Устройство для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц Советский патент 1988 года по МПК G01N15/02 

00

а

00

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в метеорологии,биологии, химической технологии, при контроле загрязнений окружающей среды для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц.

Цель изобретения - повьпление чувствительности измерений и увеличение верхнего предела измеряемых концентраций за счет уменьшения фокусного расстояния о бъектива при заданном относительном отверстии этого объектива.

На (|иг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - узел устройства, вид в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования; на фиг. 3 - призма, аксонометрическая проекция.

Устройство содержит последовательно установленные осветитель 1 ;(формирующий световой пучок с некоторой расходимостью у , J 1) вращающее- ся многогранное зеркало 2 (для примера число граней п 4), набор из N неподвижных зеркал 3-5, например, N 3, отклоняющие призмы 6 - 14, расположенные в 3 слоя по 3 шт.,

объектив 15 с фокусом в точке 16,которую поток исследуемых частиц пересекает перпендикулярно плоскости чертежа, и приемно-анализирующий блок 17

Буквой А обозначена точка- излома вращающимся зеркалом оптической оси устройства. Угловой размер каждого неподвижного зеркала 3-5 относительно точки А в рассматриваемом случае одинаков и равен ср 4T/N-n, где N - количество плоских зеркал; п - количество граней зеркала 2; угловой размер каждого слоя относительно точки А равен Ц . Зеркала 3-5 развернуты одно относительно другого в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования, таким образом, что каждое из зеркал оптически связывает точку А с одним из слоев призм: 3 - слой призм 6-8, 4 - слой призм У - 11, 5 - слой призм 12 - 14. Соответствующие углы разворота зеркал 3 и 5 относительно зеркала 4 равны р, и B.J (фиг.2).

Соответствующие угль разворота

зеркал 3 и 5 относитёл ьно зеркала. 4 равны об, и Ы.г (фиг.1) и обеспечивают заданную последовательность сканирования.

Каждая призма 6-14 имеет прело1 г- ляющий угол G , в плоскости сканирования и Gj в перпендикулярной ей плоскости (фиг.З), причем зти углы таковы, что соответствующие углы отклонений светового пучка равны по величине и противоположны по знаку углу, образованному в указанных плоскостях оптической осью объектива с прямой, проходящей через центр каждой призмы и центр соответствующего неподвижного зеркала.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок от осветителя 1 попадает на зеркало 2. При повороте зеркала на угол 2Т/п пучок поворачивается на угол 41Г/п и последовательно попадает на неподвижные зеркала 5,4,3 (реально п В). При попадании пучка на зеркало 5 отраженный от этого зеркала пучок последовательно попадает на призмы 12,13 и 14,причем пучок, проходящий через центр любой призмы, выходит из призмы параллельно оптической оси объектива 15 /(линейный размер каждой призмы в направлении сканирования как минимум вдвое превосходит диаметр светового пучка) Световой пучок, проходящий через края каждой призмы, выходит из нее под углом ± сО/2 к оптической оси объекти- .ва в плоскости сканирования, причем to (f /k, где k - число призм в слое. В фокальной области 16 объектива 15 с фокусным расстоянием f линей- нь1й размер зоны сканирования (of, причем пучок перемещается в этих пределах по одной и той же траектории (прямой), проходя через любую из призм. Аналогичная картина имеет место и при перемещении пучка по неподвижным зеркалам 4,3. При этом отраженный от зеркал пучок проходит через соответствующие слои призм, но в фокальной области 16 перемещается по той же прямой, что и при отражении от зеркала 5. Для пучка с расходимостью у диаметр фокального пятна IJf, т.е. относительная амплитуда ска(О

НИР ов ания -ТГ--.

и

Импульсы рассеянного частицами

света (каждая частица дает не один импульс, а панку импульсов) собираются приемно-анализирующим блоком 17 Таким образом, в данном устройстве по сравнению с устройством, в котором то же количество призм расположено в один слой, без уменьшения относительного отверстия объектива световой диаметр объектива уменьшается в несколько раз, соответственно во столько же раз уменьшается фокусное расстояние объектива и диаметр светового пучка в фокальной плоскости. . Этим обусловлено повышение чувстви- тельности измерения, поскольку она обратно пропорциональна квадрату диаметра светового пучка, аналогично возрастает и верхний предел измеряемых концентраций.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц содержащее последовательно расположенные по оптической оси устройства осветитель, вращающееся многогранное зеркало, отклоняющие призмы, объектив, а также приемно-анализируюш 1й блок, причем отклоняющие призмы расположены в плоскости сканирования, оптическая ось приемно-анализирующе- го блока и объектива перпендикулярны друг другу и пересекаются в фоку- се объектива, а призмы своими основаниями обращены к оптической оси устройства, отли чающе. е ся тем, что, с целью повышения чувствительности измерений и увеличения , . верхнего предела измеряемых концентраций за счет уменьшения фокусного расстояния объектива при заданном от0

5

0

5

0

5

носительном отверстии этого объектива, в него введен набор неподвижных зеркал, расположенный между вращающимся зеркалом и отклоняющими призмами, которые расположены в несколько слоев, параллельных между собой и лежащих в плоскости, перпендикулярной oпtичecкoй оси объектива, количество неподвижных зеркал равно количеству слоев призм, каждое зеркало установлено так, что оптически .связывает вращающееся зеркало и соответствующий слой призм, а угловой размер каждого зеркала в направлении сканирования относительно точки излома вращакг- шимся зеркалом оптической оси устройства равен угловому размеру соответствующего слоя призм в том же направлении относительно той же точки, при этом каждая призма выполнена с углами отклонения светового пучка в плоскости сканирования и перпендикулярной ей плоскости равными по величине и противоположными по знаку углам, образованным в указанных плоскостях оптической осью объектива с прямой, проходящей через центр каждой призмы и центр оптически связанного с ней неподвижного зеркала.

2. Устройство по п.1, о т л и - чающееся тем, что количество слоев призм и число призм в слое выбирается таким, чтобы разность cytf марной площади целых призм, вписанных в площадь объектива, и площади объектива была минимальной.

63,12

Фиг. 7

Изобретение относится к конт рольно-измернтельной технике и может быть использовано в метеорологии,биологии.и др. отраслях для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц. Цель изобретения - повыше- . ние чувствительности измерений и увеличение верхнего предела измеряемых концентраций за счет уменьшения фокусного расстояния обьектива при заданном относительном отверстии этого объектива. Отклоняющие призмы расположены в несколько слоев, в.устройстве дополнительно введены неподвижные зеркала, число которых равно числу слоев призм, а нх расположение и угловые размеры обеспечивают заданную последовательность сканирования, причем число слоев и число призм в слое выбирается таким, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы поверхности объектива. Расположение отклоняющих призм в несколько слоев позволяет уменьшить световой диаметр объектива, что и обусловливает повьш1ение чувствительности измерений и повышение верхнего предела измеряемых концентраций. 1 з.п. фг-лы ,3 ил. 5 (Л

, 2

,7,8

фиг.З