Способ определения размеров микрочастиц Советский патент 1988 года по МПК G01N15/02 

to

СХ5 ел

со

10

15

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения размеров микрочастиц, находящихся в газо- 5 вой или жидкой среде, а также на полированной поверхности (в частности изобретение может найти применение для анализа распределения размеров микрочастиц пыли, взвешенной в воз- ;духе, для контроля загрязнений тех- нологических жидкостей, например де- |ионизованной воды, в полупроводниковом производстве, для контроля поверхностных загрязнений полированных поверхностей оптических зеркал и по- |лупроводниковых пластин), Цель изобретения - повышение точ- |ности определения размеров микроча- ;стиц путем устранения зависимости ;От положения микрочастицы относитель- но оси освещающего лазерного пучка, На чертеже изображена блок-схема устройства для осуществления предла- гаемогр способа.

Устройство содержит первый 1 и второй 2 лазеры, дихроичное зеркало 3, 6JIOK 4 фокусировки, блок 5 сканирования, объектив 6, полированную ;пластину 7, на поверхности которой находятся микрочастицы, интегрирующую сферу 8, первый 9 и второй 10 светофильтры, первый 11 и второй 12 фото- умножители и блок 13 обработки сигналов .

Способ осуществляют следующим об- ;разом.

Свет от лазеров 1 и 2 с длинами ;волн X и Д падает на дихроичное

например

jA, , г J- р / J- р

и определяются размеры микрочастиц с использованием предварительных расчетов или калибровочной кривой.

В основу способа положена функциональная зависимость интенсивности -. рассеянного света от размера микрочастицы:

I рас I f

i

1)

г А

20

25

где IP - интенсивность подающего света;

-радиус частицы;

-длина волны

При работе лазера на основной моде интенсивность излучения в любом поперечном сечении пучка описывается гауссовой функцией

1о«

X/tiJ

(2)

где 1„

30

X

W

интенсивность в центре

пучка;

расстояние от оси пучка;

параметр пространственного

распределения интенсивности. Б случае попадания частицы не в центр пучка, где интенсивность света максимальна, а на край, где она намного меньще, фотоприемник зарегист-:, 35 рирует более слабую интенсивность

рассеянного света, что приведет к кажущемуся занижению размеров микрочастицы, а следовательно, к ухудшению

точности измерении, т.е. имеет место зеркало 3, которое совмещает оба пуч-40 зависимость измерений от координаты

ка. Затем совмещенный пучок проходит через блок 4 фокусировки, блок 5 сканирования, объектив 6 и попадает на поверхность оптически полированной пластины 7 с микрочастицами. 45

Рассеянный микрочастицами свет собирают с помощью интегрирующей сферы 8, направляют на светофильтры 9 и Ш, которые разделяют рассеянное

лучение 1р и 1р по длинам волн л, и AI и регистрируют его соответствующими фотоумножителями 11 и 12 для

X, Одновременное освещение микрочастиц вторым лазерным пучком с отличной от первой длиной волны, формирова ние обеих пучков с одинаковым распределением интенсивности по их поперечному сечению, совмещение этих пучков и раздельная регистрация рассеянного света для каждой длины волны позволяет определить размеры микрочастиц по соотношению интенсивностей рассеянного света, зарегистрированных на вышеуказанных длинах волн, и следовательно, получать более точные результаты измерения. Как видно из нижеприведен- 55 ных формул, соотношение /i интенсивностей рассеянного света на двух длинах волн /,. и Д представляет собой функцию только размера частиц и при ее .

50

каждой длины волны отдельно. Сигналы с выходов фотоумножителей поступают на блок 13 обработки сигналов, где определяется соотношение /J интенсив.; .l 1

ностеи 1

и I

р рассеянного света.

например

jA, , г J- р / J- р

и определяются раз

меры микрочастиц с использованием предварительных расчетов или калибровочной кривой.

В основу способа положена функциональная зависимость интенсивности -. рассеянного света от размера микрочастицы:

I рас I f

i

1)

г А

где IP - интенсивность подающего света;

-радиус частицы;

-длина волны

При работе лазера на основной моде интенсивность излучения в любом поперечном сечении пучка описывается гауссовой функцией

1о«

X/tiJ

(2)

где 1„

0

X

W

интенсивность в центре

пучка;

расстояние от оси пучка;

параметр пространственного

распределения интенсивности. Б случае попадания частицы не в центр пучка, где интенсивность света максимальна, а на край, где она намного меньще, фотоприемник зарегист-:, 5 рирует более слабую интенсивность

рассеянного света, что приведет к кажущемуся занижению размеров микрочастицы, а следовательно, к ухудшению

5

X, Одновременное освещение микрочастиц вторым лазерным пучком с отличной от первой длиной волны, формирование обеих пучков с одинаковым распределением интенсивности по их поперечному сечению, совмещение этих пучков и раздельная регистрация рассеянного света для каждой длины волны позволяет определить размеры микрочастиц по соотношению интенсивностей рассеянного света, зарегистрированных на вышеуказанных длинах волн, и следовательно, получать более точные результаты измерения. Как видно из нижеприведен- 5 ных формул, соотношение /i интенсивностей рассеянного света на двух длинах волн /,. и Д представляет собой функцию только размера частиц и при ее .

0

оценке отпадает необходимость нахождения положения (координаты х) этой частицы относительно оси пучка:

г

где

-li И 1 (

й LL, lo е f,

l

IP Ig е 1 I и ij

AI)

(3

f -) i л,1

- интенсивность в центре пучков на длинах волн и соответственно Aj.

Поскольку пространственное распределение интенсивности по сечению.одинаково для обеих лазерных пучков, т.е. Wj , то зависимость (3) имеет вид

/i

- I. fi(r/X,)

I о f,(r/, )

(4)

о 2 . / Л2

Таким образом, используя предлага- емьш способ (в отличие от известных) получают достоверные результаты без

учета положения микрочастицы относительно центра поперечного сечения ла- 25 сеянного света осуществляют раздельСпособ определения размеров микро частиц, включающий освещение микро- частиц первым монохроматичным лазерным пучком, относительное перемещени микрочастиц и освещающего лазерного пучка, регистрацию рассеянного микрочастицами света, анализ параметров рассеянного света, отличающий с я тем, что, с целью повьпие- ния точности определения размеров путем устранения зависимости от положения микрочастицы относительно оси освещающего лазерного пучка, микрочастицы дополнительноодновременно освещают вторым монохроматичным лазерным пучком с длиной волны, отличной от длины волны первого монохроматичного лазерного пучка, причем оба пучка формируют с одинаковым распределением интенсивности по их сечению и направляют их соосно, регистрацию рас

10

15

20

25 сеянного света осуществляют раздельФормула изобретения

Способ определения размеров микрочастиц, включающий освещение микро- частиц первым монохроматичным лазерным пучком, относительное перемещение микрочастиц и освещающего лазерного пучка, регистрацию рассеянного микрочастицами света, анализ параметров рассеянного света, отличающий с я тем, что, с целью повьпие- ния точности определения размеров путем устранения зависимости от положения микрочастицы относительно оси освещающего лазерного пучка, микрочастицы дополнительноодновременно освещают вторым монохроматичным лазерным пучком с длиной волны, отличной от длины волны первого монохроматичного лазерного пучка, причем оба пучка формируют с одинаковым распределением интенсивности по их сечению и направляют их соосно, регистрацию рас

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения размеров микрочастиц, находящихся в газовой или жидкой среде, а также на полированной поверхности. Цель - упрощение способа путем использования относительных измерений и повышение точности определения размеров путём устранения зависимости от положения микрочастицы относительно оси освещающего лазерного пучка. Микрочастицы освещают совмещенными пучками двух лазеров, генерирующими излучение на двух различных длинах волн. Регистрацию рассеянного микрочастицами света ведут раздельно на двух длинах волн, соответствующих излучениям первого и второго лазеров, а размеры микрочастиц определяют по соотношению обеих интенсивностей рассеянного света. 1 ил. i (Л

зерного пучка, что в свою очередь повышает точность определения размеров микрочастиц.

но на каждой длине волны, а размеры микрочастиц определяют по соотноще- нию интенсивностей рассеянного света.