Устройство для определения размеров и концентрации частиц в непрерывно протекающих жидкостях Советский патент 1991 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к приборам для измерения размеров микрообьектов, и может быть использовано для измерения размеров и концентрации частиц в жидкостях

Цель изобретения - одновременное повышение чувствительности и точности измерений размеров частиц.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы блоков.

Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, первый 3 и второй 4 фокусирующие обьективы, первый 5 и второй 6 экраны в виде усеченных полых конусов, проточную

оптическую кювету 7, первый 8 и второй 9 приемные объективы, первую 10 и вторую 11 диафрагмы, первый 12 и второй 13 фотоприемники, оборачивающую систему 14, состоящую из светоделителя 15 и трех зеркал 16-18, первый 19 и второй 20 усилители, первый 21 и второй 22 блоки определения уровня шума, первый 23 и второй 24 блоки автоматической подстройки амплитуды, блок 25 вычитания, пиковый детектор 26. пороговый элемент 27, цифровой анализатор 28 размеров, регистратор 29 и блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений.

Лазер 1, коллиматор 2, первый фокусирующий объектив 3, первый экран 5, проточО

3

СП GO XI

мая оптическая кюпета 7, второй экран 6, второй фокусирующий обьектив 4 и оборачивающая система 14 расположены последовательно на одной оптической оси. Фокусирующие объективы 3 и 4 установлены на фокусном расстоянии от проточной оптической кюветы 7. Экраны 5 и 6 закреплены соответственно на обьективах 3 и 4. Оборачивающий блок 14 выполнен по схеме равноплечего интерферометра с совмещенными входом и выходом и держит расположенные поуглам квадрата светоделитель 15 и три зеркала 16 - 18. Каналы регистрации, каждый из которых состоит из последовательно связанных приемного объектива 8 или 9, диафрагмы 10 или 11, фотоприемников 12 или 13, установлены симметрично относительно оптической оси фокусирующих объективов 3 и 4 под равными углами к ней. С выходами фотоприемников 12 и 13 соединены усилители 19 и 20, к выходу которых попарно подключены блоки 23 и 24 автоматической подстройки амплитуды и схемы 21 и 22 определения уровня шума. Последние своими выходами связаны с управляющими шинами блоков 23 и 24 автоматической подстройки амплитуды, выходы которых соединены с входами блока 25 вычитания. Блок 25 вычитания, пиковый детектор 26, пороговый элемент 27, цифровой анализатор 28 размеров и регистратор 29 соединены последовательно. Блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений подключен к управляющей шине анализатора. Блок 25 вычитания представляет собой дифференциальный усилитель. Пиковый детектор 26 построен по классической схеме, в которой параллельно накопительному конденсатору подключен резистор. Пороговый элемент 27 выполнен на последовательно соединенных усилителе-ограничителе и триггере Шмидта. Блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений представляет собой таймер. Цифровой анализатор 28 размеров осуществляет анализ длительностей импульсов и выполнен по обычной схеме. Регистратор 29 представляет собой многоканальный цифровой индикатор.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от лазера 1 расширяется коллиматором 2 и попадает в первый фокусирующий объектив 3, который фокусирует его в проточную оптическую кювету 7. Излучение, прошедшее проточную оптическую кювету 7, собирается вторым фокусирующим объективом 4 и направляется в оборачивающий блок 14. Обернутый в пространстве световой поток вновь фокусируется вторым фокусирующим объективом 4 в проточной оптической кювете 7. При этом формируется освещенная зона, образованная лучами, направленными в нее с двух

противоположных сторон.

При прокачивании через проточную оптическую кювету 7 исследуемой жидкости частицы, находящиеся в ней. пересекают освещенную зону и рассеиваютсветовое из0 лучение. Рассеянное излучение через приемные объективы 8 и 9 и диафрагмы 10 и 11 направляется на фотоприемники 12 и 13. На фотоприемники 12 и 13 попадает излучение, рассеянное частицами в зоне счетного объ5 ема как вперед (относительно потока, фокусируемого первым объективом 3), так и назад (относительно потока, фокусируемого вторым объективом 4). При этом каждый фотоприемник суммирует рассеянное излуче0 ние вперед и назад, следовательно, суммируются соответствующие сигналы рассеяния. Это позволяет увеличить амплитуду от малых частиц, для которых характерно рэлеевское рассеяние.

5В процессе прокачивания среды через

капилляр на выходах фотоприемников формируются две последовательности сигналов, при этом каждой зарегистрированной частице соответствует по одному импульсу

0 в каждом канале (фиг. 2, U12, U13).

Усиленные по переменному току в усилителях 19 и 20 последовательности сигналов поступают в блоки автоматической подстройки амплитуды 23 и 24 и блоки 21 и

5 22 определения уровня шума, осуществляющие регулировку сигналов в соответствие с изменением уровня шума. Совместная работа этих блоков позволяет исключить влияние флюктуации мощности источника

0 света. Причем на выходе получают попарно следующие сигналы рассеяния, имеющие одинаковую в паре амплитуду. Эти сигналы поступают в блок 25 вычитания. На его выходе получают разнополярные импульсы

5 (U25). Их длительности на нулевом уровне равны длительностям фронтов сигналов с фотоприемников. Амплитуда разнополяр- ных импульсов пропорциональна временному несовпадению и амплитуде входных

0 сигналов.

Импульсы с блока 25 вычитания подаются в пиковый детектор 26, имеющий цепь разряда. Длительности сигналов на выходе порогового элемента, имеющего цепь раз5 ряда, пропорциональны длительностям и амплитудам разностных сигналов, так как пиковый детектор повторяет фронты входных сигналов, а спады определяются их амплитудой (U26) Следовательно, длительности сигналов на выходе пикового детектоpa пропорциональны размерам частиц (в длительностях этих сигналов заложена информация об амплитуде, фронтах и временном несовпадении сигналов рассеяния в двух каналах). Сигналы с пикового детек- тора ограничиваются на нулевом уровне пороговым элементом 27, на выходе которого формируются прямоугольные импульсы, длительности которых равны длительностям входных сигналов (U27). Таким образом, длительности прямоугольных импульсов пропорциональны размерам частиц. Длительности анализируются цифровым анализатором 28 размеров, в котором по ним определяются размеры и разносятся по ка- налам, имеющим определенные диапазоны размеров. Блок 30 формирования импульсов начала и конца измерений через фикси- рованные интервалы времени подает импульсы на управляющие шины анализа- тора 28. В связи с тем, что скорость прокачки жидкости через капилляр постоянна (обеспечивается конструктивно при помощи насоса), интервалы между импульсами соответствуют определенному постоянно- му объему жидкости и могут служить для определения концентрации.

Количество частиц в каналах по размерам за определенный интервал времени отображается на регистраторе 29.

Увеличение чувствительности и точности в устройстве достигается за счет снижения уровня шумов при формировании разностного напряжения U 25, а также за счет применения в качестве оборачиваю- щей системы равноплечего интерферометра, позволяющего получить равномерное освещение измерительного объекта излучением, возвращаемым в измерительный объем.

Формула изобретения Устройство для определения размеров и концентрации частиц в непрерывно про

текающих жидкостях, содержащее лазер, на оптической оси которого последовательно размещены коллиматор, первый фокусирующий объектив, первый экран, выполненный в виде полого усеченного конуса с диафрагмой в его меньшем основании, проточную оптическую кювету в виде капилляра, второй экран, выполненный аналогично первому экрану, второй фокусирующий объектив, оборачивающий блок, а также разме- щенные симметрично относительно оптической оси под равными углами к ней оптически сопряженные с проточной оптической кюветой через соответственно первый и второй приемные объективы, первую и вторую диафрагмы, первый и второй фотоприемники, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым усилителями, пороговый элемент, выход которого соединен с информационным входом анализатора размеров, выход которого соединен с входом регистратора, а управляющий вход - с выходом блока формирования импульсов начала и конца измерений, отличающееся тем. что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в него введены первый и второй блоки автоматической подстройки амплитуды, первый и второй блоки определения уровня шума, блок вычитания, пиковый детектор, при этом выходы первого и второго усилителей соединены соответственно с входами первого и второго блоков автоматической подстройки амплитуды, управляющие входы которых через соответственно первый и второй блоки определения уровня шума соединены с выходами соответственно первого и второго усилителей, а выходы - соответственно с первым и вторым входами блока вычитания, выход которого соединен через пиковый детектор с входом порогового элемента, а оборачивающий блок выполнен в виде равноплечего интерферометра.

/ гпф

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к приборам для измерения размеров микрообъектов, и может быть использовано для измерения размеров и концентраций частиц в жидкостях. Целью изобретения является одновременное повышение чувствительности и точности измерений размеров частиц. Цель изобретения достигается за счет применения в двухканальном измерителе размеров частиц в качестве оборачивающей системы равноплечего интерферометра, позволяющего получить равномерное освещение измерительного объема излучением, прошедшим через оптическую кювету и возвращаемым в измерительный объем, а также применением в электронной части схемы вычитающего устройства, что в сочетании с блоками измерения уровня шума и блоками автоматической подстройки амплитуды позволяет значительно повысить достоверность получаемой информации о размерах частиц. 2 ил.

лсдо/.91

vn

V13

V25

U26

V27

Фи$. 2