(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ДИСПЕРСНЫХ
ЧАСТИЦ
Изобретение относится к технике измерения частиц, взвешенных в газах или жидкостях, и может быть использовано в химической технологии, геофизике при контроле загрязнения окружающей среды. Известны фотоэлектрические регистраторы частиц, содержащие формирующий световой пучок для освещения исследуемых частиц,, схему прососа частиц через освещенную область (рабочий объем и приемную систему, состоящую из фотоприемника и анализатора амплитуды импуль сов 1. Недостатками известных фотоэлектри ческих регистраторов являются искажение функции распределения частиц по размерам и их истинной концентрации за счет одновременного попадания в ра бочий (чувствительный) объем регистратора двух или более частиц, регистрируемых прибором как одна крупная Эта погрешность существенно возрастает при увеличении концентрации, поэтому указанные приборы используются лишь при сравнительно невысоких концентрациях частиц. Кроме того, известные устройства оказываются чувствительными к различного рода помехам, поскольку с выхода фотоприемника на анализатор поступает случайная последовательность импульсов , переменных по амплитуде и длительности, среди которых могут оказаться и импульсы помех, принимаемые прибором за частицы, если их амплитуда превышает порог срабатывания амплитудного анализатора. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фотоэлектрический регистратор дисперсных частиц, включающий осветитель с диафрагмой, узел прососа частиц, фотоприемник, подключенный к счетному входу анализатора амплитуд импульсов и измеритель длительности импульсов, соединенный со схемой запрета, выход которой подключен ко входу анализатора амплитуды импульсов 2. Недостатком известного устройства является то, что селекция по длительности оказывается недостаточно эффективной, поскольку требует постоянства скорости npocfeca частиц через рабочий объем, обеспечить которую достаточно трудно. Более того, при малых концентрациях иногда бывает необходимо преднамеренное увеличение скорости прососа с целью получения за время экспозиции представительных проб аэрозоля
И наоборот - при больших концентрациях во избежание перегрузки анализатора иногда необходимо уменьшение скорости прососа. Изменение скорости прососа ведет к изменению длительности импульса от частицы и к необходимости йостоянной регулировки измерительной схемы. Кроме того, упомянутое устройство остается чувствительным к помехам, длительность которых меньше или равна времени пролета частицы через рабочий объем. Относительно высоким остается и нижний предел размеров регистрируемых частиц.
Цель изобретения - повышение помехоустойчивости, снижение нижнего предела размеров регистрируемых частиц, повышение эксплуатационных характеристик .
Поставленная цель достигается тем что в фотоэлектрическом регистраторе частиц диафрагма выполнена в виде прямоугольника, две стороны которого параллельны направлению движения частиц, и снабжена непрозрачной полосой, расположенной под углом к направлению движения частиц, не равным нулю причем размер полосы в направлении движения частиц выбран меньше размера стороны прямоугольника, параллельной направлению движения частиц; в фотоэлектрический регистратор частиц введены: коммутатор, схема управления коммутатором, три измерителя длительности импульсов и решающее устройство, выдающее сигнал запрета .анализа в случае выполнения условия
ti-tTi а-Ъ
где Ti , г длительности импульсов, соответственно, с первого, второго и третьего измерителей длительности импульсов; а - размер диафрагмы в направлании движения частиц; Ь. - размер непрозрачной полосы
в том же направлении, причем управляющий вход коммутатора подключен к выходу схемы управления коммутатором, второй вход коммутатора и вход схемы управления коммутатором подключены к фотоприемнику, йба выхода коммутатора подключены ко выходам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход фотоприемника подключен ко входу второго измерителя длительности, три входа решающего устройства подключены к выходам из лерителей длительности импульсов , а вход запрета анализатора амплитуды подключен к выходу решающего устройства.
, Кроме того, в фотоэлектрический регистратор дисперсных частиц введены схемы вычитания, схема деления, причем оба входа схемы вычитания подключены к выходам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход схемы вычитания подключен к одному входу схемы деления, ко второму входу этой схемы подключен выход второго измерителя длительности, а выход схемы деления подключен к счетному входу анализатора длительности, а вход запрета анализа анализатора длительности подключен к выходу решающего устройства.
На чертеже изображена блок-схема фотоэлектрического регистратора дисперсных частиц.
Регистратор состоит из осветителя 1, формирующей оптики 2, 3 и 4 и прямоугольной диафрагмы с непрозрачной наклонной полосой 5, формирующих рабочий (чувствительный) объем б регистратора, через который просасываются измеряемые дисперсные частицы, фотоприемника 7, выход которого соединен с входами усилителя-формирователя 8 и амплитудного анализатора 9. Выход усилителя 8 соединен со входом устройства 10 управления коммутатором, входом коммутатора 11 и входом измерителя 12 интервалов времени движения через непрозрачную полосу (длительность ч}. Выход устройства 10 управления коммутатором подключен к управляющему входу коммутатора 11, который своими выходами подключен ко входам измерителей 13 и 14 длительности импульсов (длительности Т и Tj ) . Выходы измерителей длительности 12, 13, 14 подключены к трем входам решающего устройства 15, с выхода которого снимается сигнал запрета анализа, поступающий на входы запрета анализа анализатора 9 амплитуды и анализатора 16 координаты. Выходы измерителей 13 и 14 длительности импульсов подсоединены к входам вычитающего устройства 17, выход которого соединен с первым входом схемы 18 деления, второй вход схемы 18 делений соединен с выходом измерителя 12 длительности интервала а . Выход схемы деления соединен со входом анализатора 16 координаты, ВЕлход которого соединен с одним из входов перемножающего устройства 19, к другому входу этого устройства подключен выход анализатора 9 амплитуды. Дополнительный выход измерителя 12 длительности паузы coeдIfнeн со входом устройства 20 формирования сигналов сброса/Электроды 21 подключены к источнику 22 напряжения.
Устройство работает следующим образом.
С помощью источника 1 света и линз 2 в рабочий объем 6 прибора проектируется прямоугольная диафрагма 5 с непрозрачной полосой. При аспирацииодиночной частицы через освещенный таким образом рабочий объем, образуется два импульса рассеянного света, длительностью и tj , разделенные интервалом времени tij равным времени пролета частицы через непрозрачную полосу. Эти импульсы с помощью фотоприемника 7, снабженного собирающей свет оптикой 4, преобразуются в электрические сигналы. Сигнал с фотоприемника 7, 5 силенный, сформированный по амплиту ч де в усилителе-формирователе 8, посту пает на устройство 10 управления коммутатором, которое через коммутатор 11 поочередно подключает выход усилителя В ко входу измерителя 13 и 14 длительности -импульса. Измеритель 12 интервалов Т измеряет длительность интервалов времени между импульсами рассеянного света JT,- и yi , Сигналы с выходов трех измерителей 12-14 длительности поступают на три входа реша ющего, устройства 15, на выходе которо го, в случае выполнения условия , скЬ. , появляется сигнал запре Га t .лиза, поступающий на входы запрета анализа анализаторов 9 и 16, где а - геометрическая высота рабочего объема; Ь - длина непрозрачной полосы в направлении прососа частиц. Сигналы с выходов измерителей 13, 14 длительности поступают на входы вычитающего устройства 17 и с выхода измерителя 12 длительности на вход схемы деления .Узлы 17 и 18 вычисляют функцию -Ц, по которой в анализаторе 16 ко ординаты определяется координата пролета частицы через рабочий объем, величина которой зависит от размера час тицы ее заряда и напряжения, приложен ного к электродам 21. С выхода анализатора 16 координаты сигнал поступает на вход перемножающего устройства 19, на второй вход которого поступает сиг нал с анализатора 9 амплитуды. При пролете частицы через объем b каждая частица дает два импульса с промежутком между ними, равным времени пролета частицы через неосвещенную область I причем соотношение между импульсами, определяемое выражением .где t , tj, - длительности импульсов, соответствукицих пролету частицы через освещенные зоны рабочего объема; а - размер диафрагмы в направлении движения частиц; b - размер непрозрачной полбсы-в том же направлении, не зависит ни от скорости прососа ни от размещения частиц. Поэтому введ нием в анализатор решающего устройства, вырабатывающего команду запрета анализа в случае выполнения условия tj+vi , ОЪ t Ъ устраняется возможность регистрации ложного сигнала (сигнала помехи или шума). Это позволяет регистрировать частицы, лишь незнач-ительно превышающие уровень шумов, а также исключить из анализа помехи практически любой природы и длительности, снизить требования к точности поддержания скорости прососа частиц. Кроме того, в предлагаемом устройстве появляется возможность определения координаты пролета частицы в рабочем объеме, информация о которой- содержится в разности длительностей импульсов , образующихся при пролете частицы через два освещенных участка рабочего объема. С этой целью в регистратор введена схема вычитания, схема деления, анализатор длительности импульсов разности и схема вывода информации. При этом два входа схемы вычитания подключены к вькодам первого и третьего измерителей длительности импульсов . Выход схемы вычитания подключен к одному из ВХОДО9 схемы деления, ко второму входу которой подключен выход измерителя длительности импульса Тд. Выход схемы деления подключен к одному из входов анализатора длительности разности импульсов, ко йторому входу которого подключен выход решающего устройства (схемы запрета). В фотоэлектрическом регистраторе имеется возможность кроме измерения размеров и концентрации частиц определять также их электрический заряд, если перед входом частиц в Освещенную зону создать электрическое поле, под действием которого заряженные частицы распределяются в пространстве по определенному закону в зависимости от их подвижности, т.е. размера, величины и знака заряда. В частности, в зависимости от знака заряда дисперсные частицы оказываются смещенными относительно, плоскости инжекции влево и вправо. Величина смещения пропорциональна подвижности частицы. Незаряженные частицы движутся по центру канала. Количественно связь между электрическим зарядом частицы g и ее координатой X на выходе плоского конденсатора 21, длиной п, создающего поле напряженностью Е, можно выразить соотношением . (J:x).nV где V - скорость потока г - размер частицы; f - динамическая вязкость воздуха ; X - отсчитывается по горизонтали от плоскости инжекции частиц. Знак координаты х определяется знаком заряда частицы, а абсолютная величина смещения х - зарядом частищл. Связь между координатой х пролета частицы через освещенный рабочий объем и измеряемыми прибором длительноетями импульсов t , Tg , t, может быть найдена из следующего соотношения - Stgot ( С где b - размер непрозрачной полосы по вертикали; 0 - угол ее наклона к оси аспирации аэрозоля. Информацию о заряде можно получит при установке диафрагм более простой конфигурации, например в виде одного треугольника. В этом случае прибор упрощается, так как измеряется только одна длительность, однако при этом повышается требование к стабильности скорости прососа (в расчетную формулу для заряда параметр V входит не в пе вой степежи как в (1), а во второй). Таким образом, установка в регист ратор диафрагмы и блоков позволяет существенно повысить помехоустойчивость прибора и снизить нижний предел измеряемых частиц. Это достигается теМ; что на анализ пропускаются толь ко импульсы, возникающие при пролете частицы через рабочий объем и имеющие временные соотношения, удовлетворяющие условию . i/q,,. а-Ъ г, ъ Вероятность появления сигналов шу мов или помех, удовлетворяющих этому условию, мала. Применение изобретения повышает эксплуатационные характерис/ики прибора. Формула изобретения 1. Фотоэлектрический регистратор дисперсных частиц, включающий осветитель с диафрагмой, узел прососа частиц, фотоприемник, подключенный к сче ному входу анализатора амплитуд импульсов и измеритель длительности имггульсов, причем выход фотоприемника подключен одновремершо к одному из входов схемы запрета и ко входу измерителя длительности импульсов, выход которого подключен ко второму входу схемы запрета, выход которой подключен ко входу анализатора амплитуды импульсов, отличающийся ем, что, с целью повышения помехоустойчивости и снижения нижнего предела размеров измеряемых частиц, а также повышения эксплуатационных характерис тик , диафрагма выполнена в виде прямоугольника, две стороны которого параллельны направлению движения частиц и снабжена непрозрачной полосой, рас положенной под углом к направлению движения частиц, не равным нулю, причем размер полосы в направлении движения частиц выбран меньше размера стороны прямоугольника, параллельной направлению движения частиц. 2. Регистратор по п. 1, отличающийся тем, что в него введены коммутатор, схема управления коммутатором, три измерителя длительности импульсов и решающее устройство, выдающее сигнал запрета анализа в случае выполнения условия где i , 2. , ъ длительности импуль-сов, соответственно, с первого, второго и третьего измерителей длительности импульсов ; а - размер диафрагмы в направлении движения частиц; b - размер непрозрачной пдлосы в тЪм же направлении, причем управляющий вход коммутатора подключен к выходу схемы управления коммутатором, второй вход коммутатора и вход схемы управления коммутатором подключены к фотоприемнику, оба выхода коммутатора подключены ко входам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход фотоприемника подключен ко входу второго измерителя длительности, три входа решающего устройства подключены к выходам измерителей длительности импульсов, а вход запрета анализатора амплитуды подключен к выходу решающего устройства. 3. Регистратор по п. 1, отличающийся тем, что в него введены схемы вычитания, схема деления, причем оба входа схемы вычитания подключены к выходам первого и третьего измерителей длительности импульсов, выход схемы вычитания подключен к одному входу схемы деления, ко второму входу этой схемы подключен выход второго измерителя длительности, выход схемы деления подключен к счетному входу анализатора длительности-, а вход запрета анализа анализатора длительности подключен к выходу решающего устройства. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции № 2178352, кл. G 01 N 15/00, опублик. 1975. 2.Щелчков Г.И. Автоматическая коррекция погрешности совпадений. Метеорология и гидрология , 1978, 5, с. 100-186 (прототип).
4
x
2,
i
/
«
/
X
