Фотоэлектрическое устройство для анализа дисперсной среды Советский патент 1984 года по МПК G01N15/02 

ас

ч

00

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения размеров и концентраций взвешенных частиц в метеорологии, химической технологии и при контроле загрязнений окружающей среды.

Известно устройство, включакадее источник параллельного пучка света объектив, узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки дисперсной среды в зону освещения ClJ.

Недостатком этого устройства являются значительные погрешности измерений, обусловленные неоднородностью освещенной зоны.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, включающее источник параллельного пучка света, два отражающих элемента и два объектива, установленных между отражакщими элементами, узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки дисперсной среды в зону освещения 2

Недостатком известного устройства являются значительные погрешности измерений, обусловленные неоднородностью освещенной зоны.

Целью изобретения является уменьшение погрешностей измерений путем создания большей однородности осве.енной зоны.

р

Указанная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом устройстве для анализа дисперсной среды, включающем осветитель с параллельным пучком света, два отражающих элемента и два вбъектива, установленные между отражающими элементами узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки дисперсной среды в зону освапения, отражающие элементы выполнены в виде двугранных зеркал с углом между гранями от 80 до ЮО, ребра их параллельны и сдвинуты относительно оси, вдоль которой размещены объективы, на расстояние, не меньшее половины диаметра пучка света, а объективы, установлены так, что расстояние между главными плоскостями объективов равно сумме их .фокусных расстояний.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - вид счетного объема - области вблизи оОлей фокалной плоскости обоих объективов.

Устройство содержит источник 1 параллельного пучка света, например ОКГ, блок 2 формирования зоны освещения, содержащий последовательно установленные двугранное зеркало 3, объектив 4, область 5 вблизи фокальной плоскости объектива 4, через которую транспортируются исследуемые части1цл объектива 6, ана логичного объективу 4 (оба объектива образуют телескопическую систему) , двугранное зеркало 7 с дополнительной прямоугольной призмой 8. 5 Узел регистрации рассеянного излучения содержит объектив 9, диафраг. :му 10 поля зрения, фотоприемник 11 и блок 12 обработки сигналов.

Двугранные зеркала 3 и 7 установ10 лены таким образом, что их ребра параллельны друг другу и направлению пролета частиц (перпендикулярно плоскости чертеже) и сдвинуты относительно оси, вдоль которой разме15 1Цены объективы 4 и б, на расстояние J , не меньшее прловины диаметра светового пучка на входе в зеркало 3. Увлы между гранями призм выполнены одинаковыми и отличающимися

20 от прямого (например, больше него) на некоторую величину (f« 1) такую, что (,. где с - расходимость светового пучвнаот источника lot); 6( - коэффициент, определяющий тре25 буемое относительное смещение пучков, с( - (), где (Л- расстояние между соседними пучками в фокальной плоскости; диаме.тр пучков в той же плоскости. Практически для

„ реальных источников V 0,1 м жит в пределах ±10.

На фиг 2 представлен вид освещенной области 5 в пределах поля 3j)e-t нця приемной системы (определяЪмого диафрагмой 10). При этом плос5 кость ХО2 соответствует плоскости фиг.1, а ось 02 совпадает с осью объективов 4 и б (фиг.1). С учетом глубины резкости на каждом проходе (пучка его можно считать цидиндричес«

0 Ким с диаметром ,где f - фокусное расстояние объектива 4. Наклоны пучков к оптической оси объективов 4 и 6 малы, и в пределах поля зрения имеется совокупность близ5 ких к параллельнымлцилиндрическии пучков света, причем соседние пучки смещены один относительно другого в направлении оси ОХ на некоторую величину oi (частицы движут0 ся в направлении, указанном стрелкой, по оси ОУ с некоторой скоростью ) f Область перекрытия соседних пучков обозначена штриховой линией. Точками обозначены пучки, рас5 пространяющиеся к наблюдателю, крестиками - от наблйдателя.

Устройство работает следуквдим образом.

Световой пучок от источника 1 проходит зеркало 3 (через показанную на фиг.1 фаску) и объективом 4 фокусируется пятно диаметром в область 5 пролета частиц (область перетяжки), затем попадает 5 в объектив б, на ыходе которого

снова становится параллельным (имеет начальную расходимость, так как фокусные расстояния объективов 4 и 6 одинаковы). Отразившись от зеркала 7 и отклонившись- на угол от первоначального направления, пучок объективе 6 вновь фокусируется в пятно диаметром t, но смещенное относительно пятна на предыдущем проходе на величину .При этом на выходе иа объектива б пучок про странственно смещается на величину 2д относительно положения на входе в объектив. Затем пучок проходит Объектив 4, выходит из него параллельным (с начальной расходимостью) , пространственно смещеннЕШ на 2-й относительно пучка от источника 1, отражается заркалом 3, отклоняясь при этом на угол JT-V относительно направления на входе в призму, т.е. на угол 2 относительно направления пучка от источника 1, фокусируется объективом 4 в область. 5, смещаясь на величину (А относительно пятна, сформированного на предыдущем проходе (при этом, поскольку 2d не меньше диаметра параллельного пучка, пучок полностью отражается зеркалом 3, не попадая в место ввода света от источника 1. т.е. не попадая на фаску зеркала 3). Затем свет опять попадает в объектив 6, зеркало 7 и т.д. На однсм из проходов пучок полностью отражается призмой 8 и начинает свое движение в обратном направлении, выходя из зеркгша 3 в сторону источника 1.

ИАшульсы света, рассеянного частицами пс« углам 90, объективом 9 фокусируется на фотоприемник 11, а блок 12 обработки- анализирует амплитуды импульсов фотоприемника.

Поскольку сечение ослабления отдельными частицами крайне мало, то( уменьшением интенсивности светового пучка при наличии отдельных частиц {можно пренебречь.

В данном случае за счет частичного наложения пучков на соседних проходах уменьшается неоднородность освещенной зоны, и, следовательно, погрешность измерения размеров.

О Степень частичнрго наложения пучков определяется как требуемой однородностью освещенной области, так и профилем интенсивности исходного пучка. В частности, для г уссова пучка и неоднородности осве щенности, не превыиакщей исключени краевой области4 50,75.

Величина этой зоны с заданной однородностью значительно болнпе

0 диаметра пучка с и определяется количеством проходов ,N При этом интенсивность пучков на последних проходах должна быть близкой к интенсивности пучков на первых про5 ходах. Призма 8, возвращающая пучок в обратном направлении, уменьшает влияние уменьшения интенсивности пучка путем отражений. Так, пр пропускании пары объектив-зеркало

0 Т 0,95-для обеспечения неодно родюсти освещенности менее 10% коли 1 fecTBO прохпдов (, при ТрО,99 просветленная оптика) .

Таким образам, в предлагаемся 5 ;устройстве уменьшаются погрешности измерений путем создания большей сщнородности освещенной зоны. Кроме того, без уменьшения освещенности удается на порядок увеличить 0 величину однородно освещенной об ласти, что позволяет уменьшить нижний предел измеряемых концентраций.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТ ВО ДЛЯ АНАЛИЗА ДИСПЕРСНОЙ СРЕДЫ, включаквдее осветитель с параллель ,ным пучксж света, два отража181цих элемента и два объектива, установ1ленн }е между отражакщими элементами, узел регистрации рассеянного излучения и систему транспортировки дисп.ереной среды в зону освещения, отличающеес я тем, что, с целью уменыаения погрешностей измерений путем создания большей однородности Освещенной зоны, отражаюцие элементы выполнены в виде двугранных зеркал с углом между гранями от 80 до 100, ребра их параллельны и сдвинуты относительно оси, на которой размацены объективы, на расстояние, не меньшее половины диаметранпучка света, а объективы установлены так, что расстояние между главными плоскостями объективов равно сумме их (Л фокусных расстояний.