Способ измерения дисперсности взвешенных частиц Советский патент 1993 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в химической технологии, метеорологии, контроле запыленности газов и жидкостей.

Цель изобретения - повышение скорости измерений.

. Указанная цель достигается тем, что в способе, включающем освещение потока частиц параллельным монохроматическим световым пучком, регистрацию фотоприемником рассеянного частицами света для различных значений углов рассеяния вперед, преобразование этого света в электрические сигналы, по которым и судят о дисперсности частиц, сканируют поток частиц изменением углового положения светового пучка, а о дисперсности частиц судят по значениям электрического сигнала в определенные моменты времени, выбранные в соответствии с законом сканирования светового пучка. При этом угловое положение светового пучка изменяют по гармоническому закону. Для расширения диапазона из- (si меряемых размеров частиц изменяют чувст- Ј™ вительность фотоприемника, увеличивая или уменьшая ее с увеличением или умень- Е шением угла рассеяния. Причем чувствительность фотоприемника изменяют прямо пропорционально кубу угла рассеяния. Сущность изобретения состоит в том, СО что применяемое в прототипе сканирование СЭ фотоприемника (точнее, вращающегося ди- О ска) относительно неподвижной оси пучка Јд) заменяют на порядки менее инерционным . сканированием оси пучка относительно не- vj подвижного фотоприемника. Именно этот существенный признак и обуславливает по- « вышение скорости измерений. Информа- ция, получаемая при сканировании пучка, та же самая, что и в прототипе - это значения индикатрисы рассеяния для некоторых выбранных углов рассеяния. По измеренным значениям индикатрисы рассеяния рассчитывают, пользуясь известными соотношениями, функцию распределения частиц по

размерам. Значения же различных углов рассеяния задают выбором для регистрации определенных моментов времени, в которые, соответственно с законом сканирования, ось пучка составляет нужные углы с угловым положением фотоприемника.

На фиг.1 представлена схема устройства для реализации способа, на фиг.2 - вид диафрагмы.

Устройство содержит: осветитель 1 (например, ОКГ), дефлектор 2 с блоком управления 3, приемный объектив 4 с фокусным расстоянием f, диафрагму 5 с отверстием 6, фотоприемник 7, селектор 8 и блок обработки 9. Блок управления 3 подключен, помимо дефлектора 2, также к фотоприемнику 7 и селектору 8.

С помощью данного устройства предложенный способ осуществляют следующим образом.

Параллельный световой пучок от осветителя 1 дефлектором 2 сканируют по углу в соответствии с управляющим напряжением блока 3. Положим, что угловое положение р пучка относительно главной оптической оси объектива 4 определяется соотношением: р (р т Sin a) t, а при t 0 ось пучка совпадает с осью объектива. Этим сканируемым пучком освещают поток частиц, пролетающих между дефлектором 2 и объективом 4 в направлении, указанном стрелками на фиг.1. Прямое излучение осветителя 1 попадает на диафрагму 5, и его траектория в процессе сканирования имеет вид линии длиной 2А (фиг.2), A ( f . Отверстие 6 в диафрагме 5 смещено относительно главной оптической оси объектива 4 на величину г0. Поэтому в каждый момент времени в плоскости диафрагмы 5 (фокальной плоскости объектива 4) центр отверстия 6 отстоит от центра пучка на расстояние г о - A Sin 0)1. Это соответствует угловому положению ip оси отверстия 6 относительно оси пучка в области пролета частиц

Го

ty po Sin cot, . Именно этотугол и является углом рассеяния. Итак, рассеянный частицами под углом ip свет подают на фотоприемник непрерывно. Селектор 8 пропускает на блок обработки 9 сигнал с фотоприемника 7 лишь в заданные моменты времени

ti 1

arcsm

(Ро 1р

,где ty - выбранш ----- рт ные заранее требуемые углы рассеяния. Блок обработки 9 регистрирует сигналы с фотоприемника 7 и по известным соотношениям, решая обратную задачу, определяет дисперсность частиц - функцию распределения частиц по размерам.

Известно, что с увеличением угла рассеяния количество рассеянного света уменьшается (имеется в виду среднее значение, усредненное по осцилляциям индикатрисы рассеяния), и чем крупнее частицы по сравнению с длиной волны, тем заметнее это уменьшение. Для дисперсных систем с широкой

функцией распределения частиц по размерам динамический диапазон сигналов рассеяния может быть весьма велик. Так для длины волны света 0,63 мкм и диапазона размеров 1...100 мкм в диапазоне углов рассеяния 10 ... 1,0 10

световой сигнал изменяется на пять порядков. Реализация электронного тракта, рассчитанного на такой диапазон, весьма затруднительна. Даже при наличии фотоприемника с таким большим диапазоном современная элементная база не позволяет достаточно несложным образом проводить измерения значений электрических сигналов во всем этом диапазоне с заданной точностью. Реально диапазон существующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) не превосходит четырех порядков. Однако если синхронно со сканированием светового пучка изменять чувствительность фотоприемника, то диапазон электрических сигналов можно заметно уменыиить(принеизменном диапазоне световых сигналов), чтобы согласовать большой динамический диапазон световых сигналов (при большом диапазоне размеров) с более узким диапазоном электрических сигналов, который имеют современные

АЦП. При этом имеется в виду, что в течение каждого цикла сканирования чувствительность приемника увеличивают от минимального значения (соответствующего минимальному углу рассеяния) до максимального (соответствующего максимальному углу). Затем, например, во время обратного хода светового пучка, чувствительность уменьшают до минимального значения. С увеличением угла рассеяния ее вновь увеличивают до максимального значения и т.д. То есть изменение чувствительности приемника производят периодически в некоторых заданных пределах - от минимального до максимального значений. Это. позволяет расширить диапазон измеряемых размеров. С

точки зрения упрощения последующей обработки целесообразно чувствительность фотоприемника изменять пропорционально ifi. Это может быть осуществлено известными средствами - например, изменением напряжения питания фотоэлектронного умножителя, изменением коэффициента усиления соответствующего усилителя.

Приведем некоторые численные оценки. Практически диапазон углов рассеяния

должен составлять ...1,. Это означает, чторо 10 3, ггт

0 . Известные пьезоэлектрические дефлекторы позволяют обеспечить требуемую амплитуду сканирования с частотой в несколько килогерц. То есть скорость измерений может быть повышена по сравнению с прототипом на один-два порядка. Кроме того, в данном способе количество углов рассеяния $ и их значения определяются чисто электронным трактом и могут легко меняться без какой- либо переделки конструкции (в зависимости от исследуемой среды). Это позволяет просто менять вводимую в блок обработки информацию в соответствии с требуемой точностью, допустимым временем обработки и т.д.

Формула изобретения 1. Способ измерения дисперсности взвешенных частиц, заключающийся в том, что освещают поток частиц параллельным монохроматическим световым пучком, регистрируют фотоприемником рассеянный частицами свет для различных значений углов

рассеяния вперед, преобразуют этот свет в электрические сигналы, по которым и судят о дисперсности частиц, отличающий- с я тем, что, с целью повышения скорости

измерения, сканируют поток частиц изменением углового положения светового пучка, а о дисперсности частиц судят по значениям электрического сигнала в определенные моменты времени, выбранные в

соответствии с законом сканирования светового пучка.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что угловое положение светового пучка изменяют по гармоническому закону.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых размеров частиц, изменяют чувствительность фотоприемника, увеличивая или уменьшая с увеличением или уменьшением угла рассеяния.

4. Способ по п.З, отличающийся тем, что чувствительность фотоприемника изменяют прямо пропорционально кубу угла рассеяния.

Сущность изобретения: поток взвешенных частиц сканируют световым пучком и регистрируют индикатрису рассеяния для выбранных углов рассеяния. Для расширения диапазона размеров измеряемых частиц синхронно со сканированием изменяют чувствительность фотоприемника в зависимости от угла рассеяния, в частности, пропорционально кубу угла рассеяния. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 1

Фиг. 2