Фотоэлектрический способ измерения размеров и концентрации взвешенных частиц Советский патент 1983 года по МПК G01N15/02 

П)3обретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в метеорологии, биологии, химичоской технологии, контроле загрязнений окружающе среды.

По основному авт. св. № 8Г17789 известен фотоэлектрический способ измерения ра: меров и концентрации пзвешенных частиц, состоящий я том, что освещают исследуемьл€2 частицы и регистрируют имлульслл рассеянного света, причем освсшелше производят пучками света, скани15уемыг-.и в плоскости, перпендикулярной направлению движения частиц,, импульсы от рассеянного отдельными частицами света фор мируют в пачки и внделяют их огибающие, г. о которым и о размерах и концентрации частиц l .

Величина рабочего объег а по этому способу определяется при ф};ксированных размерах пучка и поля зрения приемной системи, лиигь амплитудой дканирования. Для из - енения рабочего объема (в соответств 1и с концентрацией измеряеКПзК частиц) необходимо изменять амплитуду сканирования. Изменение рабочего объема путем изменения поля зрения приемной системы или размера светового нучка связа ;о с механической заменой одних элементов (объективов, ддиафрагм другими и требует, как правило, юстировки.

К недостаткам известного способа относится то, что при изменении амплитуды сканирования и постоянной частоте сканирования (постоянной длите.пь ности каждого цикла С1санирования) будет .меняться длительность рветовых и, следовательно, электри|1еских импульсов, соответственно будет меняться и ишрина их спектра. Таким образом, при оптимальной обработке цачек имцульсов необходимо перестраивать электронную схему, что усложняет конструкцию и эксплуатацию прибора, реализующего указанный способ. Одновременное изменение амплитуды ц частоты позволяет получить импульсы неизменной длительности, но при этом изменяется степень однородности освещенности, а во-вторых, требуется перестройка электронм(5й схемы. Таким образом, в основном изобретении изменение величины рабочего объема является достаточно сложным, что влечет за собой неудобство в эксплуатации и неоперативность измерений.

Целью изобретения является повыше ние оперативности измерений.

Поставленная цель достигается тем что величину рабочего объема изменяют при фиксированной а%тлитуде сканирования по отно11 ению к величине рабочего объема, соответструющего длительности цикла скар.цоованип , путем адекватного пыбор а изменения отношения длитс7Ц) НОС к рогистрации импульса рассеянного частицаг/ ; све.та к длитель.ности каж4,ого цикла „кп iiii-joвания.

CviiiHoCTb изобгготсния заключас-т ся в том, что задг.нную величину 1.):;3очего объема устанавливают ribiOcра времени регцст1:3 ;ип имлу;Ц;СО рассеянного частицами света г-; ;С:ение каждого цикла сканирог5аник ( неизменных его длительности, т.е. и частоты сканирования и амцлиту;;е) исходя из зависимости

V(

-v;- время репстрации и-пу -- заданная величина p;i :;j4:Ч

н объема;

Т

ЛЛИТСЛ;;. ПОСТ; ОДНС5ГО .ГС :

ска;П1рова ния ; V,,,- N;aKCHM,ijvbiiaH pej154vi s

pa6o O:o ocLjGMa (ii;:: -i - Изменение величины jT : ;ма достигается но изменение).1 .Hтуды сжапироБання , как s ISRoc т :;о. способе, а изменением д.лител ;по : гк регистрации СБС ТОВЬ::-: импульсор ; чение цикла ска иирогишия , ког.па с товые импульсы от частит;, регкс: рируют в течение времени t , г.-;я тем, чем длите;;11:носп1. вссго luncj ia

Т

. и резулт-та-г

сканироваР1ия

регистрироваться линпз части:;., ходящиеся в час:ти м-ч-::; мально возможного р-абочего сбъе-:

V т , т.е. раСютак т с .с этого объема. В )ЦгИой ча-:т;-: объема V-J - V-( тоже могут iipfixo дить взвешенные чпспш.м и СНг; дут давать ci-етовис импульс--, скольку эти импульсь не rjeiic: СП, то в случае увеличелшой к рации частиц, когда в Г1аГ) оГч-см попадает не одна, а одновременна) .пве частицдл, одна из них будет в т.-г-юние времени i зарегистрмроя-и-л , а другая в течение времени Т t нет. Благодаря этому будут ис:кл:-:Т| Н:д; погрещности за счет мнс-гок1заг н-г;. совпадений.

При изменении величины рабочого объема по данному способу не тр-йб /ется изменять амплитуду и частоту с..анирования н потому не тс-ебуе;-1ся перестройка элегстронной схемы, что у;;рощает юстировку. Предполагается, чтс) сканирование снет-ового прс;- ;-ходит с постоя ной скоростью (Г - Fpe прямого хода), т.е. задержк.л

С импудьса от частигхы относитеЛ1-,;п начала соответствуюгцего цикла -сч-- нирования однозначно связана с нг - гднатой X (в направлении сканирояния) пролета частицы плоское -; - iJiiрования ,,У,, где А - амплитуда сканирования, а начало координат Bt.-idpaHo в среднем участке сканирования . При измерении в течение некоторого времени i Т будут регистрироваться импульсы от частиц в пределах области U X (t4tbx -2) pi, (в этом случае для различных частиц задержка меняется в пределах L ; а сама величина определяет задержку времени измерения), Соответственно,- если максимальный рабочий объем равен Vf , что соответствуе,т измерению в течение все времени Т , т,е. i Т, то для слу чая t i рабочий объем будет равен некоторой величине V-(- -i V-p . причем t. - . Длительность измерения импульсов г и соответствующий рабочий объем однозначно связаны между собой, и для заданной величины V-t длительность измерения импульсов t определяется выражением NJ. 4 .Т МТ . Схема устройства для реализации данного способа представлена на чер теже. Источником света является лазер 1, На пути светового пучка уста новлены рефлектор 2 {электрооптичес кий или акустооптический) , фокусиру щий объектив 3 и поглотитель 4. Пр емная система состоит из объектива диафрагмы б поля -зрения, фотсприемника 7, электронного KJE-оча 8, бло ка 9 обработки импульсов, анализаjTOpa 10, блока 11 управления и бло ка 12 задания времени. Электронный ключ 8 одним входом подключен к фот приемнику 7, вторы -1 входом - к блоку 12 задания времени, а выходом к блоку 9 обработки импульсов. Второй вход указанного блока 9 и вход блока 12 задания времени подключены к блоку 11 управления.. Работа устройства, реализующего данный способ, осуществляется следу щим образом. Световой пучок от источника 1 фо кусирутот объективом 3 в поток иссле частиц и сканируют этот пучо в плоскости чертежа с частотой i и амплитудой ( . При этом частоту i выбирают, исходя из условия 1 г ;где V - скорость движения частиц, & - размер фокальногО пятна по уровню, обеспечивающему заданную степень однородности освещенности рабочего объема (если, например, ст пень однородности 90%, то U определяется по уровню 0,91. Световой пуЧок сканируют с постпчнной скорость Г аналогично развертке в осшлллографах) при этом длительность прямого хода равна некоторой величине Т(очевидно длительность обратного хода) . Амплитуду сканирования выбирают максимально возможной. Для дефлекторов эта амплитуда может быть в несколько сот раз больше размера фокального пятна. При пролете частиц через рабочий объем от каждой из них образуется пачка импульсов света,, которые фотоприемником преобразуются в электрические импульсы. При этом временное положение каждого импульса в пачке относительно начала соответствующего прямого хода однозначно определяется координатой частицы в направлении сканирования. Блок 12 задания времени формирует последовательность импульсов длительностью i ., синхронизированную блоком 11 управления с прямым ходом сканирования. Эти импульсы поступают на электронный ключ 8 и открывают его (при отсутствии этих импульсов этот ключ закрыт). Таким образом,.блок 9 обработки импульсов с фотоприемника и далее анализатор 10 измеряют импульсы в камодол цикле сканирования не в течение времени Т , а в течение времени, t . Время Ь лежит в пределах - t i Т , где (j -диаметр пучка, Y длительность импульса от частицы. Таким образом выбирают концентрацию , частиц (для заданного рабочего объема Vt и соответственно выбранной длительности измерения i) Если задать погрешность многократных совпадений в 10%, то М i- OiSjVt Ее- ли измеренная концентрация М , то рабочего объема необхо- . димо уменьшить для т ченьшения погрешностей за счет многократных совпаде-, НИИ. Если N N ); , то полное время измерения концентрации, обеспечивающее счет достаточно большого количества частиц, например 10 , может быть слишком большим и тогда целесообразно увеличить рабочий объем. Если исходить из разрешения дефлекторов примерно 200-300, то А 1 - rr - Tf-wo-.oo, -диаметр частицы где -полная a mлитyдa сканирования-скорость сканирования; -,длительность импульса, -период сканирования. Очевидно, что время регистрации Ь лежит в пределах :-. i ; Т , т.е. за счет изменения рремени регистрации (точно так же, как и за счет изменения амплитуды скаг.ировання)

можно получить величины рабочего объема, отличающиеся на два порядка.

При заданной погрешности за счет многократных совпадений этим величинам рабочего объема соответствуют допустимые концентрации частиц, отличающиеся также на два порядка (в распределение Пуассона входит произведение Ц V , где N

концентрацияJ V - величина рабочего объема, и погрешности за счет многократных совпадений определяются только величиной H-V .

Использование изобретения позволяет проще и быстрее проводить обработку импульсных сигналов рассеянного частицами света.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ по авт.св, №857789, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности измерений, величину рабочего объема изменяйт при фиксированной амплитуде сканирования по отношению к величине рабочего объема, соответствующего длительности цикла сканирования, путем адекватного выбора изменения отношения длительности регистрации импульсов рассеянного частицами света к длительности каждого цикла скани рования. (Л :о 4: О сл 05 н1