Способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N15/14 

13

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению размеров и концентрации взвешенных частиц5 и может использовать- ся в метеорологии, биологии, химической технологии и нри контроле окру/ка- ющей среды для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц микронных и субмикронных размеров,

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения погрешностей, связанных с влиянием неоднородно стей освещающего пучка и виньетирования в приемной оптической системе.

На фиг. приведена блок-схема устройстваJ реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - функциональная схема блока сравнения-коммутации,

Устройство содержит источник 1 света, обьективы 2 и 3, диафрагму 4, фотонриемник 5, селектор 6 импульсов включающий дифференцирующий усилитель 7, блок 8 сравнения-коммутации и регистрирующее устройство 9 (амплитудный анализатор), Блок 8 состоит из двух оперативно-запоминающих устройств 10 и 11, двух компараторов 12 и 13, блока 14 совпадений, анало- гового ключа 15 и источника 16 опорного напряжения,

Способ осуществляют следующим об- р азом.

Поток взвешенных частиц освещают перпендикулярно }1аправлению потока коллимированным светозьп пучком с нег ауссовым профилем интенсивности но его сечению. Рассеянный частицами свет преобразуют в электрические им- пульсы с помощью фотоприемника, оптически связанного с освещающим пучком света. Полученные электрические импульсы дифференцируют и сравнивают амплитуду каждого импульса с экстре- мумом его производной, а для регистрации отбирают только импульс,, у которых отношение амплитуды импульса к экстремуму его производной Q удовлетворяет условию

Q А (1 - 2Л (1)

где (Г- максимально допустимая относительная погрешност) измерения размеров частиц; А - константа, учитывающая степень отличия поперечного профиля интенсивности освещающего пучка от гауссовогс).

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника 1 проходит через объектив 2 и пронизывает рабочий объем прибора. Рассеянный частицами свет через объектив 3 и диафрагму 4 поступает на фотоприемник 5, Сигнал с выхода фотоприемника 5 поступает на селектор 6 импульсов, где подается на вход дифференцирующего усилителя 7 с коэффициентом усиления Q и на вход блока 8, т.е, на вход устройства 10 и первый вход компаратора

13, Устройство 10 запоминает амплитуду выходного сигнала фотоприемника 5 и передает напряжение, равное амплитуде сигнала, на первые входы ана- логовог О ключа 15 и компаратора 12, Дифференцирующий усилитель 7 дифференцирует входной сигнал, усиливает полученнуЕО производную в Q раз и передает на вход устройства И, которое запоминает амплитуду усиленной производной и передает напряжение, равное указанной амплитуде, па второй вход компаратора 12, В тот момент, когда уровень входного сигнала на первом входе превысит опорное напряжение, поданное на второй вход компаратора 13, последний срабатывает и его выходное напряжение поступает на первы й вход блока -14 совпадений. Компаратор 12 сравнивает выходное напря- хсение устройства 10, равное амплитуде входного сигнала, с выходным напряжением устройства 11, равным амплитуде усиленной в 0. раз производной входного сигнала. Если сигнал с выхода устройства 10 окажется больше сигнала с выхода устройства 11, то на выходе компаратора 12 появляется сигнал, что приводит к появлению сигнала на выходе блока 14 совпадений и открытию аналогового ключа 15, т,е, импульс для которого Q оказьюается больще заданного, регистрируется.

Способ и устройство для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц позволяют за счет селекции импульсов по условию (1) исключить из анализа частицы, пересекающие рабочий (счетный) объем вне зоны с допустимой неоднородностью светового поля I , е , одновременно уменьшить погрешности определения функции распределения взвешенных частиц по размерам, связанные с влиянием как неоднородности интенсивности в освещающем пучке, так и виньетированием в npneMHofi оптической системе.

Формула изобретения

1, Способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц, включающий освещение частиц пучком света перпендикулярно их движению, селекцию и регистрацию импульсов света, рассеянного отдельными частицами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет снижения погрешностей, вызванных неоднородностью освещающего пучка света и виньетирования в приемной оптической системе, частицы освещают осесимметричным пучком света с негауссовым поперечным профилем интенсивности и отбирают только те импульсы, для которых -отношение Q амплитуды импульса к экстремуму ее производной по времени удовлетворяет условию

Q ь А (1 - )

где (f

А максимально допустимая относительная погрешность измерения размеров частиц; степень отличия поперечного профиля интенсивности освещающего пучка от гауссового. 2. Устройство для измерения разме ров и концентрации взвешенных частиц содержащее источник света, оптически сопряженный с ним фотоприемник, выход которого через селектор импуль;

30

д

39441

сов соединен с регистр ггором, о т - л и ч а ю щ е е с я теь, что селектор импульсов выполнен и виде блока сравнения-коммутации и дифференцирующего усилителя с коэффициентом усиления, равным Q, выход которого соединен с вторььм входом блока сравнения-коммутации, выход которого со10 единен с выходом селектора импульсов, а первый вход которого соединен с входом дифференцирующего усилителя и входом селектора импульсов,

3. Устройство по п. 2, о т л и 15 ч а ю-да е е с я тем, что блок сравнения-коммутации содержит первое и второе оперативные запоминающие устройства, первый и второй компараторь, блок совпадений, аналоговый ключ и

20 источник опорного напряжения, причем первьй вход блока сравнения-коммутации соединен с входом первого оперативного запоминающего устройства и первым входом второго компаратора,

25 второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход - с вторым входом блока совпадений, первый вход которого соединен с выходом перв ого компаратора, а выход - с вторым входом аналогового ключа, выход которого соединен с выходом блока сравнения-коммутации, а первый вход - с выходом первого оперативного запоминающего устройства и первым входом первого компаратора, второй вход которого через второе оперативное запоминающее устройство соединен с вторым входом блока сравнения-коммутации.

Ял./

0-

/

/

I

/5

/)/Л

/

В)(.2

7./V

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к изменениям размеров и концентрации взвешенных частиц, и может быть использовано в метеорологии, биологии, химической технологии и при контроле загрязнений окружающей среды. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет снижения погрешностей, связанных с влиянием неоднородности освещающего пучка и виньетирования в приемной оптической системе. Сущность изобретения заключается в том, что поток взвешенных частиц освещают перпендикулярно направлению потока коллимированным световым пучком с негауссовым профилем интенсивности по его сечению. Рассеянный свет преобразуют в электрические импульсы с помощью фотоприемника, которые дифференцируют и сравнивают амплитуду каждого импульса с экстремумом его производной, а для регистрации отбирают только те импульсы для которых отношение амплитуды импульса к экстремуму его производной 0. удовлетворяет условию Q. А(1-2сГ) где сГ - максимально допустимая погрешность изменения р азмеров частиц; А - константа, учитывающая степень отличия освещающего пучка света от Гауссова. За счет селекции импульсов по указанному критерию из анализа исключаются частшда, пересекающие рабочий объем вне зоны с допустимой неоднородностью светового поля, что позволяет повысить точность измерений. 2 с.п. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. se (Л W со со 4

5

-

Составитель Р, Иванов Редактор И. Шулла Техред М.Ходанич Корректор А, Зимокосов

Заказ 4213/33 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

(г.2