Устройство для измерения индикатрис рассеяния света Советский патент 1988 года по МПК G01N21/01 

вид а

(Л

устройства к световым потокам в Отдельных узких интервалах из всего диапазона углов, на которых рёгист рируется рассеянный световой поток. Устройство содержит диск-модулятор 5, жестко закрепленный на валу механизма 4 вращения призмы 3, оптроннуго пару 7 реперов угла сканирования, которая формирует электрические счгна- .лы, каждый из которых однозначно связан с величиной угла между направлением падающего и. рассеянного световых потоков в данный момент времени. Формирователь 17 по этим сигналам формирует импульсы, в каждом промежутке между которыми при замыкании соответствующих ключей 34 в обратную связь управляемого преобразователя ток - напряжение 31 подключаются масштабные резисторы 33, соответствующие требуемому значению коэффициента преобразования управляемого преобра зователя ток - напряжение 31, Тое. автоматически регулируется верхняя граница динамического диапазона регистрируемых сигналов, величина которой автоматически поддерживается в данных промежутках углов при последующих циклах сканирования по углам. Последнее достигается тем, что в любой момент времени информация о рассеянном потоке на фотоприемнике 15 оп-арежает информацию о рассеянном

потоке на фотоприемнике 14 точно на один участок коррекции и в конце цикла развертки по углу пиковый детектор 20 вьщеляет сигнал, соответствующий наибольшей интенсивности рассеянного потока на данном участке коррекции. Выходное напряжение пикового детектора 20 поступает на аналоговое запоминающее устройство 25, где сохраняется на протяжении последзпощего участка коррекции и используется для установления коэффициента преобразования преобразователя ток - напржение 31. Управление управляемым пиковым детектором 20 и управляемым запоминающим устройством 25 осуществляется электрическими импульсами с формирователя 17 через линии задержки 18 и 19. Для включения соответствующих аналоговых ключей 34 и подключения требуемых масштабных резисторов 33 в цепь обратной связи операционного усилителя 32 выходное напряжение управляемого запоминающего устройства 25 поступает в блок компараторов 29. Совокупность выходных сигналов блока компараторов 29 образует код управления аналоговыми ключами 34, в зависимости от которого включаются соответствующие аналоговые ключи 34 и устанавливается коэффициент преобразования преобразователя ток - напряжение 31„ 1 ил.

.Изобретение относится к оптическим устройствам для изучения размеров, формы и электромагнитных свойств частиц по угловому распределению рассеянного ими света. Цель изобретения - повьпяейие быстродействия за счет оперативной независимой автоматической коррекции чувствительности

1

Изобретение относится к оптическим устройствам для изучения размеров, формы и электромагнитных свойст частиц по угловому распределению рассеянного ими света и может быть использовано в химической, биологической, энергетической, авнационно- ракетной и других отраслях промышленности при исследовании характеристик мелкодисперсной конденсированной фазы нестационарных обьектов с разнообразными сильно изменяющимися формами индикатрис.

Цель изобретения - повьттение быстродействия устройства для измерения индикатрис рассеяния света.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения, последовательно расположенные на пути излучения неподвижную призму 2, призму 3, установлен- ную на валу механизма 4 вращения призмы 3, диск-модулятор 5, жестко закрепленный на валу механизма 4, причем в диске-модуляторе равномерно по окружности расположены отверстия, число которых равно количеству поддиапазонов коррекции чувствительности устройства, оптически замыкающиеся через отверстия в диске-модуляторе 5 оптронные пары 6 и 7 реперов на-чала цикла и реперов угла сканирования соответственно, соосные кольцевые зеркала 8 и 9, выполненные в виде вогнутьк сфер и расположенные

софокусно между собой по обе стороны неподвижной призмы 2 соосно с осью вращения призмы 3, плоские зеркала 10-12, расположенные в фокусах зеркал 8 и 9 под углом к световому потоку, причем зеркала 10 и 11 размещены в диаметрально противоположных фокусах, а зеркало 12 смещено в сторону, противоположную направле- нию вращения механизма 4, на угол

360° Cf , где п - число отверстий

реперов угла сканирования, фотоприемник 13 прямого излучения, расположенный на пути потока излучения, отраженного зеркалом 10, фотоприемники 14 и 15 рассеянного излучения, расположенные на пути потоков излучения, отраженных зеркалами 11 и 12 соответственно.

Устройство также содержит предварительный усилитель 16 канала управления, вход которого подключен к электрическому выходу фотоприемника 15 канала управления, формирователь 17 импульсов реперов угла сканирования, вьтолненный в виде ждущего мультивибратора, вход котороЛ) подключен к электрическому выходу оп- тронной пары 7 реперов угла сканирования, последовательно соединенные

.линии 18 и 19 задержки, при этом вход линии 18 задержки подключен к выходу формирователя 17, управляемый пиковый детектор 20, содержащий входной аналоговый ключ 21, информационный вход которого является входом детектора 20 и подключен к выходу предварительного усилителя 16 канала управления, управляющий вход ключа 21 через инвертор 22 подключен к управляющему входу детектора 20, который подключен к выходу второй линии 19 з адержки, а выход ключа 21

пиковый детектор 23 подключен к выходу детектора 20 и информационному входу аналогового ключа 24, выход которого подключен к общей шине, а управлякйций вход - к управляющему входу управляемого пикового детекто- ра 20, управляемое аналоговое запоминающее устройство 25, содержащее входной аналоговый ключ 26, информационный вход которого является входом запоминающего устройства 25 и подключен к выходу управляемого пикового детектора 20, выход ключа 26 через запоминающее устройство 27

подключен к выходу запоминающего устройства 25 и информационному входу аналогового ключа 28,вькод которого с- подключен к общей шине, а управляющий вход - к первому управляющему входу запоминающего устройства 25, подключенному к выходу формирователя 17, управляющий вход клточа 26 подклю0 чен к второму управляющему входу устройства 25 и выходу первой линии 18 задержки, блок 29 компараторов, содержащий п компараторов 30, входы которых запараллелены и подключены

5 к выходу управляемого запоминающего устройства 25, управляемый преобразователь 31 ток - напряжение, состоящий из операционного усилителя 32, в цепь отрицательной обратной связи

0 которого параллельно включены цепи из последовательно соединенных масштабных резисторов 33 и аналоговых ключей 34, управляющие входы которых являются управляющим входом преобразователя 31, подключенным к выходу блока 29, инвертирующий вход операционного усилителя 32 подключен к входу преобразователя 31, к которому подключен электрический выход, фото0 пpиe fflикa 14, регистратор 35, первый вход которого подключен к выходу блока 29 компараторов, второй - к выходу управляемого преобразователя 3 ток - напряжение, третий - к

5 выходу фотоприемника 13 прямого из- лучелия, четвертый - к выходу оптрон-, ной пары 6 реперов начала цикла , а пятый - к выходу формирователя 17 импульсов репера угла сканирования.

0 Устройство работает следующим образом.

5

Поток излучения лазера, отражаясь от призм 2 и 3 и кольцевых зеркал 8 и 9, пересекает исследуемый объект под различными углами в зависимости от углового положения призмы 3. Рассеянное частицами излучение после отражения от кольцевого зеркала 9 собирается в фокусе F,,, и, отражаясь, от поворотного зеркала 11, попадает на фотоприемник 14, а отражаясь от поворотного зеркала 12, попадает на фотоприемник 15. На электрические выходы фотоприемников 14 и 15 поступают сигналы, пропорциональные интен сивности рассеянного излучения, выходящего из исследуемого объекта под углами ср, и Cpj соответственно, при

этом разность между углами расположения фото приемников 14 и 15 &cf

Cfj- LP, , где n - число реперов

5

угла поворота призмы 3, равное числу

участков коррекции чувстйительности. Поток,излучения, отражеиньй от зеркала 10, подает на фотоприемник 13, на электрическом выходе которого фор- ю мируется сигнал, пропорциональный интенсивности потока излучения источника 1 излучения, и регистрируется регистратором 35 (по третьему входу).

В процессе развертки по углу на выходе формирователя 17 формируются периодические во времени электрические импульсы, каждый из которых соответствует определенному углу падения излучения на исследуемый объект. Электрические импульсы с формирователя J 7 сдвигаются на вел гаину дли- тельности импульса с линии 18 задержки и на величину двойной длительности с выхода линии 19 задержки.

Сигнал фотоприемн1пса 15 через . предварительный усилитель 16 поступает на управляемый пиковый детектор 20, который вьделяет максимальный сигнал, соответствующий наибольшей интенсивности рассеянного потока на данном участке коррекции. Это осу- ществляется следующим образом. Выходной сигнал с предв арительного усилителя 16 через входной ключ 21 (открытый высоким выходным уровнем инвертора 22 при отсутствии на входе инвертора импульса) поступает на пиковый детектор 23, устанавливаемый в нулевое положение аналоговым ключом 24, который подключает выход пикового детектора к .общей шине при поступлении на его управляющий вход импульса с выхода линии 19 задержки, Так как углы между соседними отверстиями в диске-модуляторе 5 (с вершиной в центре диска) одинаковы для всех отверстий ( и tp const), в любой момент времени информация о рассеянном потоке на фотоприемнике 15 оперелсает информацию о рассеянном потоке на фотоприемнике 14 точно на один участок коррекции и в конце цикла развертки по углу пиковый детектор 20 вьщеляет сигнал, соответствующий наибольшей интенсивности рассеянного потока на данном участке коррекции

15

J4272466

Выходное напряжение пикового детектора 20 поступает на управляемое аналоговое запоминающее устройство 25, входной аналоговый ключ 26 которого открьюается выходным импульсом линии 18 задержки Предварительная установка нуля запоминающего устройства 27 производится аналоговым ключом 28, подключающим его выход к общей шине в момент поступления управляющего импульса с выхода формирователя 17.

Зафиксированное на данном участке коррекции максимальное напряжение сохраняется на протяжении последую- щего участка коррекции и используется для установки коэ)фициента преобразования управляемого преобразователя 31 ток - напряжение.

Для включения соответствующих аналоговых ключей 34 и подключения требуемых масштабных резисторов 33 в цепь обратной связи операционного усипителя 32 выходное напряжение запоминающего устройства 25 подается в блок 29 компараторов 30, настроенных на различные напряжения срабатывания, Совокулность выходных сигналов компараторов 30, уровень срабатывания которых лревышен сигналом из устройства, образует код управления аналоговыми ключами 34, устанавливающими коэффициент преобразования пре- 25 образователя 31 ток - напряжение, ко- торьй регистрируется регистратором 35 (в виде кода по первому его входу),

Таким образом, в процессе эксперимента регистратор 35 фиксирует информацию о текущем значении угла

20

25

30

40

сканирования, начала вания, интенсивности

цикла сканиро- прямого излучения, интенсивности рассеянного излучения и коэффициента преобразова- 45 ния управляемого преобразователя 3-1 ток - напряжение.

К фотоприемнику 14 не предъявляется требований по линейности коэффициента преобразования, так как нелинейность в данном с лучае компенсируется выбором напряжения срабатьша- ния соответствующих компараторов 30 Текущее значение угла сканирования поступает на пятьш вход регистратора 35 с формирователя 17. Реперный импульс начала цикла с выхода оптрон- ной пары 6 поступает на четвертый вход регистратора 35,

50

55

сканирования, начала вания, интенсивности

цикла сканиро- прямого излучения, интенсивности рассеянного излучения и коэффициента преобразова- 5 ния управляемого преобразователя 3-1 ток - напряжение.

К фотоприемнику 14 не предъявляется требований по линейности коэффициента преобразования, так как нелинейность в данном с лучае компенсируется выбором напряжения срабатьша- ния соответствующих компараторов 30 Текущее значение угла сканирования поступает на пятьш вход регистратора 35 с формирователя 17. Реперный импульс начала цикла с выхода оптрон- ной пары 6 поступает на четвертый вход регистратора 35,

0

5

Таким образом обеспечивается автматическая независимая (в темпе эксперимента) коррекция чувствительности устройства к световым потокам, рассеянным под различными углами, в частности к световым потокам в отдельных узких (практически 1-5°) интервалах из всего диапазона углов на которых регистрируется рассеянный световой поток. Это обеспечивает высокое быстродействие устройства и возможность регистрации световых потоков в широком динамическом диапазоне (до йО дБ)с

Формула изобретения

Устройство для измерения индикатрис рассеяния света, содержащее источник , последовательно- расположенные на пути излучения неподвижную призму и вторую призму с механизмом ее вращения, два соосных . кольцевых зеркала, вьшолненных в виде вогнутБк сфер и расположенных софокусно между собой по обе стороны неподвижной призмы соосно с осью вращения второй призмы, два плоских зеркала, расположенных под углЬм к оси светового потока в диаметрально против оположных фокусах кольцевых зеркал и оптически связанных фо- топриемниками прямого и рассеянного излучений, диск-модулятор, жестко закрецленньй на валу механизма вращения оптически загущающиеся -через отверстие в диске-модуляторе оптронные.лары реперов начала цикла и реперов угла сканирования.

управляемый преобразователь ток - на- 40 входу аналогового запоминающего устпряжение и регистратор, о т л и .- чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены дополнительное плоское зеркало, фотоприемник канала управле- .ния, оптически связанный с ним, предусилитель, формирователь, две линии задержки, управляемый пиковый

детектор, управляемое аналоговое запоминающее устройство и блок компараторов, причем дополнительное плоское зеркало расположено в фокусе кольцевых зеркал под углом к оси светового потока, фотоприемник канала управления с дополнительным плоским зеркалом установлен в плоскости

фотоприемника рассеянного излучения, перпендикулярной оси вращения второй призмы, с угловым смещением в сторону, противоположную направлению вращения призмы, относительно $6топриемника рассеянного излучения на угол,-равный углу между соседними отверстиями в диске-модуляторе относительно его центра, выход фотоприемника канала 5шравления через предусилитель подключен к входу управляемого пикового детектора, выход которого через управляемое аналоговое запоминающее устройство подключен к входу блока компараторов, выход которого подключен к первому входу регистратора и управляющему входу управляемого преобразователя ток - напряжение, информационный вход которого подключен к электрическому выходу фотоприемника рассеянного излучения, а выход - к второму входу регистратора, третий вход которого подключен к выходу фотоприемника прямого излучения, четвертый вход регистратора подклю- .

чен к выходу оптронной пары реперюв начала цикла, выход оптронной пары реперов угла сканирования подключен к входу формирователя, выход которого подключен к перво му зтгравляющему

роиства, пятому входу регистратора и входу первой линии задержки, выход которой подключен к второму управляющему входу аналогового запоминающего 45 устройства и входу второй линш задержки, выход которой подключен к управляющему входу пикового детекто- . ра.