Устройство для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц Советский патент 1991 года по МПК G01N15/02 

Фиг.1

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

Целью изобретения является уменьшение нижнего предела измеряемых размеров за счет снижения частоты сканирования без уменьшения скорости движения частиц.

На фиг. 1 представлена схема устройства, вид в направлении движения частиц; на фиг. 2 - то же, вид в направлении, перпендикулярном направлению движения частиц; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Устройство содержит осветитель 1 (например, ОКГ), дефлектор 2, объектив 3, фокус 4 которого лежит в области пролета частиц, цилиндрическую линзу 5 с фокусным расстоянием /, вогнутое сферическое зеркало 6 с радиусом кривизны R (установленное соосно с объективом 3) и при- емно-анализирующий блок 7. При этом цилиндрическая линза 5 расположена посередине между фокусом 4 объектива 3 и,зеркалом 6, причем ее фокусное расстояние выбрано равным половине расстояния между нею и зеркалом 6 и ориентировано так, что плоскость ее главного сечения перпендикулярна направлению движения частиц. Зеркало 6 имеет радиус кривизны /, равный расстоянию зеркала 6 от фокуса 4, и установлено с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси объектива и направлению движения частиц, вокруг оси, перпендикулярной плоскости чертежа (фиг. 2). При этом в фокальной плоскости объектива 3 отраженный от зеркала 6 пучок смещен в направлении движения частиц на величину, равную своему диаметру, относительно пучка, фокусируемого объективом 3 (фиг. 2). Приемно-анализирующий блок 7 установлен так, что собирает определенную часть света, рассеянного исследуемыми частицами при их пролете через световой пучок.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок от осветителя 1 дефлектором 2 сканируется в плоскости, перпендикулярной направлению движения частиц, с периодом повторения Т. Объектив 3 фокусирует пучок в область пролета частиц. В фокальной плоскости объектива 3 пучок а (фиг. 2) имеет диаметр 20, причем линейная амплитуда сканирования заведомо превосходит указанный диаметр. В плоскости главного сечения (фиг. 1) .цилиндрическая линза 5 строит на зеркале б действительное изображение пучка с коэффициентом увеличения, равным единице, поскольку расстояние от линзы 5 до фокуса 4 объектива 3 и до зеркала 6 равно 2f.

После отражения от зеркала 6 световой пучок линзой 5 собирается в фокальную плоскость объектива 3. Коэффициент

увеличения системы линза 5 - зеркало 6 с учетом двухкратного прохождения пучка через линзу 5 равен +1 в плоскости чертежа (фиг. 1) и -1 в плоскости чертежа (фиг. 2). Вследствие этого отраженный пучок b (фиг. 2) имеет тот же диаметр 2а, что и пучок а, формируемый объективом 3, и при сканировании пучка а в фазе с ним сканируется и пучок Ь. Но в направлении потока частиц пучки

а и b разнесены на величину 20 (фиг. 2). Поскольку при освещении частиц одним пучком период Т сканирования пучка и скорость движения частиц V связаны соотношением

15

где А - размер пучка (в фокальной плоскости объектива 3), в пределах которого неоднородность интенсивности не пре- 0 восходит заданной величины (положим для определенности, 20%), то любая частица хотя бы один раз будет пересечена достаточно однородной областью пучка. Для наиболее часто встречающегося гауссова профиля лазерного пучка Ддао, т. е. Т.у-- В

то же время, как показывают расчеты, для профиля интенсивности, обусловленного наложением двух гауссовых пучков с диа- Q метром 20 каждый, , если пучки смещены относительно друг друга на расстоя.30

ние

;20. В этом случае и Т1

При той же скорости V период сканиро- вания может быть в три раза больше, чем в случае освещения частиц одним пучком. Соответственно, в три раза увеличиваются длительности импульсов рассеянного частицами света и в три раза может быть уменьшена полоса пропускания электронного тракта. При этом улучшается отношение сигнал-шум и, следовательно, уменьшается нижний предел измеряемых размеров частиц.

При неизменном периоде сканирования скорость движения частиц может быть уве- личена в три раза. При этом уменьшаются погрешности, связанные с забором частиц из движущейся среды (допустимая скорость ветра повышается примерно в три раза).

50

Формула изобретения

Устройство для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц, содержащее осветитель, дефлектор, объектив и прием- но-анализирующий блок, отличающееся тем, что, с целью уменьшения нижнего предела измеряемых размеров за счет снижения частоты сканирования без уменьшения скорости движения частиц, в устройство введены вогнутое сферическое зеркало, расположенное соосно с объективом на расстоянии от фокуса объектива, равном радиусу кривизны зеркала, причем зеркало установлено с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси объектива и направлению движения частиц, а также цилиндрическая линза, расположенная соосно с осью объектива посередине между фокусом объектива и сферическим зеркалом и ориентированная так, что плоскость ее главного сечения перпендикулярна направлению движения частиц, причем фокусное расстояние линзы выбрано равным половине расстояния между линзой и зеркалом.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для определения характеристик дисперсных сред в химической промышленности, метеорологии, медицине, при контроле запыленности. Цель изобретения - уменьшение нижнего предела измеряемых размеров за счет снижения частоты сканирования без уменьшения скорости движения частиц. Устройство содержит осветитель I, дефлектор 2, объектив 3, фокус 4 которого лежит в области пролета частиц, цилиндрическую линзу 5, вогнутое сферическое зеркало 6 и приемно-анализирую- щий блок- 7. Изобретения позволяет уменьшить нижний предел измеряемых размеров, поскольку уменьшается частота сканирования (без уменьшения скорости движения частиц) за счет увеличения эффективного размера пучка (без уменьшения интенсивности), обеспечиваемого линзой 5 и зерка- лом 6 3 ил. sfi

А-А

Фиг.З