Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц Советский патент 1985 года по МПК G01N15/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерений размеров и концентрации нзьешенных частиц, и может быть использовано в метеорологии, биологии, химической технологии для измерений размеров и концентрацид взвешенных частиц микронных размеров,

Известно устройство аналогичного назначения, содержащее источник пучка света, узел сканирования этог пучка, оба ектив, кювету с исследуемой средой и приемную систему Cl

В этом устройстве параметры узла сканирования выбраны такими, что световой пучок при сканировании пересекается с каждой частицей только один раз, вследствие чего в нем значительны погрешности, связанные с неоднородностью освещенности частиц, поскольку профиль интенсивности пучка далек от прямоугольного (одинаковые частицы, пересекшие .пучок в разных местах его поперечного сечения, дадут разные амплитуды) . .

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно включенные осветитель с параллельны т пучком света, вращающееся зеркало, объектив, узел формирования потока частиц и приемноанализирукищш блок 2.

В этом устройстве многогранное зеркало вращается с такой частотой что одна и та же частица освещается многократно, причем с увеличением частоты сканирования пучка погреигности измерения уменьшаются. Однако увеличение частотъ сканирования приводит к сокращению длительности импульсов рассеянного частицами света и требует расширения полосы пропускания приемно анализиру1ощего блока. Из-за широкой полосы пропускания для малых частиц ух дшается отношение сигнал - иум, возрастают погрешности измерения.

Цель изобретения - уменьшение погрешностей измерений за счет увеличения частоты сканирования пучка без увеличения частоты вращения зеркала.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц, со22095 2

держащем последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, з-еркало, установленное с возможностью вращения, объектив, J узел формирования потока частиц

и прием-но-анализирующий блок, между зеркалом и объективом введен отклоняющий блок, выполненный из отклоняющих световой пучок призм, уста0 новленных в плоскости сканирования и своими основаниями обраш,енньгх к оси объектива, причем их угол отклонения пучка выбран таким, что его тангенс равен отношению среднего

5 расстояния каокдой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования

Q по крайней мере в два раза превышает диаметр светового пучка.

71ля уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами,сравпимыми с длиной вапны светового пуч5 ка, в устройство введены дополнительный объектив и положительная линза, причем дополнительный объектив установлен так, что фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объективом с потоком частиц, а положительная линза установлена в фокальной плоскости основного объектива.

Схема устройства представлена на чертеже.

Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц содержит осветитель 1, например лазер, многогранное зеркало 2, установленное с возможностью вращения в направлении, указанном стрелкой, на расстоянии L от центра вращения зеркала установлен отклоняющий блок 3, выполиенньй из 2 N преломпяюн11 х призм с прело№1яю11щми углами М , if (на чертеже ) и средним расстоянием каждор призмы от оси объектива 4, равным h, Ь, . ., ,h| Бее призмы расположены в плоскости сканирования (в плоскости чертежа) и своими основаниями обращены к оси объектива 4, установленного за отклоняющим блоком 3. Угловой размер каждой призмы равен об, а углы (г; отклонения светового пучка каждой призмой выбраны из

соотношения:t rL, Линейный размер

каждой призмы, как миниму т, вдвое больше диаметра светового пучка. В 3 фокальной плоскости объектива 4 уст новлена положительная линза 5, за которой установлен дополнительный объектив 6, оптически сопрягающий фокальную плоскость объектива 4с потоком частиц (перпендикулярным плоскости чертежа), На пути нерассеянного светового установле н.а светоловушка 7, а на пути рассеянного частицами света установлен приемно-анализирующий блок, состоящий из объектива 8, диафрагмы поля зрения 9, фотоприемника 10 и анализатора 11, причем отклоняющий бло 3, объектив А, положительная линза и дополнительный объектив 6 установ лены соосно со средним положением с тового пучка, обозначенным сплошной линией. Положения пучка, соответствующие его прохождению через цент ры призм (за счет поворота зеркала обозначены штриховыми линиями. Устройство работает следующим об разом. Световой пучок от осветителя 1 попадает на зеркало 2, имеющее п граней и вращающееся с частотой О об/с. При этом на выходе зеркала угловая амплитуда поворота пучка (в два раза превьшающая угол поворо зеркала) равна 4л/п. Затем пучок по iпадает на отклоняющей блок 3, угловой размер его в плоскости сканирования относительно центра сканирова ния равен 47Г/П , а угловой размер каждой призмы равен о(.-требуемой величине сканирования пучка в поток частиц, Поскольку -jj-,To пучок, проходящий через центр любой призмы, выйдет из нее паралле ьно оптической оси объектива .4 (6- и . связан известным соотношением для преломле ния света призмой. В частности, есл 95 t.:, то 6; ( - показатель преломления материала призмы), В результате при повороте зеркала на угол 21Г/п (т.е. за один цикл сканирования пучка собственно зеркалом) на вьпсоде блока 3 пучок совершит 2N циклов сканирования, причем в каждом цикле пучок на выходе блока 3 будет перемещаться в пределах угла t - (при Ч.«1). В фокальной плоскости объектива 4 (с фокусным расстоянием f ) линейный размер области сканирования равен oi , причем пучок будет перемещаться в этих пределах по одной и той же.траектории, проходя через любую из призм, (Диаметр фокального пятна равен /ь, где /5- расходимость пучка, т.е. относительная амплитуда сканирования равна oi//i). Объектив 6 переносит изображения фокальной плоскости объектива 4 в поток частиц, где также осуществляется требуемое сканирование светового пучка. Линейный размер каждой грани в направлении сканирования как минимум вдвое превышает светового пучка, В этом случае длительность одного цикла сканирования будет не меньше интервала между соседними циклами. Импульсы рассеянного частицами света регистрируются приемно-ана- . , лизирующим блоком, содержащим объектив 8, диафрагму 9 поля зрения фотоприемника 10 и анализатор 11. Поскольку амплитуды этих импульсов (для частиц с размерами порядка длины волны света и более) от угла рассеяния света, то необходимо уменьшить изменение этого угла. С этой целью ycTaHOBJ/ieHa положительная инза 5,

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, содержащее последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, вращающееся зеркало, объектив, узел формирования потока частиц и приемно-анализирующий блок, о.тличающее с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей измерений за счет увеличения частоты сканирования пучка без увеличения частоты вращения зеркала, в устройство между зеркалом и.объективом введен отклоняющий блок, вьшолненный из отклоняющих световой пучок призм, установленных в плоскости сканирования и своими основаниями обращенных к оси объектива, причем их угол отклонения пучка выбран таким,.что его тангенс равен отношению среднего расстояния каждой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования по крайней мере в два раза превьшает диаметр светового . 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами, сравнимыми с длиной волны светового пучка, в устройство введены дополнительный объектив и положительная линза, причем дополнительный объектив установлен так, что фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объ1Ю ективом с потоком частиц, а полою жительная линза установлена в фо,кальной плоскости основного объектисо ва. 01