опубликовано ЗО 06 82 Бюллетень Рй 4

Дата опубликования описания 30.06.82 (53) УД K 539.2 1 5..4(088.8) I(72) Автор изобретения

С. М. Коломиец (7I ) Заявитель

Институт экспериментальной метеорологии (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ

И KOHlIEHTPAUИИ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИБ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, измерений . размеров и концентрации взвешенных час» тиц, и можетбыть использовано в метеорологии, биологии, химической техноло"-:

5 гии, контроле загрязнений окружащей среды для измерений размеров и концентрации взвешенных частиц микронных размеров.

По основному авт. св. l4 857789, известен фотоэлектрический способ .измерения размеров и концентрации взвешенных частиц, состоящий в том, что исследуемые частицы освещают и регистрируют. импульсы рассеянного света, причем освещение частиц производят пучками света, сканируемыми в плоскости, перпундикулярной направлению движения частиц, импульсы от рассеянного света фотоэлектрическим способом превращают 20 в электрические сигналы, котор. е формируют в пачки, выделяют их сгибающие, по которым судят о размерах и концентра ции частиц.

B этом случае удается существенно уменьшить погрешности, возникаквпие за счет неоднородности освещенности рабочего объема для частиц, пролетающих плоскость сканирования в пределах, определяемых крайними положениями максимума интенсивности светового пучка. В то же время, краевые эффектывлияние областей, находящихся за этими положениями (в направлении сканирования), где интенсивность пучка заведомо меньше максимальной, в известном способе устраняются. При этом чем меньше отношение амплитуды сканирования к ди» амзтру гучка (относительная амплитуда сканирования), тем больше влияние краевых эффектов. В резуль;ате для рабочих объемов с малой относительной амплнту .ой сканирования, погрешности за счет неоднородности освещенности могут быть достаточно велики.

Цель изобретения — уменьшение пог решностей измерений.

940013

45 lv -Uo уда С вЂ” С

2.6 о

Указанная цель достигается тем, что в способе измеряют длительность импульсов по выбранному относительному уровню„: и в пачки формируют только те импульсы, длительность кс горых не мень- 5 ше величины H/>),(ЦЧ), где Д - диаметр пучка по тому же уровню; (— скорость перемещения пучка относительно частицы. 10 В данном случае используется то обстоятелы:тво, что длительность импульсо1 по относительному уровню зависит только от координаты (в направлении сканирования) пересечения частицами плоскости сканирования. Если частицы пролетают за крайними положениями максимумов интенсивности светового пучка, то очеви4г но пучок пересекает их только своей частью, меньшей половины. Если же час- 0 тицы пролетают внутри крайних положений максимумов, то пучок пересекает их своей частью, большей половины (в том числе и целиком).

Действительно, рассмотрим Гауссов 25 световой пучок. В этом случае форма импульса, образованного при пересечении истицы всем пучком, имеет вид

ОМ=Цехр -—

-1 где F — радиус пучка (по уровню с );

U — максимальная амплитуда, зависящая от размера R частиц, координаты пересечения части- 1

35 цы пучком в направлении движения частиц, интенсивности пучка, чувствительности приемной системы и т.a.;

g — скорость перемещения пучка относительно частицы (полагаем, что сканирование происходит с постоянной скоростью, аналогично развертке в осциллографе, и обратный ход не учитываем) . Считаем также, что ((О.

Очевидно, что длительность импульсов Т но Выбранному относительному уровню, например, по уровню е, не зависит от

-4

50 (Если же пучок имеет какую-то другую форму, то Qp g)g; где Д вЂ” диаметр пучка по тол у же уровню, например 1(6).

Если частицы пересекаются всем пучком, то длительность по относительному уровню всех импульсов в пачке (возникающей при пересечении частицы различными обпастями пучка) одинакова.

В то же время, частицы пересекаются всем пучком (в плоскости сканирования), если их координата в направлении сканирования /g/ Д-0, где А — амплитуда сканирования (полный размах сканирова+ ния — 2А) и начало координат выбрано в среднем участке сканируемой зоны.

Если же А-G/X/<А, то пучок пересекает частицы (при каждом цикле сканирования) только своей частью, не меньшей половины. Соответственно, в этом случае длительность импульсов лежит в пределах — со - -о.

1 а. о

Отметим, что область/)(/ < Д как раз соответствует области внутри крайних . положений максимумов светового пучка.

Если /X(T A, то С< — Я„,. Итак, в той области, где может быть существенной неоднородность освещенности рабочего пучка, длительность каждого импульса в пачке не превосходит половины длительности импульсов, образованных при пересечении частицы всем пучком, т.е. максимальной возможной длительности импульсов по выбранному уровню).

Необходимо отметить, что при измерении длительности импульсов по заданному уровню и при использовании светового пучка круглого сечения (неподвижного) длительность импульсов тоже зависит от координаты их пропета и можно в некото1рой степени устранить влияние краевых эффектов (так называемое оптоэлектронное формирование рабочего объема). Однако при этом длительность импульсов зависит и от размера частиц, в результате чего дпя каждого размера частиц имеется своя величина рабочего объема, что приводит к погрешностям в измерении концентрации. Очевидно, чго при неподвиж« ном пучке измерение по относительному уровню дает постоянную длительность импульса дпя всех координат пролета часТаким образом, измерение по отомо тельному уровню позволяет избавиться от зависимости ддительности импульсов от размера частиц. Но зависимость этой длительности от координат их пролета возможна только при сканировании светового пучка.

940013

Отметим, что скорость перемещения пучка равна 2А!,Т,, где А - амплитуда сканирования (полный размах составляеч 2A), Т - длительность одного цикла сиани- 5 роввния. 2,А

Если скорость движения частиц Y« — „ то можно считать, что Ч= 2Д/7.

Схема устройства для реализации данного способа представлена на чертеже.

Источником света является лазер, 1, На пути светового пучка установлены дефлектор 2 (электрооптический или акустооптический), подключенный к блоку 13 управления, фокусирукщий объектив 3 и !

5 поглотитель 4, Схема прососа (не показана) обеспечивает движение частиц со скоростью V перпендикулярно плоскости чертежа. Приемная система состоит из объектива 5, диафрагмы 6 поля зрения, фотоприемника 7, линии задержки

8, измерителя 9 длительности импульсов, электронного ключа 10, блока 11 обра ботки импульсов и анализатора 12. Измеритель длительности своим входом

25 подключен к выходу фотоприемника (параллельно Линии задержки), а выходом— к разрешающему входу электронного ключа 10. Блок обработки импульсов одним своим входом подключен к выходу элек- 30 тронного ключа, в вторым — к блоку 13 управления.

Способ осуществляют следующим образом.

Световой пучок от источника 1 фокусируется объективом 3 в поток исследуемых частиц и сканирует его в плоскости

Ч чертежа с частотой т. ) где 1/ — скорость прососа частиц;

Д вЂ” ширина пучка по уровню, обеспе-,ф0 чивающему требуемую однородность освещенности (если необходима неоднородность освещенности 90%, то b,— ширина пучка nо уровню 0,9), g некоторой амплитудой сканирования А g, где ц — диаметр 5 пучка (для для одномодового (Гвуссова) пучка ц =2G).

Частицы пролетают через рабочий объем, и от каждой частицы образуется пачка световых импульсов, которые фото- 50 приемником преобрвзу ются в электрические. Длительность этих имаульсов Г по выбранному уровню, например Е ", зависит от координаты пролета частиц.

Импульсы с фотоприемника 7 поступа- 55 ют нв линию 8 задержки и парвллельнонв измеритель 9 длительности, Если длительность импульсов по выбранному относительному уровню, например 0 не

-1 меньше величины -Г = — --, то измеритель л г.ого выдает сигнал разрешения нв электронный ключ 10, который пропускает импульсы с линии 8 задержки на блок 11 обработки

Далее все происходит, как и в основном изобретении - из прошедших импульсов формируются пачки, выделяются их огибающие (или импульсы с максимальной амплитудой), которые и подвергаются анализу анализатором 12.

Очевидно, что время задержки 8 должно быть не менее длительности импульса <о (с учетом времени измерения длительности) .

Необходимо отметить, что измерение длительности по относительному уровню может быть реализовано достаточно просто. Например, импульс поступает нв измеритель амплитуды и линию задержки, а после линии задержки измеряется его длительность по уровню, определяемому сигналом с измерителя амплитуды, (т.е. порог устанавливается для каждого импульса свой, в соответствии с его измеренной амплитудой) .

Предлагаемый способ позволяет уменьшить погрешности измерений от неоднородности освещенности на краях сканируемой зоны, что особенно существенно при использовании рабочих объемов с малой относительной амплитудой сканирования, или при заданной погрешности, позволяет уменьшить величину рабочего объема и соответственно, повысить верхний предел измеряемых без разбавления концентраций.

Формула изобретения

Фотоэлектрический способ измерения размеров и концентрации взвешенных части по авт. св. ¹ 857789, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерений, измеряют длительность импульсов по выбранному относительному уровню, и в пачки формируют только те импульсы, длительность которых не меньше величил Д ны -, где g - диаметр пучка по тому же уров. ню;

Ч- скорость перемещения пучка относительно частицы.

94(?(?1 3

Составитель В,А лексеев

Редактор М. Голаковски Техред А.Бабинец Корректор M. Демчик

Заказ 4656/63 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул, Проектная, 4