SU1453257A1 - Apparatus for measuring sizes and concentration of aerosol particles - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контрол  дисперсных сред, и может быть использовано дл  определени  концентрации и фракционного состава аэрозолей. Цель изобретени  - повышение точности за счет устранени  вли ни  виньетировани  и устранени  погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращение времени анализа. Первый и второй фотоприемники визируют первый счетный объем, расположенный внутри большего по размерам второго счетного объема, который визируетс  третьим фотоприемником . Использование первого блока совпадений и специального блока селекции позвол ет отличать одновременное попадание нескольких частиц в счетные объемы от попадани  одной крупной частицы, что позвол ет повысить точность измерений размеров и концентрации. Использование второго счетного объема, превосход щего по. размерам первый счетный объем, позвол ет повысить скорость счета частиц и тем самым сократить врем  анализа. Устранение вли ни  виньетировани  достигаетс  использованием вложенных счетных объемов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с ел «1 СП со N9 СЛ The invention relates to measurement instrumentation, in particular to devices for the optical control of dispersed media, and can be used to determine the concentration and fractional composition of aerosols. The purpose of the invention is to improve accuracy by eliminating the influence of vignetting and eliminating errors caused by the simultaneous release of several particles into a counting volume, as well as reducing the analysis time. The first and second photodetectors endorse the first counting volume located inside the larger second counting volume, which is sighted by the third photoreceiver. The use of the first block of coincidences and a special block of selection makes it possible to distinguish the simultaneous entry of several particles into the counting volumes from that of a single large particle, which makes it possible to increase the accuracy of measurements of dimensions and concentration. The use of a second counting volume superior to. the size of the first counting volume allows to increase the particle counting rate and thereby reduce the analysis time. The elimination of the effect of vignetting is achieved using enclosed countable volumes. 1 hp f-ly, 3 ill. ate "1 joint venture with N9 SL

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контрол  дисперсных сред, и может быть использовано дл  определени  концентрации и фракционного состава аэрозолей .The invention relates to measurement instrumentation, in particular to devices for the optical control of dispersed media, and can be used to determine the concentration and fractional composition of aerosols.

Цель изобретеш   - повьопение точности за счет устранени  вли ни  }{ньетировани  и устранени  погрешностей , вызванных одновременным попаданием в счетный нескольких частиц , а также сокращение времени анализа .The goal of the invention is to improve accuracy by eliminating the effects of {} nietirovany and eliminating errors caused by the simultaneous entry of several particles into the countable one, as well as by reducing the analysis time.

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства дл  измерени  размеров и концентрации аэрозольных час1:иЩ на фиг. 2 - сечение счетных объемов плоскостью, в которой лежат оптические оси осветител  и трех фотоприемников; на фиг. 3 - то же, в которой тежат оптическа  ось осветител  и ось аспирационного канала.FIG. 1 shows a block diagram of a device for measuring the size and concentration of aerosol chas1: LSC in FIG. 2 - section of the countable volumes by the plane in which the optical axes of the illuminator and three photodetectors lie; in fig. 3 - the same in which the optical axis of the illuminator and the axis of the suction channel are located.

Устройство содержит осветитель 1, счетные объемы 2, первую 3, вторую 4 и третью 5 полевые диафрагмы, первый 6, второй 7 и третий 8 объективы , первый 9, второй 10 и третий И фотоприемники, первый 12, второй 13 и третий 14 усилители,-первый 15, второй 16 и третий 17 формирователи, первый 18 и второй 19 блоки совпадений , ключевой элемент 20, счетчик 21 блок 22 запоминани , амплитудный анализатор 23, блок 24 селекции, дифференциатор 25, реверсивный счетчик 26, дешифратор 27. На чертеже изображены перва  28, втора  29 и треть  30 аэрозольные частицы.The device contains the illuminator 1, the counting volumes 2, the first 3, the second 4 and the third 5 field diaphragms, the first 6, the second 7 and the third 8 lenses, the first 9, the second 10 and the third And the photodetectors, the first 12, the second 13 and the third 14 amplifiers, - first 15, second 16 and third 17 drivers, first 18 and second 19 blocks of coincidence, key element 20, counter 21 storage unit 22, amplitude analyzer 23, selection block 24, differentiator 25, reversible counter 26, decoder 27. The drawing shows the first 28, the second 29 and the third 30 aerosol particles.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Аэрозольные частицы с помощью аспирационного канала прокачивают перпендикул рно плоскости, в которой размещены оптически оси первого 9, второго 10 и третьего 11 фотоприемников . Зондирующий пучок осветител  1. и зоны визировани  фотоприемников 9 и 10, ограниченные соответственно первой 3 и второй 4 диафрагмами, а также первым 9 и вторым 10 объективами , формируют первый счетный объем .Using an aspiration channel, aerosol particles pump perpendicular to the plane in which the optical axes of the first 9, second 10 and third 11 photodetectors are located. The probe beam of the illuminator 1. and the sighting zones of the photoreceivers 9 and 10, limited respectively to the first 3 and second 4 apertures, as well as to the first 9 and second 10 lenses, form the first countable volume.

При этом первый счетный объем фор мируетс  вложенным во второй счетный объём, больший по размеру, ограниченный зоной,визировани  третьего фотоприемника 11. При прохождении аэроIn this case, the first counting volume is formed by nested in the second counting volume, larger in size, limited by the zone, the sight of the third photodetector 11. With the passage of the aero

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

зольной частицей первого и второго счетных объемов, освещаемых зондиру- Ю1ЧИХ световым пучком осветител  1, она рассеивает свет, которьш регистрируетс  соответствующими из фотоприемников 9-11. Если частица протпа через свободную от виньетировани  зону, ограниченную первым счетным объемом, то рассе нный ею свет попадает на все фотоприемники, которые преобразуют его в электрические сигналы , усиленные усилител ми 12-14. Импульсы с выходом первого 15 и второго 16 формирователей через первый блок 1В совпадений поступают на первый вход ключевого элемента 20, разреша  прохождение сигнала с выхода третьего усилител  14 на амплитудньй анализатор 23 и третий формирователь 17, выходной сигнал которого поступает на первый вход второго блока 19 совпадений. При попадании частицы воBy the ash particle of the first and second countable volumes, illuminated by the light of the illuminator 1 with a probe light, it scatters the light, which is recorded by the corresponding photodetectors 9-11. If a protpus particle passes through a vignette-free zone bounded by the first counting volume, the light scattered by it hits all the photodetectors, which convert it into electrical signals amplified by amplifiers 12-14. Pulses with the output of the first 15 and second 16 drivers over the first block 1B of coincidence arrive at the first input of the key element 20, allowing the signal from the output of the third amplifier 14 to pass through the amplitude analyzer 23 and the third driver 17, the output of which goes to the first input of the second block 19 coincidence . When a particle hits

второй (больший) счетный объем на выходе третьего усилител  14 по вл етс  скачок напр жени , при этом на первом выходе дифференциатора 25 по вл етс  короткий импульс, подаваемый на вход счетчика 21 и первый вход реверсивного счетчика 26. Если реверсивный счетчик 26 находитс  в состо - 1-ши 1, что соответствует попаданию во второй счетный объем одной частицы , то на выходе дешифратора 27 по вл етс  сигнал, подаваемый на второй вход второго блока 19 совпадений, с. выхода которого сигнал поступает на второй вход блока 22 запоминани , осзп.цествл   запись кода размера частицы , подаваемого на его первый вход с выхода амплитудного анализатора 23. При выходе аэрозольной частицы из второго (большего) счетного объема на втором выходе дифференциатора 25 по вл етс  короткий импульс, по- даваемьй на второй вход (декремента- ции) реверсивного-счетчика 26.A second (larger) counting volume at the output of the third amplifier 14 appears a voltage jump, with a short pulse appearing at the first output of the differentiator 25 supplied to the input of the counter 21 and the first input of the reversing counter 26. If the reversing counter 26 is in - 1-bus 1, which corresponds to getting into the second counting volume of one particle, then the output of the decoder 27 is a signal supplied to the second input of the second block 19 matches, c. the output of which the signal arrives at the second input of the storage unit 22, the main recording of the particle size code supplied to its first input from the output of the amplitude analyzer 23. When the aerosol particle leaves the second (larger) counting volume, the second output of the differentiator 25 appears short impulse given to the second input (decrements) of the reversible counter 26.

Если аэрозольна  частица пересечет зону второго (большого) счетного объема, в котором имеет место виньетирование , то сигналов на выходах фотоприемников 9 и 10 не будет и клзочевой элемент 20 будет закрыт запирающим сигналом с выхода первого блока 18 совпадений. Анализ размеров частшцз производитьс  не будет, а произойдет, лишь счет частицы в счетчике 21 .If the aerosol particle crosses the zone of the second (large) counting volume in which vignetting takes place, then there will be no signals at the outputs of the photoreceivers 9 and 10 and the lateral element 20 will be closed by a locking signal from the output of the first block 18 coincidences. The size analysis of particles will not be produced, and only a particle count in counter 21 will occur.

Если в счетные объемы попадут одновременно несколько частшь например три частицы 28-30 (фиг. 3), то от частиц 29 и 30 при пересечении первого (меньшего) счетного объема на выходе ключевого элемента 20 по витс  импульсный сигнал с большей амплитудой , чем от одиночной частицы заIf three particles 28–30 (Fig. 3) fall into the counting volumes at the same time somewhat, for example, then from particles 29 and 30 when crossing the first (smaller) counting volume at the output of the key element 20, a pulse signal with a larger amplitude appears than from a single particles for

14532571453257

ции аэрозольных частиц, а разведение каналов определени  размеров и концентрации позвол ет сократить врем  анализа.aerosol particles, and diluting the size and concentration channels reduces the analysis time.

Claims (1)

Формула изобFormula isob Р е т е н и  Rete n i .. ,„ .л jz- -се нного света от всех частиц, наход щихс  к этому времени во втором счетном объеме. Поскольку при входе в счетный объем очередной частицы происходит инкрементаци  реверсивно- .го -четчика 26 и декрементаци  при выхода частицы из этого объема, то в ситуации, приведенной на фиг. 3, реверсивный счетчик 26 находитс  в состо нии О, на выходе дешифратора 27 сигнал отсутствует и запись искаженных значений в блоке 22 запоминани  не будет произведена, но произойдет подсчет частиц в счетчике 21. При выходе последней частицы из счетного объема реверсивный счетчик 26 установитс  в исходное состо ние О . Таким образом, погрешность определени  размеров при одновременном попадании в счетный объем нескольких частиц уменьшитс ..., l. Of jz-blue light from all particles that were at that time in the second counting volume. Since at the entrance into the countable volume of a regular particle there occurs an increment of the reversive counter 26 and decrement when the particle leaves this volume, in the situation shown in FIG. 3, the reversible counter 26 is in the state O, there is no signal at the output of the decoder 27 and the distorted values are not recorded in the memory unit 22, but the particles are counted in the counter 21. When the last particle leaves the countable volume, the reversible counter 26 O state Thus, the error in determining the size while simultaneously falling into the countable volume of several particles will be reduced. Дл  сни7секи  веро тности Р одновременного попадани  в измерительный объем двух и более частиц до значени To reduce the likelihood of P simultaneously falling into the measuring volume of two or more particles up to 1515 f- --.m.j Jf  f- -. m.j Jf ров и концентрации аэрозольных частиц , содержащее осветитель, на оптической оси которого в области пересечени  с перпендикул рной к ней осью аспирационного канала размещен первый счетный объем, ограниченный областью пересечени  зон визировани  первого и второго фотоприемников с оптическими ос ми, наклоненный в плоскости, перпендикул рной к оси аспирационного канала, под равными углами 40-50 центр которого совмещен с центром второго счетного объема, ограниченного зоной визировани  третьего фотоприемника с оптической осью, наклоненной относительно оптической оси осветител  в плоскости, перпендикул рной к оси аспирационного канала, под углом 90°, первый блок совпадений , первую полевую диафрагму и пер- 30 вый объектив, вторую полевую диафрагму и второй объектив, третью полевую диафрагму и третий объектив, размещенные на оптических ос х соотретст- венно первого, второго и третьегоThe concentration of aerosol particles containing the illuminator, on the optical axis of which, in the intersection area with the aspiration channel axis perpendicular to it, is placed the first counting volume limited by the intersection area of the first and second photoreceivers with optical axes, inclined in the plane perpendicular to the axis of the aspiration channel, at equal angles of 40-50, the center of which is aligned with the center of the second counting volume, bounded by the zone of sight of the third photodetector with the optical axis, is inclined relative to the optical axis of the illuminator in a plane perpendicular to the axis of the aspiration channel, at an angle of 90 °, the first block of coincidences, the first field diaphragm and the first lens, the second field diaphragm and the second lens, the third field diaphragm and the third lens placed on optical axes x, respectively, of the first, second and third 2020 2525 . , 1 - ЧЧСПИЛ, .. .j,.ut.iu. , 1 - ČChSPIL, ... .j, .ut.iu Г и,1 размеры счетного объема выбира- 35Фотоприемников дл  формировани  соотют из услови  ,1N, где N - макси- ветственно первого и второго счетныхGI, 1, the sizes of the countable volume of choice — 35 Photoreceivers for the formation correspond to the condition, 1N, where N is maximally the first and second counting мальна  концентраци  частиц. Посколь-объемов, отличающеес  ку процесс попадани  аэрозольных частиц в измерительный объем хорошо опитем , что, с целью повышени  точнос ,., jjumu (Jim- счет устранени  влл .и  виньесьшаетс  законом Пуассона, то при та- 40 тировани  и устранени  погретностей,lowest particle concentration. Since the volumes, characterized by the process of falling of aerosol particles into the measuring volume, we will well understand that, in order to improve accuracy,., Jjumu (Jim- by eliminating dv. And is caused by Poisson’s law, then at 40 одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращени  времени анапнза, в него введены ключевой элемент, блок 45 селекции, первый, второй и третий simultaneously hitting the counting volume of several particles, as well as reducing the time of anapnza, the key element, the selection unit 45, the first, second and third усилители, первый и второй йюрмирова- тели, счетчик, амплитудньШ анализатор, блок запоминани , п ри этом перва , втора  и треть  полевые диафрагмы,amplifiers, first and second amplifiers, counter, amplitude analyzer, memory unit, first, second and third field diaphragms, И306ПРТРН1.Р50 первый, второй и третий объизопретение позвол ет повысить точ- И306ПРТРН1.Р50 the first, the second and the third objective allows to increase the point ность определени  размера аэрозольной , частицы за счет исключени  из анализа частиц, наход щихс  в зоне виньетировани , и частиц, попавших в счетный объем в количестве больше одной, производ  при этом их раздель-- ./- -V-VXilltJ.j ii J fLthe ability to determine the size of the aerosol, particles due to the exclusion from the analysis of particles in the vignetting zone, and particles trapped in a countable volume in an amount greater than one, while separating them. ../- -V-VXilltJ.j ii J fL ком выборе размера счетного объема за все врем  работы устройства в течение 10% времени в измерительном объеме будут находитьс  частицы, а в 90% не будут. При этом в среднем в течение 9% всего времени работы в измерительном объеме будет находитьс  одна частица, в течение 1% всего времени - две и более.By choosing the size of the counting volume, for the entire operation time of the device, particles will be in the measuring volume for 10% of the time, and 90% will not be. At the same time, on average, for 9% of the total operating time, one particle will be in the measuring volume, for 1% of the total time - two or more. 5555 ный счет. Это позвол ет повысить точность определени  счетной концентраективы выбраны и размещены так, что размеры второго счетного объема превосход т размеры первого счетного объема, расположенного в центральной области второго счетного объема, а выходы первого и второго фотоприемников соответственно через первый усилитель, первый фор -шрователь и второй усилитель и второй формировательny account This allows you to improve the accuracy of determining the counting concentrators selected and placed so that the dimensions of the second counting volume exceed the dimensions of the first counting volume located in the central region of the second counting volume, and the outputs of the first and second photodetectors, respectively, through the first amplifier, the first forecaster and the second amplifier and second driver р 1453257p 1453257 ции аэрозольных частиц, а разведение каналов определени  размеров и концентрации позвол ет сократить врем  анализа.aerosol particles, and diluting the size and concentration channels reduces the analysis time. Формула изобFormula isob Р е т е н и  Rete n i ,„ .л jz- -15, „.L jz- -15 f- --.m.j Jf  f- -. m.j Jf ров и концентрации аэрозольных частиц , содержащее осветитель, на оптической оси которого в области пересечени  с перпендикул рной к ней осью аспирационного канала размещен первый счетный объем, ограниченный областью пересечени  зон визировани  первого и второго фотоприемников с оптическими ос ми, наклоненный в плоскости, перпендикул рной к оси аспирационного канала, под равными углами 40-50 центр которого совмещен с центром второго счетного объема, ограниченного зоной визировани  третьего фотоприемника с оптической осью, наклоненной относительно оптической оси осветител  в плоскости, перпендикул рной к оси аспирационного канала, под углом 90°, первый блок совпадений , первую полевую диафрагму и пер- 0 вый объектив, вторую полевую диафрагму и второй объектив, третью полевую диафрагму и третий объектив, размещенные на оптических ос х соотретст- венно первого, второго и третьегоThe concentration of aerosol particles containing the illuminator, on the optical axis of which, in the intersection area with the aspiration channel axis perpendicular to it, is placed the first counting volume limited by the intersection area of the first and second photoreceivers with optical axes, inclined in the plane perpendicular to the axis of the aspiration channel, at equal angles of 40-50, the center of which is aligned with the center of the second counting volume, bounded by the zone of sight of the third photodetector with the optical axis, is inclined relative to the optical axis of the illuminator in a plane perpendicular to the axis of the aspiration channel, at an angle of 90 °, the first block of coincidences, the first field diaphragm and the first lens, the second field diaphragm and the second lens, the third field diaphragm and the third lens placed on optical axes x, respectively, of the first, second and third 00 5five , .. .j,.ut.iu... j, .ut.iu 5Фотоприемников дл  формировани  соот50 первый, второй и третий 5 Photo receivers to form respectively the first, second and third 5five ективы выбраны и размещены так, что размеры второго счетного объема превосход т размеры первого счетного объема, расположенного в центральной области второго счетного объема, а выходы первого и второго фотоприемников соответственно через первый усилитель, первый фор -шрователь и второй усилитель и второй формировательThe objectives are selected and arranged so that the dimensions of the second counting volume exceed the dimensions of the first counting volume, located in the central region of the second counting volume, and the outputs of the first and second photodetectors, respectively, through the first amplifier, the first form rammer and the second amplifier and the second driver соединены с первым и вторым входами первого блока совпадений, выход второго блока совпадений соединен с первым входом ключевого элемент, второй вход которого соединен с выходом третьего усилител  и первым входом блока селекции, а выход - с входом амплитудного анализатора и вторым входом блока селекции, первы выход которого соединен со счетчиком а второй выход - с первым входом блока запоминани , второй вход которого соединен с выходом амплитудно.го анализатора .connected to the first and second inputs of the first block of matches, the output of the second block of matches is connected to the first input of a key element, the second input of which is connected to the output of the third amplifier and the first input of the selection block, and the output to the input of the amplitude analyzer and the second input of the selection block, the first output which is connected to the counter and the second output to the first input of the storage unit, the second input of which is connected to the output of the amplitude analyzer. ч I 2 . Устройство по п. I, о т л и - а ю щ е е с   тем, что блок селекции содержит дифференциатор, ре- i версивньш счетчик, дешифратор, третий формирователь и второй блок совпадений , при этом первый вход блока селек1ши соединен с входом дифферен- циатора, первый выход которого соединен с первым выходом блока селек- 1уш и первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом дифференциатора , а выход через дешифратор соединен с первым входом второго блока совпадений , выход которого соединен с вторым выходом блока селекции, а второй вход через третий формирователь - с вторым входом блока селекции.h I 2. The device according to p. I, of which is a selection block that contains a differentiator, a reverse counter, a decoder, a third driver and a second block of matches, the first input of the selector block is connected to the differential input - a driver, the first output of which is connected to the first output of the selector unit 1ush and the first input of the reversible counter, the second input of which is connected to the second output of the differentiator, and the output through the decoder is connected to the first input of the second coincidence unit, the output of which is connected to the second output of the selection unit , and the second input through the third driver - with the second input of the selection unit. .1.one Фиг.22 Фи&.3Fi & .3