Лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 987474

Союз Советския

Социалистическнв

Республик (6f) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 10.07. 81(21) 3315230/18-25

Р М К з с присоединением заявки МG 01 И 15/02

Государственный комнтет

СССР но делам нзобретеннй н открытнй (23) Приоритет (531УДК! 543. 275. 3 (088. 8) Опубликовано 07.01.83. Бюллетень Йо 1

Дата опубликовання описания 07.01.83

Киевский ордена Трудового Красного Знамени ййсчнвух, инженеров гражданской авиации

I (71) Заявитель (54) ЛАЗЕРНЫЙ АНАЛИЗАТОР ДИСПЕРСНОГО СОСТАВА

АЭРОЗОЛЕЙ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размера и численной концентрации микрочастиц в жидких и газообразных средах.

Известен лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, основанный на рассеянии и регистрации света, отраженного частицей под углом 90, .е0 содержащий источник света, коллиматор фокусирующий объектив, кювету, собирающий объектив, фотоприемник и регистрирующее устройство, предстаВляющее амплитудный анализатор импульсов 1 1

Недостатком такого устройства является низкая чувствительНость, поскольку рассеянный свет собирается под углом 90

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является анализатор (AC-112), содержащий источник света, например лазер, светоделитель, диафрагму, фокусирующий объектив, капилляр, по которому протекает исследуемая жидкая среда, собирающий объектив, расположенный под углом

90о к оптической оси облучающего луча, фотоприемник, поглотитель облучающего луча, расположенный за капилляром, а также канал для калибровки измерителя, состоящий из диафрагмы, двух поворотных зеркал, амплитудного ьюдулятора излучения и фокусирующего объектива, с помощью которо-го часть излучения лазера через капилляр и собирающий объектив направляется на фотоприемник, а также усилитель, с помощью которого осуществляется автоматическая регулировка коэффициента усиления при калибровке измерителя, и амплитудный анализатор ,импульсов (.2).

Однако известный измеритель имеет низкие чувствительность и помехоустойчивость, что ограничивает низкий диапазон измерения размеров частиц вследствие фоновой засветки, фотоприемника, возникающей иэ-за рассеяния излучения на стенках капилляра, а также в виду того, что интенсивность рассеянного под 90 излучения иа порядок и более меньше по сравнению с рассеянием вперед.

Целью изобретения является повышение чувствительности и помехоустойчивости измерений, что позволит расширить нижний диапазон измерения размеров частиц.

Поставленная цель достигается тем, что в лазерном анализаторе дис987474

Устройство содержит лазер 1, выходное излучение 2 которого имеет высокую временную когерентность, светоделитель 3, делящий луч 2 на два луча 4 и 5, диафрагмы 6 и 7, которые механически связаны между собой, поворотные зеркала 8 и 9, амплитудный модулятор 10 излучения, фокусирующий объектив 11, капилляр 12, по которому проходит исследуемая жидкость или газообразная среда, собирающий объектив 13, фотоприемник 14, избирательный усилитель 15, два фокусирующих объектива 16 и 17, четвертьволновую пластинку 18, электрооптический кристалл 19, на который подаются два сигнала, сдвинутые по фазе

60 на 90, от генератора 20 высокой частоты, зеркало 21, синхронный детек- у персного состава аэрозолей, содержаleM лазер, светоделитель, канал измеренияя, включающий диафрагму, фокусирующий объектив, капилляр, через который подается исследуемая жидкость или газ оо бр аз н ая среда, собирающий ,объектив, оптическая ось которого, расположена под углом 90 к оптической оси облучающего луча, Аотоприемник, а также канал для калибровки измерителя, состоящий иэ диафрагмы,двух 0 поворотных зеркал, амплитудного модулятора излучения и фокусирующего объектива, направляющего опорный луч через капилляр и собирающий объектив на фотоприемник, к выходу которого подключены усилитель с автоматической регулировкой усиления, амплитудный анали э атор импульсов, дополнительно установлены второй фокусирующий объектив, расположенный на фокусном расстоянии от центра от центра изме- 20 рения, четвертьволновая пластинка, электроолтический кристалл и зеркало, которые расположены за капилляром вдоль оптической оси облучающего луча, также генератор высокой часто- 25 ты и синхронный детектор, причем выход генератора соединен с электрооптическим кристаллом с возможностью подачи двух четвертьволновых напряжений, сдвинутых по фазе на 90О, 30 а также со вторым входом синхронного детектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов, кроме того, усилитель выполнен в виде избирательного усилителя, а в качестве источника непрерывного излучения используется лазер, излучение которого линейно поляриэовано в плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива. 40

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства> на фиг.2 зависимость переменной составляющей фотоприемника 3 /3 „, „от изменения направления приема рассеянного излучения в плоскости, перпендикулярной облучающему лучу, тор 22 и амплитудный анализатор импульсов 23.

Измеритель работает следующим образом.

Люзер 1 излучает линейно-поляризованный,луч 2, который с помощью светоделителя 3 делится на два луча

4 и 5. . Луч 5,,имею ий интенсивность излучения намного меньще облучающего луча 4, используется для калибровки устройства. -Для этого луч 5 проходит отверстие в диафрагме 6 и, отразившись от зеркала 8, поступает на вход амплитудного модулятора 10, с помощью котороro осуществляется модуляция излучения с частотой Г„ . Затей луч 5 разворачивается зеркалом 9 и направляется объективом 11 через капилляр 12 и собирающий объектив 13 на фотоприемник 14. Переменная составляющая фототока фотоприемника 14 выделяется избирательным усилителем 15, настроенным на частоту Г„,. Кроме того, с помощью усилителя 15, в котором предусмотрена схема автоматической регулировки усиления (включаемая только при осуществлении цикла калибровки), добиваются постоянной величины сигнала на его выходе вне зависимости от изменения мощности лазера, коэффициента поглощения исследуемой жидкой среды, а также степени загрязнений стенок капилляра. После цикла калибровки происходит смещение механически связанных диафрагм 6 и 7 таким образом, чтобы луч 5 перекрывался, а луч

4 проходил через отверстие в диафрагме 7. После этого устройство переходит в режим измерения." При этом луч 4 фокусируется объективом 16 в область измерения, которая выделяется путем ввода узкой струи жидкости или газа через капилляр 12. Причем ось капилляра 12 располагается перпендикулярна оптической оси облучающего луча 4 таким образом,что все частицы,проходящие через капилляр, пересекают равномерно освещенный объем измерения, ограниченный размером сечения капилляра.

Облучающий луч 4 проходит через капилляр 12, объектив 17, расположенный на фокусном расстоянии от объема измерения, четвертьволновую пластинку 18, электрооптический кристалл

19 и, отраэивщись от зеркала 21, которое расположено перпендикулярно оптической оси облучающего луча, опять проходит электрооптический кристалл

19, четвертьволновую пластинку 18 и затем фокусируется объективом 17 в ту же самую область измерения, ограниченную капилляром 12. На электрооптический кристалл 19 от генератора

20 подаются два сигнала, имеющие одинаковую частоту и равные четвертьволновые значения напряжения,U > но о сдвинутые по фазе. 90 . Поэтому облу987474

50 чающий луч, фокусируеиюй объективом

17, линейно поляризован в плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива 13, и сдвинут по частоте на величину,„по отношению к частоте излучения лазера. 5

При прохождении жидкой или газообразной среды через капилляр, частица, попадая в область измерения, рассеквает свет, который собирается объективом 13 (оптическая ось объектива 1310 перпендикулярна оптической оси облучающего луча) и направляется на фотоприеи ик 14. Поскольку рассеяние излучения частицей идет от двух лучей, имеющих различные частоты, и,кроме того, вектор скорости потока перпендикулярен оптической оси облучающий лучей, то в результате оптического гетеродинирования двух рассеянных сигналов на выходе фотоприемника появляется переменная составляющая фототока на частоте f На фиг.2 представлены результаты расчета на ЭВМ (по теории рассения М„) зависимости амплитуды переменной составляющей фототока QT изменения направления приема рассеянного излучения Ч в плоскости, перпендикулярной облучающему лучу, из которой видно, что амплитуда переменной составляющей сигнала имеет максимальное значение при приеме рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном плоскости . поляризации облучающих лучей. Поэтому для обеспечения максимальной чувствительности схемы необходимо выбн- 35 рать направление приема рассеянного под 90О излучения так, чтобы ось собирающего объектива 13 располагалась перпендикулярно плоскости поляризации облучающего луча 4. Переменная 40 составляющая сигнала фотоприемника

14 выделяется и усиливается избирательным усилителем 15, настроенным на частоту f „., направляется на первый

1 вход синхронного детектора 22, íà 45 второй вход которого подается сигнал от генератора 20. После детектирования импульсный сигнал с выхода синхронного детектора 22 поступает на вход амплитудного анализатора импульса.

Устройство имеет более высокую чувствительность и помехоустойчивость, что позволяет также расширить нижний диапазон измерения размера частиц без существенного увеличения мощности лазера.

Формула изобретения

Лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, содержащий лазер, светоделитель, канал измерения, включающий диафрагму, бокусирующий объектив, капилляр, собирающий объектив, оптическая ось которого расположена под углом 90 к оптической оси облучающего луча, фотоприемник, а также канал для калибровки, состоящий иэ диафрагмы, двух поворотных . зеркал, амплитудного модулятора излучения и фокуснрующего объектива, направляющего опорный луч через капилляр и собирающий объектив на фо,топриемник, к выходу которого подключены усилитель с автоматической регулировкой усиления, амплитудный, анализатор импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости измерений, в нем дополнительно установлены второй фокуаирующий объектив, расположенный на фокусном расстоянии от центра измерения, четвертьволновая пластинка, электрооптический кристалл и зеркало, которые расположены эа капилляром вдоль опти-. ческой оси облучающего луча, генератор высокой чатсоты и синхронный детектор, причем выход генератора соединен с электрооптическим кристаллом, а также со вторым входом синхронного детектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов, причем усилитель выполнен в виде избирательного усилителя, а в качестве источника излуче.ния использован лазер, излучение которого линейно поляризовано в плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Каталог фирмы "Royco Instruments" (СИЛ), 1978, с. 2.

2. Техническое описание прибора

ФС-112,.выпускаемого Тбилисским HPO

"Аналитприбор", 1978 (прототип).

987474

Ро

Л ать

4Риг. r

Составитель В. Ваг анки н

Редактор В.Данко Техред О.Неце Корректор М. Шароши

Заказ 10284/30 Тираж 871 Подписное

BHIIIIIIII Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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