Способ измерения концентрации и спектра размеров аэрозольных частиц Советский патент 1986 года по МПК G01N15/02 

ражением частицы, спектр размеров частиц определяют по амплитудам тех частей импульсов в строках видеосигнала, которые находятся в диапазоне линейности отклика передающей телевизионной трубки.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОВДЕНТРАЦИИ И СПЕКТРА РАЗМЕРОВ АЭРОЗОЛЫШК ЧАСТИЦ, включающий формирование аэрозольной струи, освещение части аэрозольной струи, анализ излучения, рассеянного частицами, отличающ и и с я тем, что, с целью увеличения динамического диапазона измеряемых размеров и концентраций частиц, достижения возможности одновременной регистрации параметров нескольких частиц, уменьшения минимального регистрируемого размера частиц, формируют изображение части освещенной аэрозольной стрзги на фотокатоде передающей телевизионной трубки, определяют спектр F (А) амплитуд импульсов в строках видеосигнала за один кадр, концентрацию частиц п и спектр разме ров частиц f (а) определяют по соотношениям оеn V F() dA; f (а) pF(A) J F(A)dA, где P - коэффициент пропорциональности между размером час тицы и амплитзедой импульса в строке видеосигнала в диапазоне линейности передающей телевизионной трубки; V - измерительный объем аэрозоля; а - размер частицы. 2.Способ по п. 1,отличающ и и с я тем, что подсветку части аэрозольной струи осуществляют плоскополяризованным лазерным излучением с длиной волны в сине-зеленой области спектра. 3.Способ по п. 1, отличаюW щийся тем, что направления строчного сканирования, электронным лучом поверхности фотокатода и аэрозольной струи устанавливают паралл ьными. 4.Способ по п. 1, отличаю- щ и и с я тем, что-аэрозольную струю подсвечивают в течение времени, котороё превосходит время пересечения изображением частицы поверхности фо токатода передающей телевизионной 00 90 EXI труёк, концентрацию частиц определяют по числу строк телевизионного растра, в которькг амплитуда сигнала &0 не равно нулю, функцию распределения частиц по размерам определяют по спектру амплитуд строк телевизионного растра. 5.Способ по п. 1, отличаюп и и с я тем, что интенсивность подсветки части аэрозольной струи измеряют за время, меньшее времени пересечения поверхности фотокатода передающей телевизионной трубки изоб

Изобретение относится к способам измерения концентрации и распределений по размерам частиц аэрозолей и может быть применено, например, для контроля запьшенности газовых срец,,

Известен способ измерения концентрации твердых аэрозольных частиц путем определения вероятности возникновения плазмы оптического пробоя в

аэрозоле.

. Этот способ дает возможность .определять концентрацию твердых часриц в аэрозоле, содержащем как тверрые, так .и жидкие частицы. Недостатком способа является низкий динамический диапазон измерений. Этим способом невозможно измерять концентрации субмикронных частиц.

Известен способ измерения концентрации и спектра размеров аэрозольных частиц облучением аэрозоля двумя ла.зерными лучами, из которых один служит для возбуждений колебаний жидкой частицы. Излучение второго лазера, рассеянное частицей, служит для ре-гистрации амплитуды и частоты колебаний частиц. Этот способ не позволяет измерять параметры твердых частиц, одновременно регистрировать параметры нескольких частиц и не пригоден для контроля субмикронных частиц.

Наиболее близким техническим решением к описьшаемому является способ измерения концентрации и спектра размеров частвд аэрозоля, включающий формирование аэрозольной струи, освещение части аэрозольной струи, анали .излучения, рассеянного частицами.

Способ имеет низкий диапазон измеЕений: частицы размером более 3-5 мк ызывают срыв генерации лазера, а размером менее 0,2 мкм не регистрируются. Этот способ не позволяет регист рировать параметры нескольких частиц одновременно (свет, рассеянный весколькими мелкими частицами, воспринимается -ФЭУ как сигнал от одной крупной частицы).

Цель изобретения.- увеличение динамического диапазона измеряемых размеров и концентрации частиц, обеспечение одновременной регистрации параметров нескольких частиц, уменьщение минимального .регистрируемого, размера частиц.

Достигается эта цель тем, что в способе измерения концентрации и

спектра размеров аэрозольных частиц.

включающем формирование аэрозольной струи, освещение части аэрозольной струи, анализ излучения, рассеянного частицами, формирзгют изображение час.ти освещенной аэрозольной струи на фотокатоде передающей телевизионной трубки, определяют спектр F(A) амплитуд импульсов в. строках видеосигнала за один кадр, концентрацию частиц п

и спектр размеров частиц f(а) определяют по соотношениям

n VjF(A) dA; f(a)p(A) (|р(А) dA),

коэффициент .пропорциональ

где нести между размером частицы и амплитудой импульса в строке видеосигнала в диапазоне .линейности 30передающей телевизионной

трубки;

V измерительный объем аэрозоля;

а размер частицы.

35 Направления строчного сканирования электронным лучом поверхности фотокаТода и аэрозольной струи устанавливают параллельными. Аэрозольную струю подсвечивают в течение

40 времени, которое превосходит время пересечения изображением ча стицы поверхности фотокатода передающей телевизионной трубки, концентрацию частиц определяют по числу строк телевизионного растра, в которых амплитуда сигнала не равна нулю, функцию распределения частиц по размерам определяют по спектру амплитуд строк телевизионного растра. Интенсивность подсветки части аэрозольной струи изменяют за время, меньшее времени пересечения поверхности фотокатода передающей телевизи онной трубки изображением частицы, спектр размеров частиц определяют по амплитудам тех частей импульсов в строках видеосигналов, которые находятся в диапазоне линейности отклика передающей телевизионной трубки. : С целью дальнейшего снижения минимального регистрируемого размера части подсветку аэрозольной струи осуществляют плоскополяризованньм лазерным излучением с длиной волны в сине-зеленой области спектра. Операция формирования изображения на фотокатоде передающей трубки позволяет в дальнейшем при рбработке видеосигнала исключить; влияние фоно вой засветки и таким образом уменьшить минимальный регистрируемый размер частиц. Кроме того,.анализ изображения, сформированного на фотокато де передающей телевизионной трубки, позволяет одновременную регистрацию нескольких частиц, поскольку импульсы в строках телевизионного растра разделены временными интервалами. Способ позволяет увеличить дйнами ёс кий диапазон измерений размеров час тиц за счет использования амплитудйо го анализа импульсов видеосигнала Динамический диапазон метода значи тельно превосходит динамический диапазон передающей телевизиониой трубки (более чем в 30 раз). Измерение распределения импульсов видеосигнала по амплитуде проводят при различных экспозициях подсветки аэрозоля,при этом определяют функщп jpacnpeделения частиц по размерам, учитьюая, что с увеличением экспозиции подсветки аэрозоля происходит регистрация все более мелких частиц . в телевизионном растре видеосигнала. В измерениях, проведенных при нарастающей подсветке, проявляются все более мелкие частицы, таким образом, сканирование интенсивности или дли тельности подсветки позволяет сканировать спектр размеров частиц. Для снижения требований к быстродействию аппаратуры, предназначенной для реализации способа, направления строчного сканирования электронным лучом поверхности фотокатода и аэрр-, зольной струи устанавливают параллельными. Это приводит к ув еличению длительности импульсов в строках и, следовательно, к снижению требований по быстродействию амплитудного анализатора импульсов. С целью снижения вероятности ложных отсчетов частиц и увеличения точности амплитудного анализа спектра видеоимпульсов аэрозольную струю подсвечивают в течение времени, которое превосходит время пересечения изображением частицы поверхности фотокатод1а передающей телевизионной трубки. В этом случае концентрация частиц пропорциональна числу строк телевизионного растра, в которых амплитуда не равна нулю. Концентрацию и спектр размеров частиц определяют, учитывая, что импульсом, несущим информацию о частице, является вся строка телевизионного растра. Значительного увеличения динамического диапазона измерений достигают при изменении интенсивности излучения подсветки за время, меньшее вре-: мени пересечения поверхности фотокатода передающей телевизионной трубки изображением частицы. Спектр размеров частиц определяют по амплитудам тех частей импульсов в строках видеосигнала, которые находятся в диапазоне линейности отклика передающей телевизионной трубки. Такой вариант еализации способа позволяет анализи|)овать крупные частицы при низких интенсивностях подсветки, а мелкие час- тйизл - при высоких интенсивностях. При этом в обоих случаях амплитуда импульса видеосигнала не выходит- из Диапазона линейности переданнцей телевизионной трубки. На чертеже приведена схема измерения концентрации и спектра размеров частиц аэрозоля. Аэрозольную струю t. формируют с помощью двойного концент-. рического сопла 2. Часть аэрозольной струи подсвечивают излучением 3 оптиеского диапазона длин волн от источника излучения 4 . Рассеянное аэрозольными частицами излучение 5 фокусируют, с помощью микрообъектива 6 на . оверхности фотокатода 7 передающей телевизионной трубки 8. Измеряют аспределение.импульсов в строках виеосигнала телевизионного растра по мплитуде с помощью измерителя 9. .. 11 Пространственное положение исследуемой частищл опргеделяют по выходным характеристикам напряжения блока развертки 10. По даннь1М измерения распре деления импульсов по амплитуде определяют распределение частиц по размерам и коцентрацию частиц. Использование в качестве источника излучения лазера с плоскополяризованным излучением в сине-зеленой области спектра позволяет.значительно снизить минимальнь1й регистрируемый размер частиц. Пример 1. Для измерений концентрации и спектра размеров аэрозоля в производственном помещении производят следующие операции. Формируют аэрозольную струю, окруженную рубаш:Кой фильтрованнок-о воздуха, с помощью двойного концентрического сопла., Через внутреннее сопло пропускают ис следуемый аэрозоль, через внешнее кон концентрическое сопло - фильтрованный .воздух со скоростью,близкой к скорости аэрозольной, струи (гидродинамическая фокусировка аэрозольной струи) Освещают часть аэрозольной струи однородным по интенсивности потоком света. Размер освещенной части струи устанавливается большим поля зрения оптической системы, формирующей изображение -аэрозольной струи на фотокатодё. Формируют изображение аэрозольной стрзга на фотокатоде передающей 83 телевизионной трубки ПТУ-43. С пот. мощью амплитудного анализатора импульсов АИ-1024 определяют спектр F(A) амплитуд импульсов в строкахвидеосигнала за один кадр. Концентрацию пи спектр размеров части f(а) определяют по соотношению (1). В качестве источника излучения используют осветительную систему микроскопа Полам. Пример 2. Операции формиро вания аэрозольной струи и изображения на фотокатоде передающей телевизионной трубки аналогичны описанным в примере 1. Отличие от примера 1 состоит в том, что в качестве источника излучения подсветки используют импульсно-периодический лазер, излучение которого поляризовано в плоскости, перпендикулярной полю зрения оптической системы, формирующей изображение аэрозольной струи на фотокатоде передающей телевизионной трубки. Способ позволяет увеличить динамический диапазон измеряемых размеров и концентраций частиц, уменьшить минимальный регистрируемый размер частицы, позволяет проводить одновременный анализ параметров нескольких частиц. Этот способ может быть применен для контроля аэрозоля на ответственных этапах сборки микрозлектронных схем, в комплексных исследованиях атмосферного аэрозоля.-