Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц Советский патент 1991 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик дисперсных систем в химической промышленности, метеорологии, медицине при контроле запыленности газов и жидкостей.

Целью изобретения является повышение достоверности измерений за счет постоянства контроля стабильности коэффициента преобразования.

Сущность изобретения состоит в том, что практически постоянный (в каждом цикле сканирования) контроль стабильности коэффициента преобразования обеспечивается при любом, в том числе и достаточном малом, уровне фоновой засветки фотоприемного блока, причем калибровочный световой сигнал на

световые импульсы от регистрируемых частиц не влияет.

На фиг. 1 представлена блок-схема регистратора; на фиг. 2 - эпюры напряжений U ) на выходах 1-х блоков фиг. 1 (i 3,13, 9, 10, 11), поясняющие способ.

Регистратор содержит осветитель 1, дефлектор 2 с блоком 3 управления, фокусирующий объектив 4, иглу 5, све- толовушку 6, фотоприемный блок, состоящий из приемного объектива 7, ди- « афрагмы 8 поля зрения и фотоприемника 9, электронные ключи Ю, 11, подсоединенные к выходу фотоприемника 9 (к выходу фотоприемного блока), анализирующий блок 12, подсоединенный к выходу ключа 10, блок 13 задания интервалов регистрации, подключенный

Ю

Ctf

to

своим входом к блоку 3 управления дефлектором 2, и блок 14 контроля. Неинвертированный выход блока 13 подключен к управляющему входу ключа 10, инвертированный - к управляющему входу ключа 11, а выход ключа 11 - к входу блока 14 контроля.

Поток исследуемых частиц движется перпендикулярно плоскости чертежа через область светового пучка, находящуюся в пределах поля зрения, формируемого объективом 7 и диафрагмой 8. Сканирование светового пучка дефлектором 2 осуществляется в плоскости чертежа (штриховыми линиями на фиг. 1 обозначены крайние положения этого пучка). Игла 5, выполненная так, что искажения, вносимые ею в поток исследуемых частиц, являюся минимальными , установлена в пределах поля зрения фотоприемного блока на расстоянии от оси объектива 4, равном амплитуде сканирования (при этом игла 5 лежит в фокальной плоскости объектива 4).

Регистратор работает в соответствии с предлагаемым способом следующим образом.

Блок 3 управления дефлектором 2 формирует управляющее напряжение U (фиг. 2) с периодом повторения Т, меньшим времени пролета исследуемых частиц через неподвижный пучок (Т fc ). В соответствии с этим периодом повторения сканируется (перемещается в плоскости чертежа) и световой пучок от осветителя 1. В пределах поля зрения фотоприемного блока (вблизи фокальной плоскости объекти- ва 4) линейная амплитуда сканирования заведомо превосходит диаметр сфокусированного пучка. Каждая исследуемая частица, пролетающая через пучок, формирует при этом не один импульс рас- сеянного света, а несколько (пачку импульсов). Эти импульсы собираются объективом 7 на фотоприемник 9 и преобразуются в электрические импульсы

то ключ 10 пропускает эти импульсы

0

5

0

5

о 5

(U

0

5

to

фиг. 2) на анализирующий блок

Ј соответ12. Интервалы времени вне ствующие крайним положениям светового пучка, являются нерабочими. В эти интервалы сигнал на анализирующий блок не поступает (импульсы с инвертированного выхода блока 13 - U Фиг. 2). Поскольку игла 5 установлена так, что импульсы рассеянного ею света не попадают в интервалы Ј , то эти импульсы не будут оказывать влияния на результаты измерений. В то же время именно эти калибровочные импульсы проходят через ключ 11 (U фиг. 2) на блок 14 контроля.

Амплитуда калибровочных импульсов определяется размерами острия иглы, коэффициентом отражения и т.д. и может быть выбрана практически любой, независимо от уровня фоновой засветки. Таким образом, калибровочный световой сигнал подается на вход фотоприемного блока в каждом цикле сканирования (с достаточно высокой частотой 4 10 Гц). Измерения же проводятся с частотой, не превышающей частоту сканирования, так что с точки зрения контроля стабильности можно считать, что этот сигнал подается постоянно.

Блок 14 контроля предназначен для измерения амплитуд калибровочных импульсов и их сравнения с заданным значением. Если амплитуды находятся в заданных пределах, это означает, что и коэффициент преобразования регистратора лежит в заданных пределах.

Измеряемые частицы, импульсы от которых совпадают во времени с инвертированными импульсами блока 13, вообще говоря,, могут оказывать определенное влияние на результаты контроля, однако для нормальной работы регистратора, т.е. для того, чтобы обеспечить малость погрешностей за счет одновременного нахождения в поле зрения фотоприемного блока двух и более частиц,

(Utj, фиг. 2). Для уменьшения влияния -Q необходимо выполнить условие: Ft 1 ,

краевых эффектов в каждом цикле сканирования блок 13 формирует управляющие импульсы, которые задают интервалы регистрации длительностью - (, , )фиг. 2), открывающие ключ 10. Если частица пролетает через центральную зону области сканирования так, что соответствующие электрические импульсы попадают в интервалы регистрации,

где F - средняя частота пролета частиц через поле зрения; t - время пролета частиц через неподвижный пучок (практически Ft 0,1). Но поскольку

55 --- 3 (для обеспечения достаточно

узкой аппаратной функции в регистраторе со сканируемым световым пучком), то FT + 0,03.

где F - средняя частота пролета частиц через поле зрения; t - время пролета частиц через неподвижный пучок (практически Ft 0,1). Но поскольку

--- 3 (для обеспечения достаточно

узкой аппаратной функции в регистраторе со сканируемым световым пучком), то FT + 0,03.

Но средняя частота пролета частиц через граничные области сканирования меньше частоты пролета частиц через всю область сканирования. При максимально допустимой концентрации частиц, даже если соответствующие им импульсы имеют ту же амплитуду, что и калибровочные импульсы, регистрируемый олоком 14 сигнал изменяется не более чем на единицы процентов по сравнению со случаем очень малой концентрации частиц, что несущественно.

Положительный эффект состоит в том; что практически постоянный контроль стабильности коэффициента преобразования обеспечивается независимо от уровня фоновой засветки фотоприемного блока.

Формула изобретения

Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц, содержащий последовательно расположенные осветитель, дефлектор с блоком управления, фокусиру/J

J

ющий объектив и фотопрмемный блок, соединенный через электронный ключ с анализирующим блоком, блок задания ин- тервалов регистрации, подключенный к управляющему входу ключа, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений за счет постоянства контроля стабильности коэффициента преобразования, регистратор дополнительно содержит иглу, установленную в пределах поля зрения фотоприемцого блока на расстоянии от оси фокусирующего объектива, не мень5 шем расстоянии светового пучка от

указанной оси в момент, времени, соответствующий концу интервала регистрации, и не большем амплитуды сканирования пучка, а также второй электронный ключ и блок контроля, последовательно подключенные к фотоприемному блоку, причем управляющий вход второго ключа соединен с инвертированным выходом блока задания интервалов регистрации.

Фиг.

Фиг. 2