Способ измерения размера частиц и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01N15/02 

частоты и усилитель подключен к первому входу измерителя отношенияj выход селективного усилителя соединен с входом линейного детектора огибающей, выход которого через усилитель подключен к второму входу

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения р азмеров и кой центраций частиц в движущихся жидких и газообразных средах оптичес- }:.ими средствами.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью .ocвeщe нocти области изйерения.

На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа измерения размеров частиц.

Устройство состоит из лазера 1 излучающего линейно поляризованный, например, в вертикальной плоскости луч 2, фокусирующего объектива 3, собирающего излучение в области измерения 4, через которую движет- ся исследуемый поток частиц 5, второго объектива 6, четвертьволновой, фазовой пластинки 7, электрооптического кристалла 8, помещенного в круговое четвертьволновое вращаю- щееся электриче скоа поле, зеркала 9, отражающая поверхность которого перпендикулярна лучу лазера„ собирающие рассеянный свет 10 и 11 объективы 12 и 13, аперту1жые диаф- рагмы 14 и 15, фотоприемники 16 и 17, селективный усилитель 18, линейный детектор огибающей 19, усилитель 20, измеритель 21 отношений напряжений, фильтр 22 низкой частоты усилитель 23, устройство 24 возведе ния в квадрат, амплитудный анализатор 25 импульсов, генератор 26.

Сущность способа измерения размеров частиц заключается в следующем.

lEeJ и движ ущаяся в потЪке частдаа; облучается двумя когерентными лучами различной частоты u) и ), где разница частот этшС лучей.

измерителя отношения, выход измерителя отношения соединен с входом устройства возведения в квадрат, выход которого соединен с амплитудным анализатором им- , пульсов.

причем вектор скорости потока направлен перпендикулярно разностному волновому вектору двух облучающих лучей, то в этом случае при оптическом гетеродинировании рассеянного излучения, принимаемого в определенном направлении, где на выходе фотоприемника образуется сигнал I:

( Ps)cosao,t +

. , CD

коэффициент пропорциональности;

мощности рассеянного излучения, регистрируемые фотоприемником при облучении частицы соответственно первым и вторым облучающим лучом;

к- 2JaZ; &jL

%. PS,

коэффициент амплитудного согласования двух смешиваемых на фотоприемнике лучей;

Кр, - коэффициент поляризационного согласования двух смешиваемых на фотоприемнике волн, определяемый через элементы матрицы когерентности первой и второй рассеянной волны;

- разность частот лучей; t - время; t - фаза сигнада. Если прием рассеянного излучения осуществляется в направлении распространения двух волн с равной интенсивностью, то Кд 1. Следовательно, измерив амплитуду переменной составляющей фототока 1л/ |1 f KnCPs PS и постоянную соетавляющую фототока 1, (Pj, Р ),

, - Д о J

МОЖНО рассчитать Kj по формупе

кп (-i- )

(2)

Значение Kfj изменяется от нуля до единицы и зависит от размеров частиц. Расчеты, выполненные на основе теории рассеяния Мц, показывают, что для заданного диапазона размеров частиц с известными оп- Фическими свойствами существует своя градуированная характеристика, в соответствии с которой значение К/й монотонно возрастает в пределах измерительного диапазона размеров с увеличением размера частиц.

Расчеты, выполненные на основе векторной теории рассеяния, показывают, что с учетом зависимости 1л, и К от угла направления приема рассеянного излучения, для регистрации 1 и I- достаточно выбрать два направления, симметричных относительно оси, расположенной перпендикулярно оптической оси облучающих лучей и вектору скорости потока частиц.

Таким образом, рассчитав по результатам измерений 1 и I- коэффициент поляризационного согласования К с помощью соответствующих градуировочных графиков, можно однозначно определить размер частиц.

Устройство для осуществления способа измерения размера частиц работает следующим образда.

Область измерений 4 в исследуемом потоке частиц 5 облучается когерентным лучом 2 от лазера 1 и отраженным от зеркала 9 после прохождения четвертьволновой фазовой пластинки 7 и электрооптического кристалла 8, на который от генератора 26 подаются два сигнала в квадратуре, имеющие одинаковую частоту и равные

четвертьволновые напряжения. От1 ажаю- щий луч после повторного прохождения

через электрооптический кристалл 8 и четвертьволновую фазовую пластинку 7 имеет линейную вертикальную по- ляризацию и сдвинут по частоте относительно частоты луча 2 на величинуи)| . .

Объективы 3 и 6 фокусируют оба луча в области 4 измерений. С помощью объективов 12 и 13 и апертурных

диафрагм 14 и 15 рассеянное излучение собирается в направлениях, симметричных относительно оси, расположенной перпендикулярно onти ikcкoA оси облучающих лучей и вектору скот- рости потока частиц, направляется на фотоприемники 16 и 17, причем амплитуда переменной составляющей фототока регистрируется с помощью селективного усилителя 18, линейно го детектора огибающей 19 и усилителя 20, а постоянная составляющая фототока регистрируется с помощью фильтра 22 низкой частоты, усилителя 23, далее измеритель 21 отношений напряжений,

устройство 24 возведения в квадрат и амплитудный анализатор импульсов производят обработку составляющих фототока и определение размеров частиц.

1. Способ измерения размера частиц, заключающийся в облучении потока частиц двумя когерентньми пучками различной частоты и регистрации электрического сигнала, образуемого после оптического гетеродини- рования рассеянного излучения, по которому судят о размере частиц, о т- лича ющий ся тем, что, с целью повьшения точности измерения путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью освещенности области измерения, облучающие пучки выбирают одинаковой интенсивности, вектора поляризации пучков ориентируют в одном направлении или взаимно ортогонально, рассеянное излучение собирают в направлении, не совпадающем с плоскостями колебаний электрического и магнитного векторов излучений для каждого из облучающих пучков, регистрируют постоянную и переменную составляющие рассеянного излучения, определяют коэффициент поляризационного согласования Kfj двух смешивав№1х волн, равный квадрату соотношения переменной и постоянной составляющих рассеянного излучения, и по значению Кп судят о размере частиц. 2, Устройство для измерения размера частиц, содержащее лазер, расположенные по оптической оси лазера два фокусирующих объектива, четвертьволновую пластинку, электрооптический кристалл и зеркало, а также собирающий объектив, .оптическая ось которого расположена под углом 90 к оптической оси лазера, фотоприемник, расположенный на оптической оси собирающего объектива, генератор высокой частоты, подключенный к электрооптическому кристаллу, селективный усилитель, подключенный к фотопри емнику, и амплитудный анализатор импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем дополнительно установлены второй собирающий объектив и фотоприемник, фильтр низкой частоты, линейный детектор . огибающей, два усилителя, измеритель отношения напряжений и устройство возведения в квадрат, причем оптические оси двух собирающих объективов располагаются в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазера, и симметрично относительно оси, лежащей в этой плоскости и проходящей через оптическую ось лазера перпендикулярно к плоскости поляризации излучения лазера, второй фотоприемник расположен на оптической оси второго собирающего объектива и выход его через фильтр низкой i СЛ С tc о 00 4;;tk со О5

Редактор Л.Авраменко

Составитель Г.Плешков

Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 252/55Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4