Нефелометр (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01N21/47 

1

10

15

20

25

Изобретение относится к оптичесим, приборам и может быть использоано для измерения прозрачности жидостей и газов в гидрологии, метеоро- огин, при контроле загрязнений окру- 5 ающей среды, в химической промышенности.

Цель изобретения - повышение чувтвительности измерений интенсивноси рассеянного света путем увеличеия рабочего объема без снижения веичины углового разрешения и обеспеение перестройки угла наблюдения, а также увеличение числа определяемых араметров.

На фиг.1-4 изображены оптические схемы нефелометра, варианты исполнения .

На оптических схемах обозначены осветитель 1, конический отражатель 2, световая ловушка 3, сменный кольцевой объектив 4, диафрагма 5 поля зрения с фотоприемником 6. Нефелометр по фиг.3 и 4 содержит также второй конический отражатель 7, вторую диафрагму 8 поля зрения с вторым фотоприемником 9, а также плоское зеркало 10.

Нефелометр работает следующим образом.

В нефелометре по первому варианту (первый и второй пункты формулы) пучок света от осветителя 1 проходит через исследуемую среду и частично рассеивается в ней. Нерассеянньш свет 35 задерживается световой ловушкой 3, а свет, рассеянный средой под средним углом ot , попадает на конический отг. ражатель 2, отражается от него и попадает в кольцевой объектив 4, который фокусирует свет на поверхность диафрагмы 5 диаметром d. Световой поток в пределах выбранного угла поля зрения, определяющего угловое разрешение прибора, проходит на фотоприемник 6, а остальная часть рассеянно- го средой света в направлениях, отличных от ot ± До./2, задерживается диафрагмой. Световой поток, прошедший через отверстие в диафрагме 5 попадает на фотоприемник 6, преобразующий световой поток в соответствующий электрический сигнал. Величина требуемого углового разрешения определяется величиной отношения Act d/f, где f - фокусное, расстояние объектива. Величина рабочего объема определена пересечением пучка света источ30

40

45

50

55

10

15

5

257476

ника и 1/2 проекции объектива на ось прибора под углом наблюдения об . Чувствительность измерений не зависит от диаметра светового пучка при одной и той же мощности источника света, поскольку при изменении этого ди.- аметра соответствующее изменение величины рабочего объема компенсируется изменением интенсивности в сечении светового пучка. Однако увеличение рабочего объема приводит к повьш1ению статистической обеспеченности получаемых данных о прозрачности сред, особенно в условиях низких концентраций рассеивающих частиц.

В конкретном случае, когда радиус меньшего отверстия в коническом отра

жателе t, радиус пучка света г , а максимальньм радиус отражателя R равен максимальному радиусу объектива, величина V рабочего объема определяется как

25

V

le-.il

sin 06

Таким образом, максимальное, значение рабочий объем V имеет при г

R. Определим величину рабочего

объема прибора при следующих параметрах оптической схемы: R 5 см, г г. 3,3 см, объектив И-37 с фокусным расстоянием f 30 см, d 0,7 мм, фотоприемник ФД-24К.

При oi 45° и угловом разрешении ЛоС 0,25 получают,V 82 см .

В

прототипе для тех же значений угла наблюдения и углового разрешения йо 2° V 0,8 см

Таким образом, нефелометр по первому варианту позволяет в 100 раз увеличить рабочий объем по сравнению с прототипом и при этом повысить угловое разрешение при измерении интенсивности рассеянного света.

Ф лефелометре по второму варианту (третий и четвертый пункты формулы) пучок света от источника 1 проходит через исследуемую среду и частично рассеивается, в ней. Нерассеянный свет задерживается световой ловушкой 4, а свет, рассеянный средой под средними углами Л, и oig , попадает на конические отражатели 2 и 7 соответственно и далее на кольцевой объ ектив 4. Свет, отраженный от конического Ьтражателя 7, фокусируется объективом 4 на поверхности диафрагмы 5 и, пройдя через отверстие в ней попадает на фотоприемник 6. Свет, отраженный от конического.отражателя 2, преломляется объективом А в направлении круглого плоского зеркала 10, установленного перпендикулярно опти г ческой оси и оптически сопряженного с коническим отражателем 2. Отраженный от зеркала 10 свет фокусируется на поверхности второй диафрагмы 8 и через отверстие в ней частично попадает на второй фотоприемник 9.

Нефелометр по второму варианту обеспечивает запись на регистраторе отношения сигналов, пропорциональных рассеянному средой излучению под средними углами oi, и исключает влияние нестабильности излучения источника и повышает точность определения микрофизических характеристик концентрация, средний размер частиц рассеивающей средаи

Комбинации конических отражателей дпя разных средних углов регистрации рассеянного излучения позволяют определить не только прозрачность исследуемых сред, но и их фазовый и микрофизический состав.

Предлагаемый нефелометр характеризуется махами габаритами, высокой чувствительностью и простотой перестройки.

Формула изобретения

1. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический

отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемником , о т л и ч а ю щ . и и с я тем, что, с целью повьшеиия чувствительности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового разрешения, а также обеспечения воз-,. можности перестройки угла наблюдения он дополнительно содержит сменный кольцевой объектив, установленньй между коническим отражателем и диа- . фрагмой СООСНО им и оптически связанный с коническим отражателем, при этом конический отражатель обращен вершиной от объектива, угол раствора конического отражателя выполнен ср 180 -ct , где ot - средний угол регистрации рассеянного света, диафрагна поля зрения размещена в фокальной плоскости объектива, а осветитель - , между коническим отражателем и объекs О

15 0

5

о

5

0 5

тивом вне проекции под углом « образующей конического отражателя на оптическую ось, причем рабочие поверхности осветителя и фотоприемника ориентированы в одйу сторону.

2. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемниг ком, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения чувствительности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового разрешения, а также обеспечения вбз- можности перестройки угла наблюдения, он дополнительно содержит сменный кольцевой объектив, установленный между коническим отражателем и диафрагмой соосно им.и оптически свя- занньш с коническим отражателем, при этом конический отражатель обращен вершиной от объектива, угол раствора конического отражателя cj выполнен равным о;, диафрагма поля зрения размещена в фокальной плоскости объектива, а осветитель - со стороны вершины конического отражателя вне проекции под углом об образующей конического отражателя на оптическу1р. ось, причем рабочие поверхности осве- тителя и фотоприемника ориентированы в противоположные стороны.

3. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемником, отличающийся тем, что, с целью повьнпения чувствительности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового раз- разрешения и увеличения числа опреде- 1 яемьгх параметров, он дополнительно п содержит второй конический отражатель, кольцевой объектив, плоское зеркало и вторую диафрагму поля зрег ния с вторым фотоприемником, наименьший диаметр второго конического отражателя не меньше наибольшего диаметра первого конического отражателя, наибольший диаметр кольцевого объектива не меньше наибольшего диаметра второго конического отражателя, а диаметр отверстия не больше меньшего диаметра первого конического отражателя, все дополнительные элементы установлены между первым коническим отражателем и первой диафрагмой поля зрения соосно им.

лоское зеркало оптически связано с ервым коническим отражателем и второй диафрагмой поля зрения с вторым отоприемником через кольцевой объектив, первая диафрагма поля зрения с j ервым фотоприемником размещена в окальной плоскости кольцевого объектива, осветитель, расположена между первым коническим отражетелем и объективом, его рабочая поверхность ори- 10 ентирована в ту же сторону, что и рабочая поверхность первого фотоприемника, оба конических отражателя рабочими поверхностями обращены к объективу, я углы их раствора cf, и ер, 15 выполнены q)| 180 - oif ; i 180 - oi., , где о, н -средние углы регистрации рассеянного света первым и вторым фотоприемниками соответственно.20

4. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемни- 25 ком, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствитель ности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового р.аз- разрешения и увеличения числа опре- зо деляемых параметров, он дополнительно содержит второй конический отражатель, кольцевой объектив, плоское

зеркало и вторую диафрагму поля зрения с вторым фотоприемником, наимень- 1ПЯЙ диаметр второго конического отражателя не .меньше наибольшего диаметра первого конического отражателя, наибольший диаметр кольцевого объектива не меньше наибольшего диаметра второго конического отражателя, а диаметр отверстия не больше меньшего диаметра первого конического отражателя, все дополнительные эле :. менты установлены между первым коническим отражателем и первой диафрагмой поля зрения соосно им, плоское зеркало оптически связано с первым коническим отражателем и второй диафрагмой поля зрения с вторым фотоприемником через кольцевой объектив, первая диафрагма поля зрения с первым фотоприемником размещена в фокальной плоскости кольцевого объектива, осветитель расположен со стороны вершины первого конического отража- телд, рабочие поверхности осветителя и фотоприемника ориентированы в противоположные стороны, оба конических отражателя рабочими поверхностями обращены к объективу, а углы их раствора Cfi и tpj вьшолнены cf, о, ; q,

г

где

oi, и средние углы регистрации рассеянного света первым и вторым фотоприемниками соответственно.

I/

Изобретение относится к области оптической нефелометрии и может использоваться для измерения прозрачности жидкостей и газов в метеорологии, гидрологии и пр, С целью повьшения чувствительности измерений путем увеличения рабочего объема в устройство дополнительно введен сменный кольцевой объектив, что позволяет преобразовать рассеянное исследуемой средой излучение в параллельный пучок. Подбирая угол рассеяния и фокусное расстояние объектива, можно подобрать требуемое угловое разрешение. Конструкция нефелометра по третьему и четвертому вариантам дополнительно содержит второй конический отражатель, оптически связанный с плоским зеркалом, а также сменный кольцевой объектив. Эта конструкция позволяет регистрировать с теми же преимуществами излучение, рассеянное средой под двумя различными углами, 4 с.п. ф-лы, 4 ил. (Л to ел « tik Од

Редактор А.Огар

Составитель В.Капечиц Техред Л.Сердюкова

Заказ А908/39 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор С.Черни