Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц Советский патент 1985 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности в технике для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц, преимущественно аэрозолей микронного диапазона размеров, и может использоваться в метеорологии, биологии, медицине, химической технологии. Целью изобретения является уменьшение ногрепшостей при сохранении чувствительност измерений за счет оптического формирования счетного объема с достаточно резкими границами вдоль оси светового пучка. На чертеже представлен предлагаемый реги тратор. Регистратор содержит осветитель 1, объек тив 2, первый и второй фокусирующие элементы 3 и 4, выполненные в виде идентичных у(астков эллипсоида вращения (вокруг его большой оси), зеркальный кони ческий отражатель 5, диафрагму 6 с кольцевым отверстием, фотоприемник 7 и анализат импульсов 8. Фокус объектива 2 совпадает с первым фокусом 0 первого фокусирующе элемента 3, 0 общий фокус элементов 3 и 4, Оз второй фокус второго фокусирующего элемента 4, С - вершина конического отражателя 5, имеющего угол раствора (угол при вершине) - 90°. Диафрагма 6 установлена перпендикулярно оптической оси регистратора в плоскости, проходящей через вершину конического отражателя 5 и выполнена с кольцевым отверстием с внутренним радаусом R g, и наружным радиусом R , при чем средний радиус отверстия R г q где а - длина отрезка з - расстояFme от вершины конического отражателя 5 до второго фокусирующего элемента 4. Ширина отверстия , где 1 требуемый размер счетного объема вдоль оси регистратора, причем R Р : а + 4 . Узел формирования потока частиц (не показан) имеет щирокую заборную трубку (диаметром не менее 1 см) и форми рует поток исследуемых частиц в направлени перпендикулярном плоскости чертежа, причем ось этого узла (ось потока частиц) проходит через фокус 0. Одинарными стрелками обозначены лучи света, рассеянного исследуемыми частицами, двойными - лучи прямого светового пучка от осветителя 1 (света, не рассеянного частицами). Регистратор работает следующим образом. Световой пучок о осветителя 1 объективом 2 фокусируется в область фокуса 0. , через который пролетают исследуемые частицы Прямой пучок (нерассеякный свет) поглощается светоловушкой (внутренней частью кони ческого отражателя 5), а свет, рассеянный частицами, фокусирующим элементом 3 собирается в область фокуса 02, затем попадает на фокусирующий элемент 4 и этим элементом направляется в область фокуса Од. В фокусе Og стигматическим будет лишь изображение точки О, , но не малой области вблизи нее, поскольку фокусы эллипса, хотя и являются анаберрационными точками, но не являются апланатическими. Вследствие этого с помощью только одного фокусирующего элемента 3 нельзя получить достаточно качественное изображение счетного объема. Второй же фокусирующий элемент 4 компенсирует погрешности изображения в области фокуса 02, которые вносит первый элемент 3. В результате при отсутствии конического отражателя в фокусе Оз сформировалось . бы действительное изображение фокуса 0|, причем это изображение было бы стигматическим не только для точки 0 , но и для некоторой малой области вблизи точки OY , поскольку увеличение системы э элементов 3 и 4 единице, и в этом случае для точек и и и одновременно выполняется как условие синусов Аббе, так и условие Герщеля. Таким образом, осевой отрезок в области Oj есть стигматическое изображение осевого отрезка в области 0.. При наличии конического отражателя 5 изображение в области О у является мнимым. Действительное же изображение строится в плоскости, перпендикулярной оптической оси и проходящей через точку (, причем изображение каждой осевой точки отражателем 5 трансформируется в окружность, центр которой лежит на оси регистратора, а радиус равен расстоянию от данной точки до вершины отражателя. Осевой же отрезок трансформируется в кольцо, разность наружного и внутреннего радиусов которого равна длине отрезка. Следовательно, диафрагма 6, имеющая кольцевое отверстие с - Q-I О 1 является в данной схеме полевой диафрагмой, и в области вдоль оптической оси границы поля зрения отстоят от точки OY на расстояние Таким образом, диафрагма 6 поступает на фотоприемник 7 рассеянный свет только от тех частиц, которые пролетают от точки 0. на расстоянии вдоль оси, не большем -г (свет от частиц, пролетевших на большем расстоянии, задерживается диафрагмой и на фотоприемник не попадает). Электрические импульсы с фотоприемника 7 анализируются анализатором 8. В направлении, перпендикулярном оп)« тической оси, счетный объем ограничен диаметром светового пучка. Таким образом, в данной оптической схеме реализуется оптическое ограничение счетного объема вдоль оси

светового пучка при достаточно больших апертурных углах фокусирующих элементов, т. е. при высокой чувствительности измерений.

Фокусирующие элементы 3 и 4 могут быть выполнены и в виде усеченных параболоидов вращения. В этом случае расстоя ние между ними может быть в .значительной мере произвольным, поскольку один из фокусов каждого с элемента находится на бесконечности.

Угол раствора конического отражателя 5 может отличаться от 90° и быть равным некоторому значению . В этом случае изображение осевого участка представляет не

кольцо, а участок конической поверхности с углом раствора 2 У . Для уменьшения аберраций, обусловленных конечным диаметром светового пучка (т. е. конечными. размерами счетного объема в направлении, перпендикуг лярном оптической оси), кольцевое отверстие диафрагмы должно быть выполнено не в плоскости, а на поверхности конуса с углом раствора 2 У , причем плоскость, проходящая через среднюю линию отверстия, должна находиться от вершины отражателя 5 на расстоянии о sin (У- 90). При этом

R ; Q COS (V - 9О ) ; RH -Rfc- Pcos ( ,

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающий соосно и последовательно установленные осветитель, объектив, фокусирующий элемент, выполненный в виде. усеченного эллипсоида вращения, оба фокуса которого лежат на оптической оси регистратора, диафрагму и приемно-анализирующий блок, а также узел формирования потока частиц через первый фокус о, фокусирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью уменьщения погрешности при сохранении чзвствительности измерений, в регистратор введены второй фокусирующий элемент и конический отражатель, причем второй элемент идентичен первому и установлен соосно с ним так, что его первый фокус совпадает с вторым фокусом первого фокусирующего элемента, конический отражатель вьшолнен с углом 90 при верщине и установлен так, что второй фокус второго фокусирующего элемента лежит между основанием и верщиной конического отражателя, а верппша отражателя направлена в сторону приемно-анализирующего блока, диафрагма вьшолнена с кольцевым (О отверстием и установлена в плоскости, проходящей через вершину конического отражателя, причем. средний радиус кольцевого отверстия выбран равным расстоянию между вершиной конического отражателя и вторым фокусом второго фокусирующего элемента. ;о Од