Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц Советский патент 1989 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контроля дисперсных сред, и может быть использовано для определения концентрации и фракционного состава аэрозолей .

Цель изобретеш я - повьопение точности за счет устранения влияния }{ньетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный нескольких частиц, а также сокращение времени анализа.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения размеров и концентрации аэрозольных час1:иЩ на фиг. 2 - сечение счетных объемов плоскостью, в которой лежат оптические оси осветителя и трех фотоприемников; на фиг. 3 - то же, в которой тежат оптическая ось осветителя и ось аспирационного канала.

Устройство содержит осветитель 1, счетные объемы 2, первую 3, вторую 4 и третью 5 полевые диафрагмы, первый 6, второй 7 и третий 8 объективы, первый 9, второй 10 и третий И фотоприемники, первый 12, второй 13 и третий 14 усилители,-первый 15, второй 16 и третий 17 формирователи, первый 18 и второй 19 блоки совпадений, ключевой элемент 20, счетчик 21 блок 22 запоминания, амплитудный анализатор 23, блок 24 селекции, дифференциатор 25, реверсивный счетчик 26, дешифратор 27. На чертеже изображены первая 28, вторая 29 и третья 30 аэрозольные частицы.

Устройство работает следующим образом.

Аэрозольные частицы с помощью аспирационного канала прокачивают перпендикулярно плоскости, в которой размещены оптически оси первого 9, второго 10 и третьего 11 фотоприемников. Зондирующий пучок осветителя 1. и зоны визирования фотоприемников 9 и 10, ограниченные соответственно первой 3 и второй 4 диафрагмами, а также первым 9 и вторым 10 объективами, формируют первый счетный объем.

При этом первый счетный объем фор мируется вложенным во второй счетный объём, больший по размеру, ограниченный зоной,визирования третьего фотоприемника 11. При прохождении аэро

0

5

0

5

0

5

0

5

0

зольной частицей первого и второго счетных объемов, освещаемых зондиру- Ю1ЧИХ световым пучком осветителя 1, она рассеивает свет, которьш регистрируется соответствующими из фотоприемников 9-11. Если частица протпа через свободную от виньетирования зону, ограниченную первым счетным объемом, то рассеянный ею свет попадает на все фотоприемники, которые преобразуют его в электрические сигналы, усиленные усилителями 12-14. Импульсы с выходом первого 15 и второго 16 формирователей через первый блок 1В совпадений поступают на первый вход ключевого элемента 20, разрешая прохождение сигнала с выхода третьего усилителя 14 на амплитудньй анализатор 23 и третий формирователь 17, выходной сигнал которого поступает на первый вход второго блока 19 совпадений. При попадании частицы во

второй (больший) счетный объем на выходе третьего усилителя 14 появляется скачок напряжения, при этом на первом выходе дифференциатора 25 появляется короткий импульс, подаваемый на вход счетчика 21 и первый вход реверсивного счетчика 26. Если реверсивный счетчик 26 находится в состоя- 1-ши 1, что соответствует попаданию во второй счетный объем одной частицы, то на выходе дешифратора 27 появляется сигнал, подаваемый на второй вход второго блока 19 совпадений, с. выхода которого сигнал поступает на второй вход блока 22 запоминания, осзп.цествляя запись кода размера частицы, подаваемого на его первый вход с выхода амплитудного анализатора 23. При выходе аэрозольной частицы из второго (большего) счетного объема на втором выходе дифференциатора 25 появляется короткий импульс, по- даваемьй на второй вход (декремента- ции) реверсивного-счетчика 26.

Если аэрозольная частица пересечет зону второго (большого) счетного объема, в котором имеет место виньетирование, то сигналов на выходах фотоприемников 9 и 10 не будет и клзочевой элемент 20 будет закрыт запирающим сигналом с выхода первого блока 18 совпадений. Анализ размеров частшцз производиться не будет, а произойдет, лишь счет частицы в счетчике 21 .

Если в счетные объемы попадут одновременно несколько частшь например три частицы 28-30 (фиг. 3), то от частиц 29 и 30 при пересечении первого (меньшего) счетного объема на выходе ключевого элемента 20 появится импульсный сигнал с большей амплитудой, чем от одиночной частицы за

1453257

ции аэрозольных частиц, а разведение каналов определения размеров и концентрации позволяет сократить время анализа.

Формула изоб

Р е т е н и я

.. ,„ .л jz- -сеянного света от всех частиц, находящихся к этому времени во втором счетном объеме. Поскольку при входе в счетный объем очередной частицы происходит инкрементация реверсивно- .го -четчика 26 и декрементация при выхода частицы из этого объема, то в ситуации, приведенной на фиг. 3, реверсивный счетчик 26 находится в состоянии О, на выходе дешифратора 27 сигнал отсутствует и запись искаженных значений в блоке 22 запоминания не будет произведена, но произойдет подсчет частиц в счетчике 21. При выходе последней частицы из счетного объема реверсивный счетчик 26 установится в исходное состояние О . Таким образом, погрешность определения размеров при одновременном попадании в счетный объем нескольких частиц уменьшится.

Для сни7секия вероятности Р одновременного попадания в измерительный объем двух и более частиц до значения

15

f- --.m.j Jf

ров и концентрации аэрозольных частиц, содержащее осветитель, на оптической оси которого в области пересечения с перпендикулярной к ней осью аспирационного канала размещен первый счетный объем, ограниченный областью пересечения зон визирования первого и второго фотоприемников с оптическими осями, наклоненный в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под равными углами 40-50 центр которого совмещен с центром второго счетного объема, ограниченного зоной визирования третьего фотоприемника с оптической осью, наклоненной относительно оптической оси осветителя в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под углом 90°, первый блок совпадений, первую полевую диафрагму и пер- 30 вый объектив, вторую полевую диафрагму и второй объектив, третью полевую диафрагму и третий объектив, размещенные на оптических осях соотретст- венно первого, второго и третьего

20

25

. , 1 - ЧЧСПИЛ, .. .j,.ut.iu

Г и,1 размеры счетного объема выбира- 35Фотоприемников для формирования соотют из условия ,1N, где N - макси- ветственно первого и второго счетных

мальная концентрация частиц. Посколь-объемов, отличающееся ку процесс попадания аэрозольных частиц в измерительный объем хорошо опитем, что, с целью повышения точнос ,., jjumu (Jim- счет устранения влля.ия виньесьшается законом Пуассона, то при та- 40 тирования и устранения погретностей,

одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращения времени анапнза, в него введены ключевой элемент, блок 45 селекции, первый, второй и третий

усилители, первый и второй йюрмирова- тели, счетчик, амплитудньШ анализатор, блок запоминания, п ри этом первая, вторая и третья полевые диафрагмы,

И306ПРТРН1.Р50 первый, второй и третий объизопретение позволяет повысить точ-

ность определения размера аэрозольной, частицы за счет исключения из анализа частиц, находящихся в зоне виньетирования, и частиц, попавших в счетный объем в количестве больше одной, производя при этом их раздель--./- -V-VXilltJ.j ii J fL

ком выборе размера счетного объема за все время работы устройства в течение 10% времени в измерительном объеме будут находиться частицы, а в 90% не будут. При этом в среднем в течение 9% всего времени работы в измерительном объеме будет находиться одна частица, в течение 1% всего времени - две и более.

55

ный счет. Это позволяет повысить точность определения счетной концентраективы выбраны и размещены так, что размеры второго счетного объема превосходят размеры первого счетного объема, расположенного в центральной области второго счетного объема, а выходы первого и второго фотоприемников соответственно через первый усилитель, первый фор -шрователь и второй усилитель и второй формирователь

р 1453257

ции аэрозольных частиц, а разведение каналов определения размеров и концентрации позволяет сократить время анализа.

Формула изоб

Р е т е н и я

,„ .л jz- -15

f- --.m.j Jf

ров и концентрации аэрозольных частиц, содержащее осветитель, на оптической оси которого в области пересечения с перпендикулярной к ней осью аспирационного канала размещен первый счетный объем, ограниченный областью пересечения зон визирования первого и второго фотоприемников с оптическими осями, наклоненный в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под равными углами 40-50 центр которого совмещен с центром второго счетного объема, ограниченного зоной визирования третьего фотоприемника с оптической осью, наклоненной относительно оптической оси осветителя в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под углом 90°, первый блок совпадений, первую полевую диафрагму и пер- 0 вый объектив, вторую полевую диафрагму и второй объектив, третью полевую диафрагму и третий объектив, размещенные на оптических осях соотретст- венно первого, второго и третьего

0

5

, .. .j,.ut.iu

5Фотоприемников для формирования соот50 первый, второй и третий

5

ективы выбраны и размещены так, что размеры второго счетного объема превосходят размеры первого счетного объема, расположенного в центральной области второго счетного объема, а выходы первого и второго фотоприемников соответственно через первый усилитель, первый фор -шрователь и второй усилитель и второй формирователь

соединены с первым и вторым входами первого блока совпадений, выход второго блока совпадений соединен с первым входом ключевого элемент, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя и первым входом блока селекции, а выход - с входом амплитудного анализатора и вторым входом блока селекции, первы выход которого соединен со счетчиком а второй выход - с первым входом блока запоминания, второй вход которого соединен с выходом амплитудно.го анализатора.

ч I 2. Устройство по п. I, о т л и - а ю щ е е с я тем, что блок селекции содержит дифференциатор, ре- i версивньш счетчик, дешифратор, третий формирователь и второй блок совпадений, при этом первый вход блока селек1ши соединен с входом дифферен- циатора, первый выход которого соединен с первым выходом блока селек- 1уш и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом дифференциатора, а выход через дешифратор соединен с первым входом второго блока совпадений, выход которого соединен с вторым выходом блока селекции, а второй вход через третий формирователь - с вторым входом блока селекции.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контроля дисперсных сред, и может быть использовано для определения концентрации и фракционного состава аэрозолей. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влияния виньетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращение времени анализа. Первый и второй фотоприемники визируют первый счетный объем, расположенный внутри большего по размерам второго счетного объема, который визируется третьим фотоприемником. Использование первого блока совпадений и специального блока селекции позволяет отличать одновременное попадание нескольких частиц в счетные объемы от попадания одной крупной частицы, что позволяет повысить точность измерений размеров и концентрации. Использование второго счетного объема, превосходящего по. размерам первый счетный объем, позволяет повысить скорость счета частиц и тем самым сократить время анализа. Устранение влияния виньетирования достигается использованием вложенных счетных объемов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с ел «1 СП со N9 СЛ

.1

Фиг.2

Фи&.3