Устройство для измерения индикатрис рассеяния Советский патент 1992 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к технике . (исследования лис л ерсных сред с помо«ttno оптических методов, в частности к технике (к;И9еделеиия размеров и концентраций аэрозольных частиц путем измерения индикатрисы рассеяния дисперсной ереды;

HaeectHo устройство для измерения инАНкат ис рассеяния, содержащее / неподвиясный осветитель, фотоприемник, поворачивающий ся синхронно с враще- . нием образца по окружности/ центр которой совпадает с центром образца, усилитель и регистрирующее устрой- ство. . -.;.. . ; . ,

Недостатком его является невысокая скорость поворота фот.оприемника

и соответственно большая продолжительность измерений. При этом за вре00 00 4 05 мя измерения состоние исследуемой дисперсной среды может существенно измениться , что приведет к неоднозначности результатов измерений. СО

Наиболее близким по технической сущности К изобретению является устройство для измерения индикатрис раст сеяния дисперсных сред, содержащее осветитель, установленную за ним оптическую систему формирования сканирующего светового луча с датчиком угла поворота, облучающую исследуемую дисперсную среду под различными углами в фиксированной точке, фотоприемник, соединенный с регистратором. К недостаткам устройства относится погрешность измерений, связанная с тем, что оптическая плотность иссл дуемой дисперсной среды для различны направлений может быть различной. Кр ме того, рассеянный поток света, поступающий в фотоприемник при разных углах облучения, пропорционален визи руемому объему, который образуется при пересечении пучка осветителя и поля зрения приемника. Величина визи руемого объема для разных углов визи рования будет различной, а именно об ратно пропорциональной синусу угла а зирования. Ошибки измерения этого угла повлекут за собой дополнительную погрешность измерений индикатрисы рассеяния. Целью изобретения является повы шение точности измерения индикатрисы рассеяния. Это достигается тем, что в устрой ство для измерения индикатрис рассеяния дисперсных сред введены щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник, установленные последовательно, и измеритель отношения сигналов, причем щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник располагаются на оптической оси, перпендикулярной плоскости облучения иссле дуемой дисперсной среды и проходя щей через выбранную фиксированную точку, направление щели диафрагмы параллельно оптической оси основного фотоприемника, а выходы обоих фотоприемников соединены с входами измерителя отношений, соединенного регистратором. На фиг. 1 представлено устройство для измерения индикатрис рассеяния дисперсных сред; на фиг. 2 - формирование визируемого объема. Устройство содержит осветитель 1 оптическую систему 2 формирования сканирующего луча, исследуемую дисперсную среду, основной фотоприемник , щелевую диафрагму 5, дополнитель ный фотоприемник 6, измеритель отношения 7, регистратор 8, датчик угла поворота 9. Щелевая диафрагма 5 и дополнительный фотоприемник 6 установлены на оси, перпендикулярной плоскости облучения среды {плоскости х-у) и проходящей через фиксированную точку пересечения зондирующих лу чей, а направление щели диафрагмы 5 параллельно оптической Ьси основного фотоприемника i. Устройство работает следующим образом. Излучение осветителя 1 поступает на оптическую систему формирования 2, с которой направляется в дисперсную среду 3. Излучение, рассеянное средой в плоскости облучения, воспринимается фотоприемником k. Излучение, рассеянное в направлении, перпендикулярном плоскости облучения, пройдя щелевую диафрагму 5, принимается фотоприемником 6. Электрические сигналы с выходов блоков k и 6 поступают на измеритель отношения 7 и далее - на вход регистратора 8. На другой вход регистратора подается сигнал с датчика угла поворота луча .Для определения светового потока на входе фотоприемника i иcпoльзyetcя следующее выражение Po §i I 5el-ii EilJ I-iMj2iO Aii-S(xo)xfsinq где PQ - мощность излучения осветителя;площадь объектива приемника. .S« T{xJ, Т(х,) прозрачность среды от излучатеЛи до центра визируемого объема и от центра объема до фотоприемиика, соответственно:Т(хд) - ехр(- о(. Хд), Т(х) и expf- 0(Х(), показатель ослабления среды; расстояние от облучателя до центра визируемого объема/ расстояние от центра визируемого объема до фотоприемника , объемный показатель рассеиндикатриса рассеяния в направлении tf) -визируемый объем при (/ 90 градусов, -сечение пучка осветителя в центре визируемого объема. изменении угла ( меняется и величина Т(хд), так как значения Xjj могут отличаться для различных направлений. Лля устранения этой погрешности и введен дополнительный фотоприемник на оси, перпендикулярной плоскости облучения исслелуемой дисперсной среды проходящей через фиксированную точку пересечения лучей. При этом для отношения световых потоков на фотоприемниках справедливо выражение 1 (x,)i(tf)V xfsin 7 ) x|sin причем (J - const(Cf) 90 , соответственно и 1(ф) и V 20 также постоянны, откуда |sinC.K где К const((). Очевидно, что тол ко, в положении 90 будет обеспечиваться постоянное значение i(f), Таким образом j вв едениё дополнительного фотоприемника и установка его на оси, перпендикулярной плоскости облучения исследуемой среды и проходящей через точку пересечения зондирующих лучей, позволяет устранить погрешность измерений, оп ределяемую неравномерностью оптической плотности среды для разных углов. Введение щелевой диафрагмы и дополнительного фотоприемника, а также измерителя отношений позволяет устранить погрешность намерений индикатрисы рассеяния, связан ную с неточностью измерения угла ви зирования Как видно из (1) для определения i(CP) по измеренной величине потока (Р( необходимо измерить угол tp чтобы учесть изменение визируемого объема Погрешность измерения угла будет непосредственно отражаться (особенно сильно для углов вблизи О и 180 градусов на результате измерений индикатрисы рассеяния. 8 отсутствие щелевой диафрагмы визируемый объем дополнительного фотоприемника постоянен и не зависит от угла С|| ,. Установим перед дополнительным приемником щелевую диафрагму так, чтобы направление щели 9 было параллельно оптической оси основного приемника. Тогда поток на входе дополнительного фотоприеиника будет зависеть от угла О по закону 0 .1. . 21Ц sinCf Для доказательства рассмотрим фиг,2, на которой обозначено: MNLK пучок осветителя; UWVT - щель.диафрагмы) Ср - угол между осью пучка и направлением щели, d - диаметр пучка излучения, h - ширина щели. С помощью треугольника ABE легко показать, что площадь параллелограмма ABCD dh Cio а --,Щ ;in-cf rf,enn mafib So о соответствует углу С| - 90-, Тогда при установке щелевой диафрагмы световой поток на входе дополнительного фотоприемника с точностью до постоянного множителя пропорционален потоку в отсутствие щели и отношению площади параллелограмма к площади чувствительной площадки фотоприемника (или площади объектива в более общем случае) fc,.-K,.. г iin cf где К|, К - const(t|J) Сигнал на выходе измерителя отношения ( не будет зависеть от sinC. Поэтому погрешность из- . мерения индикатрисы рассеяния, обусловленная ошибкой измерения угла визирования tp , будет-устранена с точностью, какую может обеспечить измеритель отношения. Введение дополнительного фотоприемника автоматически устранило еще одну составляющую погрешности измерений - нестабильность излучения осветителя во времени;

УСТРОЙСТВб ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТРИС РАССЕЯНИЯ дисперсных cpeftf содержащее осветитель, уста Н0вленную за ним оптическую систе;иу формирования сканирующего луча с датм«ком угла поворота, обеспечивакю(УК обйумеиие дисперсной среды в фиксированной точке под различными углами, фотоприемник и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник, установленные последовательно, и измеритель отношения сигналов, причем щелевая диафрагма и дополнительный фотоприемник расположены на оптической оси, перпендикулярной плоскости облучения исследуемой, дисперсной среды и проходящей через выбранную фиксированную точку, направление щели диафрагмы параллельно оптической оси основного фотоприg емника а выходы обоих фотрприемников соединены с входами измерителя отношений, соединенного с регистратором .