Способ дисперсионного анализа частиц Советский патент 1986 года по МПК G01N15/02 

г/г.; 1 ,.iv -. .V.- - 71 Изобретение oTHbCHtdHк ехнике 6п рёделения дисперсного сбртава аэр(золей. . ; . . .. Известен способ дисперсионного ана лиза частиц по основному авт. св. № 545174, заключающийся в следующем. Исследуемые объекты освещают частично когерентным световым пучком, . получают их изображения на экра:не регистратора, затем в зависимости от параметров регистратора подбирают степень когерентности исто 1Нйка таким образом, чтобы при смещении, частиц относительно плоскости наводки (плоскость, наводки - плрскость в пространстве предметов оптически сопряженная с плоскостью регистратора) как в сторону объектива, так и в противоположнз ю cYopOHyV вокруг их изображений появлялось одно дифракционное кольцо HpkocTib которого выше яркЬстйс крзгжающего фона, интенсивность же последующих йьлёц не прёвьйпала йнтейсивности фЬна. ЙШёрёние внут реннего и внешнего Диаметров этого кольца позволяло судит о -размерах данной частицьг и ее удаления от плоскости наводки ohтйческой системы. Недостатком способа является невозможность определения направления смёщёййя частиц по отношению к плоскости наводки, поскольку частицы, смещенные как в сторону объектива, так и от него дают только одно ди. фракционное кольцо, по которому судить лишь о том, на каком расстоянии от плоскости наводки находит ся частица, но не с какой стороны этой плоскости. Поэтому в известном способе дли определения координат частиц в прОстранстве и направления траекторий их движения объектив оптической системы снабжают специаль,-;iitiiiiV -- - .-- - .---- - -- . -- - ;, . ,.,. НОЙ насадкой, предотвращаюп5ёйпопа. дание частиц в пространство между объективом иплоскЬСТью наводки. Применение насадки приводит к снижению информативности способа, так как в этом случае исЛользуется лишь половина рабочего объема. Кроме того .поверхность насадки. Находящаяся не посредственно в плоскости наводки, должна быть оптически идеально чистой во избежание погрешностей измерений, а ее близость к исследуемым объектам находящимся во взвешенном состоянии или в потоках, может привести к оса ждению частиц на поверхность насадки а следовательно, к увеличению погрсш 2 ности измерений. Принятие мер по предотвращению осаждения (нагрев насадки, подача электрического потенциала и т.д.) не дает желаемых результатов, так как при этом нарушаются условия невозмущения рабочего объема оптической системы и увеличивается погрешность измерений. Цель изобретения - повьш1ение информативности способа и точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно регистрируют вторые ди| ракциойные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц . Сущность способа поясняется чертежом (фиг.1, 2). Микрообъекты 1, освещаемые плоской вольной 2, находятся в поле зрения объектива 3. Плоскость наводки 4 объектива сопряжена с плоскостьюрегистратора 5, размер которого определяет рабочий размер поля зрения объектива 3. Объектив 3 собирает свет, рассеянный объектами в угле 2&, определяющемся диаметром диафрагмы 6, установленной в его задней фокальной плоскости. Этот свет содержит три составляющих: дифрагированную волну (волну, образующуюся вследствие огра ничения предметом подающего волнового фронта 2), волну, отраженную от объекта, и волну, прошедшую через него. Последнюю составляющую в данном случае мЬжно не учитывать, поскольку она вызывает лишь уменьшение контрастности изображения и не в.шяет на его характер. Если не учитьшать и вторзпо составляющую, то поле за объектом можно рассматривать как суперпозицию падающей воЛ11ы, т.е. прошедшей без искажения и дифрагированной, источником Которой служит край объекта. Причем амплитуда дифрагированной волны уменьшается при отклонении наблюдения от направления падающей волныпропорционально коэффи.циенту наклона. Объектив 3 собирает подающую световую волну в заднем фокусе в точку (вернее пятно, диаметр которого, определяется разрешающей способностью объектива). Дифрагированная волна преобразуется объективом в сходящуюся и формирует изображение объекта таким образом, что каждая точка изображения 37 (например а , d на фиг.1 является центром сходящегося Штучка лучей, интенсивность внутри которого максимальна вдоль луча Ка и уменьшается к периферии пучка. При этом, если объект находится в плоскости наводки 4, то в плоскости регистратора 5 изо бражение оказывается сфокусированным если же объект смещен относительно 4 то изображение в плоскости регистрации формируется кружком рассеяния о, диаметр которого определяется величи ной смещения А. При этом в центре кружка интенсивность максимальна и падает к его краю. Интерференция это го пучка света с падающим (исходящим из точки F ) дает дифракционную картину в виде светльпс и темных колец (для круглых объектов). Интенсивность зтих колец, их конт растность зависит от когерентности освещающего пучка и относительной ин тенсивности интерферирующих пучков (в данном случае дифрагирующего и па дающего) в точке интерференции, В способе-прототипе когерентность светового пучка подобрана таким обра тора находится лишь интенсивность первого кольца при смещении объекта в любую сторону относительно плоскости наводки. На характер изображения влияет также волна, отраженная от объекта. Пусть объектом, является сферическая частица, тогда, как следует из фиг.2 на которой 7 - частичка, 8 - плоскость наводки, 9 - объектив, в объектив в пределах апертурного угла 26 попадает не только дифрагированный свет, но и лучи, отраженные от поверхности частицы. Причем эти лучи присутствуют только во внешней (относительно центрального луча) части светового пучка (на фиг.1 и 2 зта часть пучка заштрихована). В результате этого интенсивность в кружке рассеяния Ь (для расфокусированных изображений) перераспределяется таким образом, что для объектов, смещенных относительно плоскости наводки влево (см. фиг,1) интенсивность внешней части относительно центрального луча (на фиг.1 заштрихована) окажется выше, а при смещении вправо вьш1е будет интенсивность внутренней части кружка. А поскольку в образовании дифракционных колец принимает только внешняя часть кружкаS, то, под1бирая интенсивность освещающе го пучка в точке F , можно достичь такого положения, что при смещении объекта влево от плоскости наводки над уровнем шумов регистратора будут регистрироваться не одно, а два светльпс кольца, в то время, как при смещении вправо - лишь одно кольцо. В предлагаемом способе необходимое соотношение между падающим и рассеянным пучками обеспечивается установкой в задней фокальной плоскости объектива 3 полупрозрачного фильтра, перекрывающего пятно, в которое сфокусирован свет от источника, и, следовательно, ослабляющего только падающий пучок света. Диафрагма 6 устанавливается для упрощения распознавания направления смещения объектов относительно плоскости Наводки, особенно при автоматизации процесса измерений. При отсутствии диафрагмы для анализа изображений (т.е. определения траекторий и направлений движения) необходимо разбиение всего поля зрения устройства по крайней мере на 4 квадранта, поскольку в этом случае распределение интенсивности в кружке S будет зависеть еще и от положения объекта относительно оптической оси объектива. Предлагаемый способ дисперсионного анализа частиц может быть осуществлен на устройстве, описанном в способепрототипе и содержащем источник электромагнитного излучения, оптические системы формирования рабочего объема и пучка излучения, освещающего этот объем, и регистрирующую аппаратуру. Причем, оптическая система снабжена устройством для изменения степени когерентности освещающего пучка. В качестве регистрирующей аппаратуры могут быть использованы фотоприставка или передающая телевизионная трубка, П р и м ер. Подбирают необходимую интенсивность и степень когерентности светового пучка, используемого для освещения рабочего объема оптической системы, и осуществляют градуировку. Для этого подложку с осажденными на ней частицами различных размеров помещают в(рабочий объём оптической системы, объектив которой снабжен, кольцевой диафрагмой и либо путем изменения расстояния от источника света доПЛОСКОСТИ наводки, либо изменяя длину когерентности светового пучка при помощи полосовых фильтров доби571ваются такого положения, когда при емё цении частицы бт плоскости наводки в сторону объектива в плоскости изображения первое дифракционное кольцо вокруг изображения частицы будет иметь яркость вьппе окружающего фона, а интенсивность п&следующих колец не будет превьппать окружающего фона (шумов регистратора), а йри смещении в противоположнзпо сторону от плоскости й айодкй регистрируются над уровнем шумов два дифракционных кольца. Перемещая подложку с осажденными на ней частицами известного размера в счетном объеме, для каждого ее положения измеряют диаметр изображения и щирину первого дифракционного кольца вокруг изображений частиц. SSf&i тр цу оКоШУ §iiuH симость между шириной первого кольца, а также усредненной величиной поправки на размер изображения и величиной удаления. После зтитс предва:рйтельных операций приступают к основным измерениям. Йссз1едуе ше частицы пропускают через освещаемый частично-когерентным излучением объем, регистрируют получаемое изображение, измеряют параметры изображений отдельных частиц и по ширине первого дифракционного кольца определяют величину смещения каждой йй ййх относительйб НЯбеШсТЙ йёводки и кдрректи)ук1Т рйзмёр. При определении скоростей, траекторий и направлений движений исследуемые объекты освещают серией импульсов- света подобранной когерентности 1 и интенсивности. На зкране регистратора (фотопленка, фотока.тод телевизионной передающей камеры и т.д.) получают серию их изображений, каждое из которых, соответствует своему импульсу, и по наличию или отсутствию второго дифракционного конца вокруг каждого изображения судят о том, с какой стороны от плоскости наводки находится объект в данный момент (момент следования данного импульса) времени. По ширине первого кольца определяют величину удаления его от плоскости наводкК оптической системы, определяя таким образом его траекторию, скорость и направление движения в пространстве . Для получения более высокой точности измерений весь диапазон измеряемых размеров разбивают на интервалы и вместо усредненной зависимости величины попра.вки на размер от удаления частицы от плоскости наводки, строят зависимость размера изображения частиц от их удаления для каждого интервала, по которым и определяют поправку на размер. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить информативность измерений, поскольку отпадает необходимость в ограничении рабочего объема при помощи специальной насадки и повысить точность измерений, поскольку в отсутствии насадки нет и осаждений на ее поверхиость частиц, находящихся в рабочем объеме и движущихся в произвольном направлении.

СПОСОБ дасПЕРСИОННОГО АНАЛИ-' ЗА ЧАСТИЦ по авт. св. № 545174, о^т - л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшенйя информативности, дополнительно регистрируют вторыеiдифракционные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц.