Спектрометр для аэрозолей Советский патент 1982 года по МПК G01N15/02 G01N21/17 

(54) СПЕКТРОМЕТР ДЛЯ АЭРОЗОЛЕЙ

Изобретение относится к оптическим устройствам для исследования рассеяния света на малые углы и может .быть использовано в лазерных спектрометрах аэрозолей.

Известен аэрозольный спектрометр, содержащий камеру, щели для поступления анализируемой среды, источник оптического излучения, линзу, фотодетектор, поляризаторы и поглотитель света 1.

Недостатком его является пониженная точность измерений.

Известен спектрометр аэрозолей, pai6oтающий на принципе регистрации рассеянного света под малыми углами 2.

Недостатком его является повышенная погрешность измерений, обусловленная наличием паразитного фона рассеянного излучения.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является лазерный спек1рометр аэрозолей, использующий оптическое устройство для исследования рассеяния света на малые углы 3.

Это устройство состоит из Не-Ne лазера, инжекционного сопла для ввода аэрозолей в лазерный луч, световой ловушки, фотоприемника, зеркала с отверстием, расположенного под углом 45° к главной оптической оси системы, линз и диафрагм.

Недостатком этого спектрометра является отсутствие системы для эффективного устранения паразитного рассеяния на оптических элементах и стенках устройства.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерений малых импульсов света, рассеянного на малые углы относительно главной оптической оси системы, путем исключения фона паразитного рассеяния на элементах оптической схемы.

Это достигается тем, что за устройством для разделения светового пучка, прошедшего через измерительный объем, на основной и рассеянный установлена линза, в фокусе которой находится измерительный объем, формирующая свет, рассеянный в измерительном объеме от паразитного рассеяния на различных элементах оптической схемы, а за ней установлено не менее одного экрана, выполненного в виде прозрачной пластины с непрозрачным кругом по центру. Диаметр круга меньше диаметра пучка направленного излучения. Центральная часть экранов предназначена для поглощения паразитного рассеяния. Каждый из экранов находится в следующем интервале расстояний от формирующей линзы: «, - {9,-1)ТГ-;) (9,-1)() расстояние от /-го элемента, явгде ui ляющегося источником паразитного рассеяния, до формирующей линзы; параметр f-ro элемента системы, равный , / параметр устройства для разделения светового пучка, рав„ d ныи -уг-; коэффициент, учитывающий рассеяние иа краях экранов (найден экспериментально), равный 0,88-0,92; d - диаметр отверстия в устройстве для разделения светового пучка; D - максимальный диаметр светового пучка рассеянного света, падающий на устройство для разделения светового пучка; F - фокусное расстояние формирующей линзы. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого спектрометра. Спектрометр содержит Не-Ne дазер 1, линзы 2-5, диафрагмы 6 и 7, инжекционное сопло 8, устройство 9 для разделения светового пучка, прошедщего через измерительный объем, на основной и рассеянный, световую ловущку 10, прозрачные пластикы с непрозрачным кругом в центре для задержания паразитного рассеяния и фотоэлектронный умножитель 14. Спектрометр работает следующим образом. Излучение Не-iNe лазера фокусируется линзой 2 на точечную диафрагму 6 (диаметром 40 мкм), отсекающую свет, рассеянный на элементах лазера, и попадает на линзу 3, фокусирующую его на измерительный объем, после которого световой пучок попадает в устройство для разделения светового пучка на основной и рассеянный в направлении малых углов. Последний попадает на формирующую линзу 4, которая преобразует свет, рассеянный на аэрозольной частице, в параллельный пучок, который проходит через систему стеклянных пластин 11-.13 с непрозрачным кругом в центре и фокусируется линзой 5 на вход фотоэлектронного умножителя. Паразитный свет поглощается пластинами II -13, .а основной лазерный луч через отверстие в устройстве 9 для разделения светового пучка попадает в световую ловущку 10. В процессе работы со спектром выявлена его эффективность по ликвидации фона засветки от паразитного рассеяния, который был снижен до уровня собственных шумов ФЭУ. Регистрация импульсов рассеянного света, выполненная с помощью спектрометра, позволила снизить нижний предел измеряемых частиц до 0,09 мкм, а разрещающую спосо|бность увеличить до 12 Ad Формула изобретения Спектрометр для аэрозолей, содержащий источник направленного излучения, систему фокусирующих линз и диафрагм, инжекционное сопло, устройство для разделения светового пучка, прощедшего измерительный объем, на основной и рассеянный, световую ловущку, формирователь рассеянного потока лучей и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью исключения фона паразитного рассеяния, формирователь рассеянного потока лучей выполнен в виде формирующей линзы, в фокусе которой расположен измерительный объем, а за формирующей линзой в направлении распространения рассеянного светоBQiro потока установлено не менее одного экрана, выполненного в виде прозрачной пластины с непрозрачным кругом по центру, диаметр которого меньще диаметра иу.чка направленного излучения, причем прозрачные пластины установлены в следующем интервале расстояний от формирующей линзы: (б,- 19,-1)/Г-Щ где ui - :расстоягние от г-го элемента, являющегося источником па.разитио по .рассеяния, до формирующей линзы; параметр t-ro элемента, равный 1 . параметр устройства для разделения светового пучка, равdныи диаметр отверстия в устройстве для разделения светового пучка; максимальный диаметр светового пучка, падающий на устройство для разделения светового пучка; фокусное расстояние формирующей линзы. экспериментальный коэффициент, равный 0,88-0,92. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: ,1. Патент США № 3564263, кл. , 1973. 2.Патент США № 3835.15, кл. 250-218, 1974. 3.«Staub Reintalt Luft, V, 30, № 6, p. , 1970 (прототип). .-ff у|. ucHcbriii лазерный PaccefHHf ju cfsin apJ.sumнып сЗет лич