Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и концентрации взвешенных частиц Советский патент 1990 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим методам контроля, и может быть использовано при контроле запыленности газов и жидкостей для исследования дисперсного состава взвешенных частиц.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости за счет подавления влияния турбулентности исследуемой среды о

На фиго 1 представлена блок-схема . устройства для определения размеров и концентрации взвешенных частиц; на фиг.2 - схема хода оптических лучей, падающих на входную апертуру фотоприемного блока.

Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и концентрации .взвешенных частиц содержит лазер 1 , узел 2 формирования потока частиц, двухлучевой интерферометр 3 с первым

4, вторым 5 и третьим 6 зеркалами, дополнительное зеркало 7, фотоприемный блок 8 с диафрагмой 90

Плоскость 10 проходит через об- ласть пересечения пучка от лазера 1 и потока исследуемой среды„ L-расстоя ние вдоль оптической оси от плоскости 10 до плоскости диафрагмы 9 с учетом прохождения света в интерферо- метре 3.

На фиг01 не опказан блок обработки сигналов. По меньшей мере одно из зеркал 4,5 или 6 установлено с возможностью поворота вокруг оси, пер- пендикулярной плоскости чертежа, и с возможностью поступательного перемещения в направлении к поверхности этого з еркала«

Устройство работает следующим об- разом.

Поток частиц, формируемый узлом 2, освещают когерентным световым пучком от лазера 1. Затем из этого пучка (на выходе из исследуемой среды) формируют второй когерентный световой пучок полупрозрачным зеркалом 4 интерферометра 3, сдвигают фазовые фронты обоих пучков относительно друг друга на величину k в направле- нии потока частиц, перпендикулярном направлению распространения пучков. Этот сдвиг легко обеспечивается из-- вестным образом с помощью юстировки интерферометра 3. В результате интерференционная картина на выходе интерферометра 3 приобретает вид системы полос, перпендикулярных направлению потока.

Дополнительным зеркалом 7 интерферирующие пучки направляют на диафрагму 9, выделяющую область минимальной интенсивности интерференционной картины, которая и попадает во входную апертуру фотоприемного блока 8. Дополнительное зеркало 7 позволяет обеспечить высокий контраст интеференционной картины даже в том случае, когда отношение коэффициента отражения к коэффициенту пропускания для зеркала 4 отлично от единицы. Фотоприемный блок может быть установлен также непосредственно на другом выходе зеркала 4„

В отсутствие исследуемых частиц в световом пучке интерференционная

картина является невозмущенной и уровень светового сигнала на фотоприемнике является минимальным. Этот минимальный уровень определяется рассеянием света на элементах оптического тракта, размерами диафрагмы 9 и другими конструктиврыми особенностями устройства.

При попадании частиц в световой : пучок интерференционная картина возмущается , причем прпадание одной частицы в пучок на входе в интерферометр приводит к тому, что каждый из интерферирующих пучков является возмущенным (поскольку оба пучка формируются из одного и того же исходного пучка), т,еа в каждом из интерферирующих пучков интенсивность в некоторой области будет отличаться от интенсивности в случае отсутствия частицы. На фиг.2 обозначены центры 11 и 12 соответст-, вующих возмущений от одной частицы. Для того, чтобы эти возмущения привели к изменению интенсивности в интерференционной картине, необходимо, чтобы в плоскости диафрагмы 9 они не компенсировали друг друга. Для сравнительно крупных частиц с сильно вытянутой вперед индикатрисой рассеяния при достаточно большой величине сдвига & волновых фронтов возможно пространственное разнесение указанных возпущений. Для мелких же частиц, размеры которых соизмеримы с длиной волны А излучения такая ситуация практически нереализуема, тем более что величина & не должна превосходить внутреннего масштаба турбулентности исследуемой среды0 В воздухе этот масштаб составляет примерно 1 мм, таким образом &«. мм В то же время, если разность хода от центров возмущений до центра диафрагмы 9 (фиг.2) превосходит половину длины волны излучения, то полная компенсация возмущений в плоскости диафрагмы не будет иметь места, тем более что диафрагма имеет конечные размеры, сравнимые с Л « Но это означает, что i

, т.е. сдвиг Д волновых фронтов должен быть не меньше радиуса первой зоны Френеля в области пролета исследуемых частиц относительно диафрагмы фотоприемника, В этом случае наличие частицы в световом пучке приводит к увеличению интенсивности света, попадающего на фотоприемник. А поскольку частицы движутся в направлении разнесения световых

пучков, то соответствующие возмуще- ния интерференционной картины пересекают диафрагму 9, т.е. от каждой частицы формируются два фотоэлектрических импульса с возможным частичным перекрытием во времени. По количеству этих пар судят о концентрации частиц, а по амплитуде импульсов - о размерах частиц.

Таким образом, в данном случае возможно измерение размеров и кон- ; центрации взвешенных частиц при пространственном разнесении пучков, не превышающем внутреннего масштаба турбулентности исследуемой среды. Соответственно в этом случае существенно уменьшается влияние на измерения неизбежной турбулентности исследуемой среды.

Формула изобретения

Фотоэлектрическое устройство для определения размеров и концентрации взвешенных частиц, содержащее лазер, на оптической оси которого размещен пересекаемый осью узла формирования потока счетный объем, оптически сопряженный через двухлучевой интерферометр с фотоприемным блоком, выход которого соединен с входом блока обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости за счет подавле5 ния влияния турбулентности исследуемой среды, двухлучевой интерферометр выполнен в виде кольцевого интерферометра, при этом интерферометр расположен так, что его входная апертура находится на оптической оси лазера последовательно после счетного объема.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле запыленности газов и дисперсного состава взвешенных частиц в жидкости. Цель изобретения состоит в повышении помехоустойчивости за счет уменьшения влияния турбулентности исследуемой среды. В устройстве, включающем лазер, вдоль оптической оси которого установлены узел формирования потока частиц, двухлучевой интерферометр и фотоприемный блок, интерферометр установлен между узлом формирования потока и фотоприемным блоком и выполнен по кольцевой схеме. При этом пучок и прошедший поток частиц совмещают с вторым когерентым пучком и регистрируют фотоприемником изменение интенсивности в минимуме образовавшейся при сложении двух пучков интерференционной картины, по которой судят о размерах и концентрации частиц. Второй когерентный пучок формируют из пучка, прошедшего исследуемую среду, сдвигают фазовые фронты обоих пучков относительно друг друга в направлении потока частиц на величину, большую радиуса первой зоны Френеля в области пролета исследуемых частиц относительно фотоприемника и не превышающую внутреннего размера турбулентности исследуемой среды. 2 ил.

фиг.1

Составитель Р.Иванов Редактор М.Циткина Техред Л.Олийнык

Заказ 266

Тираж 499

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

:Ј,

Производственно-издательский комбинат Патент, г.Ужгород, ул. Гагарина,101

Корректор С.Черни

Подписное