Устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля Советский патент 1981 года по МПК G01N15/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛЬНОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И ПОТОКА МАССЫ ЧАСТИЦ АЭРОЗОЛЯ

1

Изобретение относится к технической физике, в частности к устройствам для измерения размеров и потока массы аэрозольных частиц.

Известно устройство для измерения размеров частиц аэрозоля, содержащее источник параллельного потока монохроматического излучения, оптическую систему, диафрагму, фотоприемник и электронную схему преобразования с вторичным прибором. Луч лазера, пройдя поворотную призму, расширяется, а затем фокусируется оптической системой в измерительном объеме в заданную точку потока, на среднее сеЧение измерительного объема сфокусирована оптическая система фотоприемиика; Частицы аэрозоля, присутствующие в потоке, пролетая через измерительный объем, рассеивают свет, который попадает в фотоумножитель (ФЭУ) и преобразуется фотоумножителем в импульсы тока. Эти импульсы усиливаются и поступают на электронно-счетный частотомер с фиксированным порогом срабатывания. Изменяя напряжение питания на ФЭУ, меняем коэффициенты усиления ФЭУ, а еле довательно, порог срабатывания счетчика. .Производя измерения при разных порогах

:рабатывания прибора, можно определить функцию распределения частиц аэрозоля rto размерам I.

Недостатком этого устройства является то, что оно пригодно лищь для определения функций распределения по размерам малых частиц аэрозоля - не более нескольких микрон, так как при увеличении размера частиц угол рассеянного потока света уменьшается, а в этом случае поток рассеянного света практически сливается с основным потоком света. Оно не позволяет измерять поток массы частиц аэрозоля в исследуемой точке полиднсперсной среды. Кроме того, получение результатов измерений связано с необходимостью решения некорректной обратной задачи теории светорассеяния с применением ЭВМ, что сннжает точность и надежность измерений, делает устройство более дорогостоящим и мало пригодным для экспресс-анализа.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля, содержащее последовательно установленные по ходу светового Луча источник излучения, оптическую снегему, формирующую плоский световой пучок,собирающую линзу и диафрагму, фотоприрмник и электронпыУ преобразователь с вторичным прибором 2.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений, повышение их точности, локальности, надежности и информативности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля, содержащем последовательно установленные по ходу светового луча источник излучения, оптическую систему, формирующую плоский световой нучок, собирающую линзу и диафрагму, фотоприемник и электронный преобразователь с вторичным прибором, оптическая система, формирующая плоский световой пучок, выполнена в виде двух цилиндрических , фокусирующих ЭТОТ

пучок в своей плоскости в исследуемом объеме, а диафрагма установлена в фокальной плоскости собирающей линзы при этом элект ройный преобразователь включает измерители рассеянного светового потока, соединенные с выходами фотоприемников, и делитель, установленный на выходе измерителей рассеянного светового потока и соединенный с амплитудным анализатором, а также блоком возведения в куб, который через интегратор подключен к одному входу умножителя и через частотомер - к другому входу умножителя, а выходы амплитудного анализатора и умножителя соединены со вторичным прибором.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства, вид на плоскость светового потока; на фиг. 2 - вид устройства вдол1 плоскости светового потока.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, например лазер, оптическую фокусирующую систему 2 и 3.. собирающую линзу 4 и диафрагму 5. За диафрагмой установлены фотоприемники 6, соединенные с электронным преобразователем со вторичным прибором. Оптическая фокусирующая система выполнена из цилиндрических линз 2 и 3, которые формируют плоский световой поток 7. Этот поток сфокусирован в исследуемом объеме 8 полидисперсного аэрозоля. Собирающая линза 4 и диафрагмы 5 расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости светового потока. Электронный преобразователь включает измерители светового потока 9, соединенные с выходами фотоприемников 6. На выходе измерителей светового потока установлен делитель 10, соединенный с амплитудным анализатором 11, а также блоком 12 возведения в куб. Данный блок 12 через интегратор 13 подключен к одному входу умножителя 14 и через частотомер 15 - к другому входу умножителя 14, причем выходы амплитудного анализатора 11 и умножителя 14 соединены со вторичным прибором 16. Одно отверстие 17 диафрагмы 5 имеет форму части кругового кольца, а другое отверстие 18 - форму щели. Отверстия 17 и 18 расположены диаметрально противоположно относительно оптической оси и перпендикулярно плоскости светового потока. Напротив каждого окна 17 и 18 установлены фотоприемники 6.

Устройство работает следующим образом Параллельный пучок света,создаваемый источником 1 монохроматического излучения формируется двумя цилиндрическими лннза ми 2 и 3 в плоский световой поток 7, сфокусированный в исследуемом объеме 8 полидисперсной среды аэрозоля. Частнць1 аэрозоля, пролетая через .измерительный объем, рассеивают свет на угол 9-(фиг. 2). Рассеянный частицами аэрозоля и плоский нерассеяйный световые потоки собираются линзой 4 в плоскости интегрирующей диафрагмы 5. При этом плоский световой поток фокусируется в линию, проходящую через центр диафрагмы, и не поступает на фото0 приемники 6, а рассеянный отдельными частицами на угол Й- световой поток через диаметрально paз fcщeнныe относительно оптической оси и перпендикулярно плоскости потока отверстия 17 и 18 в диафрагме 5, J одно из которых имеет форму части кругового кольца, другое - форму щели, поступает на фотоприемники 6, установленные напротив каждого из отверстий 17 и 18, преобразуются в электрические импульсы тока и измеряются блоками 9. Выходы измерите0 лей световых потоков подключены к импульсному делителю 10 напряжений. Амплитуда каждого электрического импульса на выходе делителя 10 пропорциональна размеру отдельной частицы, пролетевшей через локальный измерительный объем. Выход делителя соединен с амплитудным анализатором 11, который автоматически анализирует амплитуду каждого импульса, зависящую от размеров частицы, и регистрирует число частиц в определенном диапазоне размеров. 0 Таким образом, определяется функция распределения частиц по размерам, которая регистрируется вторичным прибором 16. С делителя 10 электрические импульсы также поступают на вход блока 12 возведения в куб, который через интегратор 13 и часS тотомер 15 подключен к умножителю 14. С помощью интегратора 13 определяется средний объем частиц, а частотомер 15 регистрирует количество частиц, пролетевших через локальный исследуемый объем в едиJQ ницу времени. Таким образом, умножив величины сигналов с выходов интегратора 13 и частотомера 15 с учетом постоянного коэффициента определяется поток массы аэрозоля в исследуемой полидисперсной среде, который регистрируется вторичным прибо55 ром 6.

предлагаемое изобретение дает возможность повысить точность и надежность измерений, расширяет диаггазон измерений до размера частиц 300 мкм,который важен для камер сгорания газотурбинных двигателей, обладает локальностью измерений в пределах 2 мм. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет измерять поток массы частиц аэрозоля в данной точке полидисперсной среды. Использование данного устройства обеспечивает проведение экспресс-анализа полидисперсных систем в эксплуатационных условиях, не требует применения дорогостоящей аппаратуры. Формула изобретения Устройство для локального измерения размеров и потока массы частиц аэрозоля, содержащее последовательно установленные по ходу светового луча источник излучения, оптическую систему, формирующую плоский световой пучок, собирающую линзу и диафрагму, фотоприемник и электронный преобразователь со вторичным прибором, огли ающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения; повышения их точности, локальности, надежности и информативности, оптическая система, формирующая 8 06 плоский световой пучок, выполнена из двух цилиндрических линз, фокусирующих этот пучок в своей плоскости в исследуемом объеме, а диафрагма установлена в фокальной плоскости собирающей линзы, при этом электронный преобразователь вк 1ючает измерители рассеянного светового потока, соединенные с выходами фотоприемников, и делитель, установленный на выходе измерителей рассеянного светового потока и соединенный с амплитудным анализатором, а также блоком возведения в куб, который через интегратор подключен к одному входу умножителя и через частотомер - к другому входу умножителя, а выходы амплитудного анализатора и умножителя соединены со вторичным прибором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Янков В. П. Исследование параметров эрозольных частиц в измерительном объме ЛДИСа, Труды ЦАГИ, 1755. Лазерное допплеровское измерение скоости газовых потоков. Сб. № 2. Рассеиающие частицы. Аэродинамически исслеования. М., 1976, с. 83 - 89. 2. Авторское свидетельство СССР 140250, кл. G 01 N 15/02, 1960 (прототип).