Способ определения размеров частиц в проточной среде Советский патент 1992 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к Способам измерения размеров микрообъектов, и может быть использовано для определения размеров и концентраций частиц в воздухе, технологических газах и жидкостях.

Известен способ определения размеров частиц в проточной среде, по которому формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосходящую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассеянное частицами излучение при прохождении им измерительной зоны, ампли- тудно делят рассеянный поток на два потока, один из потоков экранируют в центре измерительной зоны, осуществляют фотоэлектрическое преобразование световых потоков, по длительности провалов импульсов, полученных в результате фотоэлектрического преобразования экранированного потока, судят о прохождении частицами заданной измерительной зоны, блокируют импульсы, полученные в результате фотоэлектрического преобразования неэкранированного потока, от частиц, не проходящих заданную зону, по амплитудам неблокированных сигналов определяют размеры частиц.

Для этого способа характерна низкая точность измерения. Точность снижена погрешностями, связанными с высоким уровнем шумов излучения, посредством

00

о

которого формируется измерительная зона, с зависимостью измеряемых амплитуд результирующих сигналов от природы частиц и участка измерительной зоны, через который они проходят, с ошибками определения длительностей провалов импульсов при большом диапазоне амплитуд и фиксированном относительном уровне измерения.

Наиболее близким к изобретению является способ определения размеров частиц в проточной среде, по которому, формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосходящую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассеянное частицами излучение при прохождении ими измерительной зоны, рассеянный поток пространственно делят на два потока так, что граница раздела совпадает с направлением движения среды, осуществляют фотоэлектрическое преобразование разделенных, световых потоков, по наличию обоих электрических сигналов судят о прохождении частицами заданной измерительной зо- ны, блокируют сигналы от частиц, не проходящих через заданную зону, неблокированные сигналы суммируют, по суммарной амплитуде определяют размеры частиц.

Способ имеет низкую точность измерения. Точность снижена погрешностями, свя- занными с зависимостью амплитуд электрических сигналов от материала час-, тиц, с неоднозначностью зависимости амплитуд сигналов от размеров частиц, с шумами освещающего излучения, с флукту- ациями освещенности в измерительной зоне из-за колебаний мощности освещающего излучения, с паразитными засветками, с возможностью регистрации одновременно нескольких частиц, попавших одновременно в измерительную зону и дающих два сигнала, а по способу идентифицируемых как одна частица большего размера.

Цель изобретения - повышение точности измерений в случае совпадения скоростей частиц и среды.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения размеров частиц в проточной среде, по которому формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосходящую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассеянное частицами излучение при прохождении ими измерительной зоны, собранный рассеянный поток делят на два потока, осуществляют фотоэлектрическое преобразование разделенных рассеянных световых потоков, по амплитудам обоих электрических сигналов судят о прохождении частицами заданной измерительной зоны, блокируют

сигналы от частиц, не проходящих через заданную зону, по неблокированным сигналам определяют размеры частиц, в случае совпадения скоростей частиц, и анализируемой среды рассеянный частицами поток пространственно делят так, что граница раздела перпендикулярна направлению движения среды, выделяют центральную часть сечения одного из разделенных потоков вдоль направления движения среды в соответствии с размером заданной зоны, полученные в результате фотоэлектрического преобразования сигналы вычитают, причем о прохождении частицами заданной

измерительной зоны судят по равенству разнополярных импульсов разностного сигнала, а размеры частиц определяют по длительности перехода между максимальными разнополярными уровнями разностного

сигнала.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего способ.

Схема содержит лазер 1. коллиматор 2,

фокусирующий объектив 3, проточную кювету 4, приемный объектив 5, фотоприемники 6 и 7, направляющие объективы 8 и 9, диафрагму 10, объектив 11 переноса изображения, экран 12 с зеркальным покрытием.

усилители 13,14, вычитающее устройство 15, вентили 16, 17, инвертор 18. пиковые детекторы 19 и 20 с цепями управления, устройство 21 сравнения и схему 22. полуинвертор 23, пороговое устройство 24 с инверсным выходом, измеритель 25 временных интервалов, время-амплитудный преобразователь 26. управляемый ключ 27, анализатор 28, регистратор 29.

Способ определения размеров частиц в

проточной среде реализуется следующей цепью операций.

В исследуемой проточной кювете 4 формируют измерительную зону, превосходящую по размерам максимальный размер

частиц. Формирование осуществляется фокусировкой излучения лазера 1 коллиматором 2 и объективом 3 в кювете, через которую проходит анализируемая среда. Собирают рассеянное частицами излучеиие при прохождении ими измерительной зоны в определенном телесном угле посредством объектива 5. Собранный рассеянный поток пространственно делят на два потока. Деление выполняют экраном 12 так, что

граница раздела перпендикулярна направлению движения среды. В результате деления получают два симметричных сечения рассеянного потока, представляющие собой два полукруга. При прохождении частицей измерительной зоны получают ее

изображение сначала в одной полуплоскости, а затем во второй.

Выделяют экраном 12 центральную часть сечения одного из разделенных потоков вдоль направления движения среды в соответствии с размером заданной зоны, В результате выделения получают сечение в виде полукруга, ограниченного в направлении движения частиц. Ширина выделенной зоны соответствует заданной измеритель- ной зоне.

Осуществляют фотоприемниками 6 и 7 фотоэлектрическое преобразование разделенных рассеянных световых потоков, В результате получают от каждой частицы два электрических сигнала, разнесенных во времени.

Вычитают вычитающим устройством 15 сигналы, полученные в результате фото- электрического преобразования. Размоет- ный сигнал представляет собой сдвоенные разнополярные импульсы. При вычитании сигналов вычитаются многие шумы: шумы источника излучения, паразитные засветки и т.д.

По равенству амплитуд разнополярных импульсов разностного сигнала устройством 21 сравнения судят о прохождении частицами заданной измерительной зоны.

Блокируют сигналы от частиц, не прохо- дящих через заданную зону, ключом 27, о чем судят по амплитудам разнополярных импульсов.

По неблокированным разностным сигналам определяют размеры частиц путем измерения измерителем 25 длительности перехода между максимальными разнопо- лярными уровнями разностного сигнала. Это правомерно в связи с тем, что время перехода изображения частицы из одной разделенной полуплоскости во вторую пропорционально размеру частицы при постоянной скорости прокачки среды и совпадении с ней скорости частиц.

Преимущества данного технического решения заключаются в повышении точности измерений за счет вычитания шумов освещающего излучения и паразитной засветки при неизменной амплитуде сигнала и благодаря исключению погрешностей, связанных с несоответствием размерам частиц амплитуд сигналов рассеяния.

Формула изобретения Способ определения размеров частиц в проточной среде, по которому формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосходящую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассеянное частицами излучение при прохождении ими измерительной зоны, собранный рассеянный поток делят на два потока, осуществляют фотоэлектрическое преобразование разделенных рассеянных световых потоков, по амплитудам обоих электрических сигналов судят о прохождении частицами заданной измерительной зоны, блокируют сигналы от частиц, не проходящих через заданную зону, по неблокированным сигналам определяют размеры частиц, отличающийся тем. что, с целью повышения точности измерений в случае совпадения скоростей частиц и среды, рассеянный частицами поток пространственно делят таким образом, что граница раздела перпендикулярна направлению движения среды, выделяют центральную часть сечения одного из разделенных потоков вдоль направления движения среды в соответствии с размером заданной зоны, полученные в результате фотоэлектрического преобразования сигналы вычитают, причем о прохождении частицами заданной измерительной зоны судят по равенству разнополярных импульсов разностного сигнала, а размеры частиц определяют по длительности перехода между максимальными разнополярными уровнями разностного сигнала.

ч

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения размеров микрообъектов, и может быть использовано для определения размеров и концентраций частиц в воздухе, техно- логических газах и жидкостях. Целью изобретения является повышение точности измерений в случае совпадения скоростей частиц и среды. Цель достигается благодаря формированию в исследуемой среде измерительной зоны, превосходящей ло размерам максимальный размер частиц, выделению рассеянного частицами излучения при прохождении ими измерительной зоны, пространственному делению рассеянного частицами потока так, что граница раздела перпендикулярна направлению движения среды, выделению центральной части сечения одного из разделенных потоков вдоль направления движения среды в соответствии с размером заданной зоны, фотоэлектрическому преобразованию световых сигналов, вычитанию последних и суждению о прохождечии частицами заданной измеритедьной зоны и их размерах по равенству разнополярных импульсов и длительности перехода между максимальными разнополярными уровнями разностного сигнала. 1 ил. Ё