Способ определения размеров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах Советский патент 1982 года по МПК G01N21/85 

1

Изобретение относится к техничесI кой физике, а именно к сЬотоэлектрон:ным методам контроля веществ,и может быть использовано для определения средних размеров частиц в мелкодис- , персных объектах, например в геологических шлифах.

Известен способ определения размеров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах, который заключается в пропускании светового пучка через исслед емый объект и в определении интенсивности прошедшего света.

Недостатком данного способа является низкая производительность

Наиболее близким к изобретению : техническим ресиением является способ определения размеров частиц в мелко- ; дисперсных прозрачных объектах путем пропускания монохроматического светового пучка через исследуемый объеКт..

Недостатками известного способа являются сложность и низкая производительность в случае применения его .. к исследованию мелкодисперсных объектов, которые обусловлены тем, что при исследовании объектов, прозрачные участки которых имеют большие среднеквадратичные отклонения от среднего размера частиц, в результате

jj усреднения по большому количеству отверстий происходит сглаксивание огибающей Оункции интенсивности изображения источника и невозмо хно определить с достоверностью г-олокение ее максицу) и минимумов, по которому судят о средних размерах частиц. Ввиду малости участков, на которых возможно , определить известным способом средний размер отверстий, для определения среднего размера на достаточно большой площади, т.е. когда размеры от- . ве|эстий на несколько по,1ядков меньше участка, по которому произврдитСП усреднение, неоиходимо произвести большое количество измерений. Это при водит к тому, что для определения средних размеров частиц в шлифах этот способ оказывается очень трудоемким и сложным, кроме того, способ не по/зволяет определить функцию распределения частиц исследуемого объекта по размерам. Цель изобретения - упрощение про цесса измерения при повышении производительности . Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения размеров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах путем пропускания монохроматического светового пучка через исследуемый объект перед пропусканием через исследуемый объект, световой пучок пространственно модулируют по интенсивности, изменяют частоту пространственной модуляции и по скорости изменения амплитуды прост ранственной модуляции интенсивности в плоскости изобра ; ения судят о средних размерах частиц. На чертеже предстаалена схема устройства для реализации данного способа. Устройство содержит источник света 1, однородный параллельный пучок света от которого проходит через пространственный модулятор 2 света, снаб : енный механизмом перестройки частоты пространственной модуляции 3. Затем на пути промодулированного светового пучка расположен исследуемый мелкодисперсный прозрачный объект (. Далее располо хена линза 5 которая формирует изображение модулятора 2. В плоскости этого изображения установ лен точечный неподвижный фотоприемник f). Сигнал фотоприемника, пропорциональный интенсивности падающего на него света, подается на регистриру ющее устройство 7 в качестве которого может служить, например, самопи,сец либо другое низкочастотное элект;ронное устройство, позволяющее измерять амплитуду колебаний сигнала. Способ заключается в том, что при прохождении светового пучка через мел кодисперсный объект происходит рассеяние света вследствие его дифракции на мелкой структу1зе объекта. Поэтому при наблюдении через такой объект какого-нибудь предмета этот предмет ока жется нерезким, размытым. Каждая точ964 ка в изображении предмета размывается в некоторое пятно с конечными размерами. Параметры этого размытия (диаметр пятна/1 определяются длиной волны используемого света, расстоянием между источником изображения и рассеивающим мелкодисперсным объектом, а также средним размером частиц, на которых происходит рассеяние. Если мы возьмем пространственно промодулированный по интенсивности пучок света, состоящий из периодически чередующихся светлых и темных полос, то рассеяние света приведет как бы к переналожению светлых и темных полос в изображении, и разность между интенсивностью наиболее и наименее яркого места в изображении после прохождения рассеивающего объекта будет меньше, чем до его прохождения световым пучком. Причем при уменьшении отнопения периода модуляции к диамет у пятна размытия эта разность будет уменьшаться. Когда период модуляции будет равен диаметру пятна, в которое разм14вается каждая точка в плоскости изображения, различие между темными и светлыми полосами б изображении наблюдаться не будет, т.е. изображение станет однородным, непромодулированным Зная связь между параметрами размытия и характерными размерами частиц, на которых происходит дифракция, можно установить эти размеры. Устройство работает следующим образом. В качестве пространственного модулятора предлагается использовать две рядом расположенные прозрачные решетки с частотой порядка 10-50 штрихов/мм, При повороте двух идентичных прозрачных решеток относительно друг друга возникают муаровые полосы. Интенсивностное пропускание такой системы решеток оказывается периодически промодулированным с частотой, пропорциональной углу поворота решеток относительно друг друга. Поворот решеток, т.е. перестройка частоты пространственной модуляции, осуществляется механизмом 3. При этом общий центр поворота решеток вынесен за пределы апертуры светового пучка. Это приводит к тому, что приI повороте решеток наряду с изменением частоты муаровые полосы смещаются в перпендикулярном к ним направлении со скоростью гораздо большей, чем скорость изменения частоты.пространственной модуляции. Например, для решеток .с частотой 10 штрихов/мм на расстоянии 100 мм о оси поворота решеток изменение часто ты пространственной модуляции на величину порядка одного процента сопро вождается смещением муаровой картины на один период. Соответствуклцее смещ ние полос в плоскости изображения пр ведет к тому, что на неподвижный фот приемник будут попадать то светлые, то томные полосы. Таким образом, сиг нал Оотоприемника будет представлять собой, осциллирующий сигнал с плавно манящейся частотой. Амплитуда колебаний этого сигнала будет соответствовать разности интенсивности между светлыми и темными полосами, т.е. глубине модуляции. Регистрируемая глубина модуляции изображения вследствие рассеяния света на исследуемом мелкодисперсном объекте будет падать с увеличением частоты модуляции. Как показывает де тальный математический расчет., ампли туда модуляции регистрируемого сигна ла п связана с йункцией f, которая представляет собой йункцип распределения мелкодисперсного объекта по размерам, соотношением т(р) AVf(l)rfV, (1) где Л - некоторая константа, значение которой определяется из уела ВИЯ нормировки интеграла от Лункции f на единицу; 1 - переменная интегрирования, а через р обозначена величина - где - длина волны света; - расстояние от модулятора до исследуемого объекта; (i) - частота пространственной модуллции. Величины X и fi йиксированы, и амп литуда модуляции регистрируемого сиг нала m зависит, С9гласно формуле (О только отии. На основании формулы { можно получить однозначную зависимость функции распределения f от регистрируемой амплитуды сигнала f(c - 1 (У Г - Т Зная функции распределения частиц по размерам, можно найти средний размер частиц Xj-p по Формуле Xcp-Txf(x)dx Со Измеренияг среднего размера частиц производят следующим образом. Перестраивая частоту пространственной модуляции светового пучка с помощью механизма 3 определяют при помощи Фотоприемника 6 и регистрирующего устройства 7 амплитуду колебания интенсивности света в точке расположения фотоприемника. Затем, представив эту амплитуду, как Функцию т(р), определяют, в соответствии с формулами (З) и Ct) , средний размер частиц в исследуемом мелкодисперсном прозрачном объекте. Предлагаемое изобретение при сравнительной простоте реализации обладает более высокой производительностью. Способ позволяет определять не только среднее значение размеров частиц, но и Функцию распределения частиц по размерам, знание которой может представлять самостоятельный интерес при анализе структуры геологических пород, а таюке позволяет автоматизировать процесс измерения среднего размера частиц и функции распределения частиц по размерам. Формула изобретения Способ определения размеров частиц в мелкодисперсных прозрачных объектах путем пропускания монохроматического светового пучка через исследуемый объект, отличающийся тем что, с целью упрощения процесса измерения при повышении производительности, световой пучок перед пропусканием через исследуемый объект прост ранственно модулируют по интенсивное ти, изменяют частоту пространственной модуляции и по скорости изменения амплитуды пространственной модуляции интенсивности в плоскости изображения судят о средних размерах частиц. Источники инЛормации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент Франции f 2284878, кл. G 01 N 15/02, опублик. 1976. 2.Патент Великобритании К T SOSObf кл. G 1 А, опублик. 1977 (прототип).