Фотоэлектрический способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц Советский патент 1982 года по МПК G01N15/02 

Изобретение относится к измерител ной технике, в частности измерениям размеров и концентрации взвешенных частиц, и может быть использовано в метеорологии, биологии, химической технологии, контроле загрязнений окружающей среды, для измерения размеров и концентрации взвешенных частиц микронных размеров. По основному авт. св. № 857789 известен фотоэлектрический способ из мерения размеров и концентрации взве шенных частиц, включающий освещение частиц и регистрацию импульсов .рассеянного частицами света, причем освещение производят пучками света, сканируемыми в плоскости, перпендикулярной направлению движения частиц импульсы от рассеянного отдельными частицами света формируют в- пачки, выделяют их огибающие, по которым и судят о размерах м концентрации частиц. Кроме того, в условиях высоких концентраций измеряемых частиц световой пучок сканируют с постоянной скоростью, и при этом пачки им-; пульсов составляют только из тех импульсов, временная задержка между которыми равна периоду сканирования. При одновременном попадании в рабочий объем нескольких частиц, но не попадающих одновременно в световой пучок, огибающие сформированных пачек перекрываются во времени. В устройстве, реализующем способ, некий селектор импульсов одну из упомянутых перекрывающихся во времени пачек пропускает на один из своих выходов, вторую пачку - на второй выход и т.д., т.е., пачки разделяют по различным выходам и далее каждую из них анализируют известным способом (используют параллельный анализ). При этом на каждый выход требуется свой анализатор импульсов. 3 Недостатком известного способа я ляется определенная сложность его реализации, связанная с необходимое тью упомянутого выше наличия нескол ких анализаторов импульсов и блока суммирования результатов. Цель изобретения - упрощение реа зации способа. Указанная цель достигается тем, что в каждой пачке импульсов осуществляют запоминание ее амплитуды и производят считывание амплитуды в момент прихода последнего импульса этой же пачки ияпульсов. В этом случае из каждой пачки формируется импульс с амплитудой, равной амплитуде огибающей пачки и .длительностью порядка длительности каждого импульса в пачке, временное положение кото|Х го соответствует положению последнего импульса в этой же пачке. А поскольку импульсы разны пачек не совпадают во времени (в силу того, что соответствующие частицы одновременно не попадают в световой пучок, то импульсы, сформирован ные из каждой пачки, также разнесены во времени, и следовательно, их можно измерять с помощью только одного анализатора. Реализовать же запоминание {на время, небольшее дЛ1тельности пачки) и считывание импульсов значительно проще, чем реализовать анализатор импульсов, т.е., в данном случае возможен последовательный, а не параллельный как в известном) анализ. На чертеже представлена схема устройства для реализации способа. Источником света является ОКГ 1. На пути светового пучка установлены дефлектор 2 iэлектрооптический или акустооптический), подключенный к блоку 3 управления, фокусирующий объектив k и поглотитель 5. Схема прососа Сне показана) обеспечивает движение частиц с некоторой скорость перпендикулярно плоскости чертежа. Приемная система состоит из объектиеа 6, диафрагмы 7 поля зрения, фотоприемника 8, селектора 9 импульсов блока формирования импульсов 10 и анализатора 21. Селектор 9 импульсов одним входом подключен к фотоприемнику 8, вторым к блоку 3 управления. Выходы селекто ра 9 импульсов подключены ко входам блока 10 фо| лирования импульсов. .Ко..4 личество выходов селектора 9 импульсов определяется кратностью корректируемых многократных совпадений. На. чертеже для простоты показано два выхода селектора. Блок 10 формирования импульсов содержит пиковый детектор 11, элемент НЕ 12, элемент 13 задержки, подключенные к одному из выходов селектора 8, элемент И l, подключенный к выходам элемента НЕ 12 и элемента 13 задержки, электронный ключ IS, сигнальный вход которого подключен к выходу пикового детектот ра 11, а управляющий вход - к выж)ду элемента И 1. Выход электронного ключа 15 подключен ко входу анализатора 21 . Ко второму выходу селектора 9 подключена аналогичная схема,-состоящая из пикового детектора 16, элемента НЕ 17, элемента 18 задержки, элемента И 19 и электронного ключа 20. Выход этого ключа также подключен ко входу анализатора 21. При этом время задержки обих элементов 13 и 18 задержки выбрано рав(НЬ1М периоду сканирования дефлектора 2. Если селектор 9 имеет не два выхода, а больше, то на каждом выходе устанавливается аналогичная схема из пикового детектора, элемента НЕ, элемента задержки и электронного ключа, подключенная ко входу анализатора. Способ осуществляют следующим образом. Световой поток от источника 1 фокусируют объективом k в поток исследуемых Частиц. При этом фокальную плоскость объектива 4 располагают в середине поля зрения приемной системы, а площадь фокального пятна выбирают заведомо меньше площади требуемого рабочего объема в той же плоскости. С помощью дефлектора 2 световой пучок сканируют с постоянной скоростью (аналогично развертке в в осциллографах в плоскости чертежа (перпендикулярно направленную пролета частиц) с периодом повторения, много меньшим времени пролета частиц через световой пучок. В результате от каждой из частиц образуется пачка импульсов рассеянного света, преобразуемая фотоприемником 8 в пачку электрических импульсов. Огибающая; этой пачки соответствует профилю ин тенсивности фокального пятна в направлении движения частиц, причем

амплитуды огибающих пачек от частиц одинакового размера одинаковы с заданной точностью независимо от места прол лета этих частиц через рабочий объем. При одновременном попадании в рабочий 5. объем нескольких частиц не попадающих одновременно в световой пучок (частиц, проекция расстояния между которыми на направление сканирования больше диаметра фокального пятна), на выходе ю фотоприемника образуется несколько пачек импульсов,, причем импульсы каждой пачки смещены во времени относительно импульсов других пачек на вели чину, определяемую проекцией расстоя- is ния между частицами на направление . сканирования и скоростью сканирования. В результате, огибающие этих пачек перекрываются во времени, но сами импульсы-разделены во времени. Селекто- jo ром 9 импульсов, имеющим количество выходов, равное допустимому количеству частиц, одновременно находящихся в рабочем объеме (при большем количестве частиц возникают определенные по- 25 грешности), разделяют эти импульсы, . и на каждый из выходов пропускают только импульсы, соответствующие одной из пачек (,в каждой пачке временный интервал между импульсами равен зо периоду сканирования, а временный интервал между импульсами разных пачек не равен этой величине). Далее каждая из пачек импульсов проходит через свой пиковый детектор, например ,,5 11, который запоминает ее амплитуду {на время, не большее длительности пачки). Одновременно эта же пачка проходит через элементы НЕ 12, элемент 13 задержки ее на время, равное периоду сканирования и поступает на элемент И Т, в результате чего на

выходе элементам формируется импульс, длительность которого равна..i длительности импульсов в пачке, а временное положение соответствует положению последнего задержанного на период повторения импульса в этой же пачке. Этот импульс открывает элект- ронный ключ 15) который обеспечивает считывание заполненной амплитуды огибающей пачки.

В результате пиковый детектор .и вся схема вновь готова к работе, а на вход анализатора поступают импуль сы, амплитуды которых равны амплитудам соответствующих пачек импульсов, но разделенные во времени.

Предлагаемый способ позволяет упростить реализацию, и удешевить соответствующее устройство, поскольку изготовление схемы запоминания и считывания значительно проще и дешевле, чем изготовление анализатора импульсов (последовательный анализ реализовать проще чем параллельный. Работа предлагаемого устройства происходит по существу в режиме реального времени.

Формула изобретения

. фотоэлектрический способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц по авт. св. № 857789 отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации способа, в каждой пачке импульсов осуществляют запоминание ее амплитуды и производят считывание амплитуды в момент прохода последнего импульса этой пачки импульсов.