Устройство для измерения распределения аэрозольных частиц по размерам Советский патент 1982 года по МПК G01N15/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ ПО РАЗМЕРАМ Изобр,етение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии для исследования аэрозольного состава атмосферы. Известно устройство для измерения концентрации частиц, содержащее аналогецифровой преобразователь, декадный счетчик импульсов, декадный накопитель измеряемых величин, цифровой индикаторный прибор, вентильную схему, датчик сигналов развертки по оси времени, блок реверсирования счетчика, блок управления 1. Недостатком данного устройства является невозможность измерять распределение аэрозольных частиц по размерам. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения распределения аэрозольных частиц по размерам, содержащее фотодатчик, выдающий аналоговый электрический сигнал, пропорциональный по величине размеру аэрозольной частицы, блок амплитудного анализа, блок счетчиков, накапливающих число частиц данного типоразмера, схе,му вывода информации, схему управления, блок индикации 2. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения распределения частиц по размерам вследствие низкой разрешающей способности устройства при классификации частиц, следующих друг за другом с малым интервалом времени, что происходит при больших концентрациях частиц. Низкая разрешающая способность устройства проявляется в том, что частицы, следующие друг за другом с малым интервалом времени, не различаются устройством. В результате вместо нескольких реальных частиц с размерами, определяемыми интенсивностью света, рассеянного каждой из отдельных частиц, устройством регистрируется одна частица, причем с размером, определяемым суммой интенсивностей света, рассеиваемого каждой из частиц; т.е. в измеряемое распределение частиц по размерам не войдут несколько реальных частиц, а вместо, них войдет несуществующая более крупная частица, и в, результате искажается картина состояния атмосферы. Цель изобретения - повышение точности измерения распределения аэрозольных частиц по размерам.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотодатчик, аналого-цифровой преобразователь, блок счетчиков, блок вывода информации, блок индикации, при этом выход фотодатчика подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, а выход блока счетчиков подключен ко входу блока вывода информации, выход которого соединен со входом блока индикации, дополнительно введен блок селекции, первьш вход которого соединен с выходом фотодатчика, второй вход подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход блока селекции соединен со входом блока счетчиков.

При этом блок селекции содержит дифференциатор, элемент задержки, два формирователя импульсов, триггер, два ключа, два регистра, сумматор и дешифратор, причем первый вход блока селекции соединен со входом дифференциатора, первый выход которого подключен к первому входупервого формирователя импульса, а второй выход - ко второму входу первого формирователя импульса и через элемент задержки ко входу второго формирователя импульса, выход которого соединен с первым входом сумматора, а выход первого формирователя импульса подключен к счетному входу триггера, один выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а другой - со вторым входом сумматора и управляющим входом второго ключа, при этом сигнальные входы ключей подключены ко второму входу блока селекции, а их выходы через регистры соединены соответственно с третьим и четвертым выходами сумматора, выход которого через дешифратор подсоединен к выходу блока селекции.

Устройство для измерения распределения аэрозольных частиц по размерам показано на чертеже.

На фиг. 1 приведенаструктурная схема устройства; на фиг. 2 - зависимости от времени интенсивностей света, рассеиваемого четырьмя частицами, следующими друг за другом с малым интервалом времени (а, б, 0, г,) и интенсивность суммарного светового сигнала, принимаемого фотоприемником фотодатчика (д).

Устройство содержит фотодатчик 1, аналого-цифровой преобразователь 2, блок 3, селекции, ключи 4 и 5, регистры 6 и 7, сумматор 8, дещифратор 9, блок 10 счетчиков, блок 11 вывода, блок 12 индикации, дифференциатор 13, триггер 14, формирователи 15 и 16, элемент задержки 17.

При прохождении аэрозольной частицы через измерительный объем фотодатчика она рассеивает свет, который попадает на фотоприемник датчика, и фотодатчика выдает импульс напряжения с амплитудой, пропорциональной интенсивности рассеянного частицей света, которая характеризует размер аэрозольной частицы. При большой концентрации частиц, когда интервал времени следования частиц через измерительный объем фотодатчика мал, на фотоприемник попадает свет, рассеянный несколькими частицами, интенсивность которого суммируется, и на выходе фотодатчика появляется один импульс с амплитудой, пропорциональной суммарной интенсивности рассеянного света. Например, для четырех частиц, для которых зависимость от времени интенсивности принимаемого фотопримником рассеянного света приведена на фиг. 2а, б, в, г, с интенсивностью соответственно J, 1,5J, 0,5J и J фотоприемником зарегистрирован световой сигнал вида (фиг. 2)д с интенсивностью рассеянного света 3J (по максимальной интенсивности светового сигнала). Такой же формы электрический сигнал выдан на выходе фотодатчика. Таким образом, для получения истинного значения интенсивности света, рассеянного отдельной частицей, необходимо селектировать сигналы, характеризующие светорассеяние отдельной частицей. Для этого нужно осуществить выделение в общем суммарном электрическом сигнале на выходе фотодатчика момент начала сигнала, соответствующего очередной частице и определение амплитуды этого сигнала путем вычитания из суммарной амплитуды на выходе фртодатчика, амплитуды, которая была до прихода данного сигнала. Для регистрации появления сигнала, вызванного приходом очередной частицы, используется дифференциатор 13 блока селекции 3, который выдает положительный сигнал при появлении положительного скачка напряжения на выходе фотодатчика, что соответствует попаданию в измерительный объем очередной частицы. Для вычитания предыдущего значения амплитуды используется сумматор 8 и два регистра 6 и 7, в которые поочередно заносятся амплитуда измениващегося суммарного сигнала, причем при суммировании текущее значение амплитуды поступает со знаком «плюс, а предыдущее со знаком «минус. При этом вычисление амплитуды, сответствующей новой частице, сумматором производится только при приходе частицы в измерительный объем фотодатчика, а при уходе частицы из измерител1 но5 го объема (отрицательный скачок напряжения на вь{ходе фотодатчика) лищь регистрируется последнее значение напряжения.

Аналоговый сигнал с выхода фотодатчика 1 поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2 и с его выхода в цифровом виде на входы ключей 4 и 5. Кроме того, сигнал с выхода фотодатчика поступает на вход дифференциатора 13, который при наличии скачка напряжения, появляющегося при входе частицы в измерительный объем или при выходе из него, выдает соответственно положительный импульс на своем втором выходе или отрицательный импульс

на первом выходе. Любой из этих импульсов запускает формирователь импульса 15, который выдает импульс, поступающий на счетный вход триггера 14 и переводит его в новое состояние, в результате чего ключ 4 открывается, а ключ 5 закрывается и с выхода АЦП в регистр б заносится амплитуда сигнала, вьщаваемого фотодатчиком после прихода или ухода аэрозольной частицы из измерительного объема датчика. В регистре 7 хранится амплитуда сигнала, выдававшаяся фотодатчиком до ухода или прихода данной частицы из измерительного объема датчика. Если частица покидает измерительный объем, дифференциатор 13 на первом выходе выдает отрицательный импульс и суммирование амплитуд не производится, они хранятся в регистрах. Если частица входит в измерительный объем дифференциатор выдает на втором выходе положительный импульс, который через элемент задержки 17, задерживающий его на время аналого-цифрового преобразования и занесения в регистр, поступает на вход формирователя 16 и тот выдает на вход сумматора 8 импульс, разрешающий суммирование содержимого регистров. При этом второй выход триггера определяет знак слагаемых при наличии на этом выходе единичного сигнала содержимое регистра 6 суммируется со знаком «плюс, а регистра 7 - со знаком «минус и наоборот, что обеспечивает вычитание из последней измеренной амплитуды результата предыдущего измерения. Полученный результат с выхода сумматора 8 поступает на дешифратор 9 и с его выхода, соответствующего данной величине амплитуды, сигнал поступает на счетчик данного типоразмера частиц блока 10 счетчиков и счетчиком регистрируется появление частицы данного типоразмера. После окончания измерения распределения аэрозольных частиц по размерам полученные данные выводятся на блок индикации 12. - Использование данного устройства позволяет повысить точность измерения распре-, деления аэрозольных частиц по размерам и дает возможность производить измерение распределения аэрозольных частиц по размерам при более высоких концентрациях аэрозольных частиц, что повышает tO4HOCTb отображения состояния атмосферы или другой исследуемой среды, содержащей аэрозольные частицы, и расширяет пределы применения устройства.

Формула изобретения . Устройство для измерения распределения аэрозольных частиц по размерам, содержащее фотодатчик, аналого-цифровой преобразователь, блок счетчиков, блок вьшода информации, блок индикации, при этом выход фотодатчика подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, а выход блока счетчиков подключен ко входу блока вывода информации, выход которого соединен со входом блока индикации, отличающееся

0 тем, что с целью повышения точности измерения распределения аэрозольных частиц, по размерам, в него введен блок селекции, первый вход которого соединен с выходом фотодатчика, второй вход подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а выход блока селекции соединен со входом блока счетчиков.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок селекции содержит дифференциатор, элемент задержки, два формирователя

0 импульсов, триггер, два ключа,два регистра, сумматор и дешифратор, причем первый вход блока селекции соединен со входом дифференциатора, первый выход которого подключен к первому входу первого формирователя импульса, а второй выход - ко второму входу первого формирователя импульса и через элемент задержки ко входу второго формирователя импульса, выход которого соединен с первым входом сумматора а выход первого формирователя импульса

0 подключен к счетному входу триггера, один выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, а другой - со вторым входом сумматора и управляющим входом второго ключа, при этом сигнальные входы ключей подключены ко второму входу блока

5 селекции, а их выходы через регистры соединены соответственно с третьим и четвертым входами сумматора, выход которого через дешифратор подсоединен, к выходу блока селекции..

Источники информации,

0 принятые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 1801435, кл. G 01 N 15/02, 1972.

2.Захарюженков П. И. Матвеев В. Н. Амплитулно-временной 14-канальный диф5ференциальный анализатор импульсов. Труды института экспериментальной метеорологии. Сер. «Приборы, техника и автоматизация, 1976, вып. 3(65), с. 83, (прототип).

Фи2.1

Pltl.l