Способ определения параметров дисперсных частиц Советский патент 1992 года по МПК G01N15/02 

мощиьй импульсный лазер 10, ЭВМ 11 и исследуемый объем 12 (условно). Устройство работает следуюпаж образом.

Излучение зондирующего лазера 1 направляется в исследуемый объем 12. Отраженное от дисперсных частиц излучение, проходя резонатор лазера 1, усиливается, отражается от све- тоделительной пластины 4, проходит через светофильтр 5 и попадает на фотоприемник 6. На фотоприемник 6 попадает также часть излучения непосредственно из резонатора лазера 1. Квадратичный фотоприемник 6 регистрирует спектр частот биения интенсивности отраженного и зондирующего излучений. Сигнал фотоприемника 6 запоминается в памяти АЦП 7, воспроизводится ПАП 8, разлагается по частотам анализатором 9 спектра импульсов анализируется на ЭВМ 11 Импульс мощного лазерного излучения на другой длине волны попадает в исследуемую среду, сообщая частицам дополнительную скорость в направлении распространения луча. Спектр частот биений интенсивности запоминается в блоке памяти АЦП 7, а изменение спектра частот биений анализируется на ЭВМ 11 о

Физический механизм движения частиц в оптическом поле мощного луча основан на эффекте светового даления.

Выбор диапазона интенсивности 1-10 МВт/см,воздействующего импульса лазерного излучения обусловлен .тем, что при меньших интенсивностях заметного изменения скорости не происходит, а при больших интенсивностях скорости частиц не зависит от их размера.

. Интенсивность зондирующего излучения ограничена величиной 100 КВт/см обусловленной тем, что при дальнейшем увеличении интенсивности происходит заметное воздействие излучения на частицы.

Расшифровка допплеровских частотных спектров биений ведется с учетом того обстоятельства, что исходный (невозмущенный) спектр уже, чем возмущенный. Возможны два случая: частицы движутся навстречу и по направлению распространения лазерного излучения. В первом случае возмущенный спектр содержит частоты ниже, чем исходный (невозмущенный). Во

втором случае возмущенный спектр вытягивается только в сторону баль- пих частот. Для получения истинной функции распределения по скоростям производится операция вычитания из каждого значения скорости возмущенного спектра значения средней скорости невозмущенного ансамбля частиц.

Размер а,, частиц, принадлежащих к i-му размерному интервалу, определяется с помощью соотношения

;

2716

I injCL 2 I . , , . , I

0

5

5

0

5

0

0

где

5

цg - динамическая вязкость

газовой среды; К - волновое число воздействующего лазерного излучения; 1 - интенсивность воздействующего лазерного излучения; р - плотность вещества частицы;

- комплексный показатель преломления частиц; Д ., - длина волны зондирующего

лазерного излучения; - частота, соответствующая максимуму невозмущенного спектра биений; j - частота в возмущенном

спектре биений, соответствующая частицам i-ro размерного интервала. Число NJ частиц, попавших в i-й размерный интервал, определяется из соотношения

N SiSalС

(а V

где Р(а,-) - интерсивность излучения, I отраженного частицамл i-ro размерного интервала;

(л(а) - эффективное сечение рассеяния назад на частице, принадлежащей к 1-.му размерному интервалу; V - величина счетного объема;

С, - аппаратурная постоянная. Фор мула изобретения

Способ определения параметров дисперсных частиц, включающий зондирование исследуемого объема лазерным излучением с интенсивностью I, в пределах до 100 кВт/см, оптическое смешение отраженного назад исследуемыми дисперсными частицами лазерного излучения с зондирующим лазерным излучением, регистрацию частотного допплеровского спектра биейий и определ№ е по этому спектру распределения частиц по скоростям, отличающийся тем, что, с целью расширения информативное nt за счет дополнительного определения распределения частиц по размерам, исследуемый объем дополнительно подвергают воздействию импульса лазерного излучения с интенсивностью I, выбранной в пределах от 1 до 10 МВт/рм на длине волны, отличной

от дпины волны

зондирующего

лазерного излучения, регистрируют частотный, спектр отраженного зондирующего излучения, определяют изменения в частотном спектре биений, возникшие .в результате воздействия импульса лазерного излучения, из которых находят размеры а и число N. частиц, принадлежащих к i-му размерному интервалу, с помощью сле- дую1ф1х соотношений

JT. HL.

Sj. m«

+ 2

r-f-Uj(vrV,),

Pl§ji

(а,)

Cj

чч

где T.R динамическая вязкость

газовой среды; К - волновое число воздействующего лазерного из- лучения;

р - плотность вещества частиI 9

цы; Юд - комплексный показатель

преломления частицы;

ч) - частота, соответствующая максимуму невозмущенного спектра биений; 4 - частота в возмущенном

спектре биений, соответ- ствующая частицам i-ro

размерного интервала; Р(а,) - интенсивность излучения отраженного частицами i-ro размерного интерва- ла;

6с(в,) - эффективное сечение рассеяния назад на частице принадлежащей к i-му размерному интервалу;

V - величина счетного объегча; С, - аппаратурная постоянная.

12(iii

8

S

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим дистанционным методам контроля параметров взвешенных дисперсных частиц,и может найти применение в плазмохимиче- ской технологии. Цепь изобретения состоит в расширении информа гивноИзобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к методам дистанционного оптического контроля параметров взвешен - ных дисперсных частиц, и может найти применение, например, в плаз- мохимнческой технологии. Цель изобретения состоит в расширении информативности за счет дополнительного определения распределения частиц по размерам. сти за счет дополнительного определения распределения частиц по рав мерам. Объем с дисперсными частицами зондируют пучком маломощного лазерного излучения о Излучение, отраженное частицами, назад, оптически смешивают с зондирующим измерением, регистрируют частотный спектр бие- НИИ, из которого находят распределение частиц по скоростям, затем одновременно с зондирукицим лазерным излучением счетньй объем подвергают воздействию мощного лазерного импульса на длине волны, отличной от длин волны зондирующего лазерй. По изменению частотного спектра биений отраженного зондирующего лазерного излучения определяют распределение частиц по размерам. Из- ; менение допплеровского спектра биений возникает за счет нелинейных эффектов взаимодействия мощного лазерного измерения с дисперсными частицами, в результате которого частицы приобретают дополнительную скорость. 1 ил. На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего спо- соб определения параметров дисперсных частиц. Устройство содержит зондирующий лазер 1, первое 2 и второе 3 зеркала телескопа, светоделитель1ную пластину 4, светофильтр 5, фотоприемник 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, цифроаналоговьвЧ преобразователь (ЦЛП) 8, aHajDi;iaTop 9 спектра. g (Л ел о 00 1Й1 N9