Нефелометр для измерения индикатрисы рассеяния аэрозолей Советский патент 1989 года по МПК G01N21/47 

СП

о о со

со

Изобретение относится к оптическим методам измерения характеристик аэрозолей и может использоваться, например, в метеорологии. Цель изобретения - повышение точности измерения. Нефелометр содержит источник зондирующего излучения 1 ,приемное устройство 2, механизм вращения и два плоских зеркала 3 с изменяющимся по длине коэффициентом отражения. Зеркала 3 параллельны зондирующему пучку и расположены по обе стороны от него, при этом приемное устройство 2 находится между зеркалами 3 . При повороте приемного устройства 2 вследствие переотражений зеркалами 3 рассеянного аэрозолем излучения увеличивается или уменьшается визируемый объем аэрозоля. Ход лучей таков, что с некоторым приближением увеличение рассеивающего объма компенсирует уменьшение интенсивности рассеяния в области углов около 90°. Изменяющийся по длине зеркал коэффициент отражения делает чувствительность нефелометра плавно изменяющейся в зависимости от угла поворота приемного устройства. 4 ил.

(риеЛ

Изобретение относится к технике для определения параметров аэрозолей оптическим методами и может быть использовано в метеорологии ддя яссле- дования атмосферы.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

На фиг.1 показана оптическая схема предлагаемого нефелометра; на фиг.2 - приемное устройство, разрез на фиг.З - ход лучей, показывающий уменьшение чувствительности вследствие экранирования лучей зеркала приемного устройства на фиг,4 - ре. зультаты расчета чувствительности нефелометра, выходного сигнала с фотоприемника и индикатрисы рассеяния, для которой вьтолнен расчет выходного сигнала,

Нефелометр содержит источник 1 зондирующего излучения, приемное устройство 2 и два зеркала 3, расположенных параллельно зондирующему пучку и расположенных с двух сторон от пучка, при этом приемное устройство 2 находится между зеркалами 3, Приемное устройство 2 находится между зеркалами 3. Приемное устройство 2 (фиг.2) соединено с механизмом 4 вращения и содержит зеркало 5, объектив 6 и фотсприемник 7.

Устройство работает следующим образом.

Приемное устройство 2 посредством механизма 4 вращения вращается вокру оптической оси объектива 6 до отражения, при этом рассеянное аэрозолем излучение, отразившись от зеркала 5, направляется на объектив 6 и далее на фотоприемник 7. В зависимости от угла поворота зеркала вследствие переотражений лучей от зеркал 3 в объектив попадает больше или меньше рассеянного света. На фиг.1, например, для угла 0, 13° между оптической осью источника 1 зондирующего излучения и оптической осью приемного устройства 2.рассеивающий объем удваивается, а для.угла 0 30° - утраива- ется, для угла 6,, 79° объем увеличивается в 15 раз. Увеличение рассеивающего объема компенсирует уменьшение интенсивности света для большинства аэрозолей. Увеличение рассеян- ного излучения при постоянном поле зрения способствует увеличению точности измерений. Кроме того, за счет увеличения рассеивающего объема

5

o 0

5 0 5 о 5

уменьшаются ошибки, вызванные неоднородностью плотности и структурь аэрозоли.

Для диапазона углов, примерно равного 82-98, вследствие экранирования лучей зеркалом 5 приемного устройства 2 чувствительность нефелометра падает, оставаясь тем не менее в два раза больше, чем в схеме без зеркал (для & 90). На фиг.З показан ход лучей для этого случая. Видно, что при дальнейшем увеличении угла 6 луч о( будет экранироваться зеркалом 5 приемного устройства 2. Изменяя длины L и L и ширину h, можно изменять диапазоны углов, для которых увеличивается pacceивaюш й объем вследствие переотражения рассеянного излучения. Если коэффициент отражения зеркал 3 постоянен по длине, то чувствительность нефелометра в момент перехода поля зрения на край зеркала 3 (или с края зеркала) будет изменяться ступенчато, что явится дополнительным источником ошибок измерений. Чтобы получить плавно изменяющуюся зависимость чувствительности от угла рассеяния, зеркала 3 выполнены с изменяющимся по длине коэффициентом -отражения по закону, близкому к линейному. Возможны разные варианты исполнения таких зеркал, например на стеклянную пластину на одну сторону наносится зеркальное покрытие (серебрение с защитой окисью алюминия), а на другую поверхность наносится никелевое покрытие переменной толщины. Зеркало ставится слоем никеля в сторону аэрозоли.

На фиг.4 приведены результаты ориентировочного расчета чувствительности нефелометра S (кривая 8) и выходного сигнала с фотоприемника 7 (кривая 9) .

Выходной сигнал получен для аэрозоли с индикатрисой рассеяния I, ход которой приведен на фиг.4 (кривая 10). Все кривые даны в относительных единицах. Для диапазона углов 82-98 расчеты не проводились. Коэффициент отражения зеркала принят равным 0,96. Для верхнего зеркала 3 (фиг.1) на участке длиной 88 мм коэффициент отражения изменяется по линейному закону от О до 0,96, для нижнего зеркала так же, но на участке длиной 55 мм. При расчете выходного сигнала учитывалось также увеличение сигнала за

5

счет увеличения поля зрения в вертикальной плоскости при повороте зеркала от О до 90. Достигается увеличение сигнала в П раз.

Формула изобретения Нефелометр для измерения индикатрисы рассеяния аэрозолей, содержащий источник коллимированного зондирующе-jg го излучения и приемное устройство, оптически связанные между собой через рассеивающий объем, и механизм вращения приемного устройства, отличающийся тем, что, с целью

1500

5

фиг 2

J; 2/; J (атн. е

-jg з 5009196

повышения точности измерений, нефелометр дополнительно содержит два зеркала с изменяющимся по длине в зависимости от вида измеряемой индикатрисы рассеяния коэффициентом отражения, зеркала установлены параллельно оптической оси источника зондирующего.-IK излучения с двух сторон от нее, приемное устройство установлено между зеркалами, при этом зеркала установлены с возможностью перемещения в параллельном и перпендикулярном относительно оптической оси источника 5 зондирующего пучка направлениях.

/ /

3 дзигЗ