SU1689801A1 - Device for determination of aerosol particle size - Google Patents

Abstract

Изоброетение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  размеров частиц в различных област х науки и техники при исследовани х двухфазных сред, в частности при летных испытани х летательных аппаратов в услови х обледенени . Цель изобретени  - повышение точности и расширение пределов измерени  размеров отдельных аэрозольных частиц. Принцип работы устройства ос- нован на регистрации рассе нного частицами лазерного излучени  в измерительной  чейке между торцами светопрово- д щих каналов. Дифракционный Фурье-образ аэрозольных частиц в виде аналогового сигнала снимаетс  с фотоприемника и обрабатываетс  по признакам, св занным с закономерност ми дифракционной картины от единичных сферических аэрозольных частиц Светопровод щие каналы имеют профилированную внешнюю поверхность. Обмерзание свегопровод - щих каналов устран етс  электрическим нагревом . Попаданию в сеетопровод щие каналы аэрозольных частиц преп тствует создание в них избыточного давлени  2 илThe invention relates to a measurement technique and can be used to measure particle sizes in various fields of science and technology in the study of two-phase media, in particular during flight tests of aircraft under icing conditions. The purpose of the invention is to improve the accuracy and expand the limits of measuring the size of individual aerosol particles. The principle of operation of the device is based on the registration of laser radiation scattered by particles in the measuring cell between the ends of the light-conducting channels. The diffraction Fourier transform of aerosol particles in the form of an analog signal is removed from the photodetector and processed according to the signs related to the regularities of the diffraction pattern from spherical aerosol particles. The light-conducting channels have a profiled external surface. The freezing of the freshly conducting channels is eliminated by electric heating. The ingress of aerosol particles into the sieve channels prevents the creation of an overpressure of 2 or more in them.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерений размеров частиц в различных област х науки и техники при исследовани х двухфазных сред, в частности при летных испытани х летательных аппаратов в услови х обледенени .The invention relates to a measurement technique and can be used to measure particle sizes in various fields of science and technology in studies of two-phase media, in particular, during flight tests of aircraft under icing conditions.

Цель изобретени  - повышение точности и расширение пределов измерени  размеров отдельных аэрозольных частиц.The purpose of the invention is to improve the accuracy and expand the limits of measuring the size of individual aerosol particles.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 - конструкци  светопровод щих каналов.1 shows a diagram of the device; Fig. 2 illustrates the structure of the light guide channels.

Устройство (фиг.1) состоит из квантового генератора 1, формирующего объектива 2 и примыкающего к нему светопровод щегоThe device (Fig. 1) consists of a quantum generator 1, a forming lens 2 and an adjacent light guide

канала 3. Светопровод щий канал 4 заканчиваетс  непрозрачной перегородкой 5 и установлен перед Фурье-преобразующим объективом 6. Внутренн   поверхность светопровод щих каналов выполнена в виде цилиндров, оси которых совпадают с оптической осью устройства Лазерный луч 7. распростран ющийс  вдоль оптической оси, образует между торцами светопровод щих каналов 3 и 4 измерительный объем 8 Фигурна  диафрагма 9 установлена за объективом 6 перед цилиндрической линзой 10. В фокальной плоскости линзы 10 установлен фотоприемник 11.channel 3. The light guide channel 4 ends with an opaque partition 5 and is installed in front of the Fourier transform lens 6. The inner surface of the light guide channels is made in the form of cylinders whose axes coincide with the optical axis of the device. The laser beam 7. extending along the optical axis forms between the ends light guide channels 3 and 4; measuring volume 8; Figurnal aperture 9 is mounted behind lens 6 in front of a cylindrical lens 10. A photodetector 11 is mounted in the focal plane of lens 10.

Работой фотоприемника управл ет система 12 автоматической обработки резульоThe operation of the photodetector is controlled by the automatic result processing system 12.

00 О 0000 O 00

оabout

татов измерений. Результаты измерений отображаютс  на устройстве 13 индикации. Все потребители электрической энергии подсоединены к блоку 14 питани .Источник 15 избыточного давлени  подсоединен к светопровод щим каналам 3 и 4 с помощью трубопроводов 16.tat measurements. The measurement results are displayed on the display device 13. All consumers of electrical energy are connected to the power supply unit 14. The overpressure source 15 is connected to the light guide channels 3 and 4 by means of pipelines 16.

Светопровод щие каналы выполнены (фиг.2) в виде металлических секций 17 и 18, соединенных прослойкой 19 материала, имеющего большее электрическое сопротивление (нагревательный элемент). Секции 17 и 18 подключены к источнику 20 электрического тока. Источником электрического тока может  вл тьс  блок 14 питани .The light-conducting channels are made (Fig. 2) in the form of metal sections 17 and 18 connected by an interlayer 19 of a material having a greater electrical resistance (heating element). Section 17 and 18 are connected to the source 20 of the electric current. The source of electrical current may be power supply unit 14.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Поток аэрозоли пересекает измерительный объем 8, образованный лучом 7 оптического квантового генератора 1 между торцами светопровод щих каналов 3 и 4. Рассе нное аэрозольными частицами лазерное излучение проходит через Фурье- преобразующий объектив 6 и после изменени  интенсивности световой энергии диафрагмой 9 попадает на цилиндрическую линзу 10. Затем сформированный объективом 6, фигурной диафрагмой 9 и линзой 10 дифракционный образ аэрозольных частиц проецируетс  на фотоприемнике 11. Дифракционный образ в виде аналогового электрического сигнала снимаетс  с  чеек фотоприемника 11 и обрабатываетс  автоматической системой 12, где проводитс  диагностирование детерминированного случайного прив занного к координатам устройства суммарного дифракционного спектра ансамблей аэрозольных частиц по признакам, св занным с закономерност ми дифракционной картины рассе ни  от единичной капли.The aerosols flow crosses the measuring volume 8 formed by beam 7 of the optical quantum generator 1 between the ends of the light-conducting channels 3 and 4. The laser radiation scattered by aerosol particles passes through the Fourier transforming lens 6 and after changing the intensity of the light energy by the aperture 9 hits the cylindrical lens 10. Then, the diffraction image of aerosol particles formed by the lens 6, the shaped diaphragm 9 and the lens 10 is projected on the photodetector 11. The diffraction image in the form of an analog electric one cell is removed from the signal of the photodetector 11 and processed by an automatic system 12 where diagnosis is conducted deterministic random pref bound to the coordinates of device ensembles total diffraction spectrum of the aerosol particles on grounds associated with the regularity of the diffraction pattern in E scattering from a single drop.

Результаты обработки дифракционного спектра ансамблей частиц (или единичной частицы) в виде функции распределени  частиц по диаметрам выдаютс  на устройство 13 индикации.The results of processing the diffraction spectrum of the particle ensembles (or a single particle) as a function of the particle diameter distribution are provided to the display device 13.

Недифрагированное лазерное излучение попадает в замкнутый непрозрачной перегородкой 5 светопровод щий канал 4,  вл ющийс  ловушкой дл  лазерного луча и преп тствующий ослеплению соседних с оптической осью  чеек линейного фотоприемника .Undifrared laser radiation enters the light guide channel 4 closed by an opaque partition 5, which is a trap for a laser beam and prevents blinding of the linear photodetector cells adjacent to the optical axis.

Обмерзание наружных поверхностей светопровод щих каналов 3 и 4, которое может произойти при осаждении на них переохлажденных вод ных капель, устран етс  нагревом прослойки 39 материала с большим омическим сопротивлением (а следовательно , и нагревом всей конструкцииThe freezing of the outer surfaces of the light-conducting channels 3 and 4, which can occur during the deposition of supercooled water droplets on them, is eliminated by heating the interlayer 39 of a material with high ohmic resistance (and, therefore, by heating the entire structure

каналов) при прохождении через нее электрического тока.channels) with the passage of electric current through it.

Попаданию в светопровод щие каналы 3 и 4 аэрозольных частиц преп тствует наличие в них избыточного давлени  (по сравнению с давлением газовой фазы в аэрозольном потоке). Избыточное давление поступает в каналы 3 и 4 от источника 15 по трубопроводам 16. Создаваемый при этомThe ingress of aerosol particles into the light guide channels 3 and 4 is prevented by the presence of an overpressure in them (as compared with the pressure of the gas phase in the aerosol stream). Excess pressure enters the channels 3 and 4 from the source 15 through pipelines 16. Created at the same time

0 поток газа одновременно охлаждает внутреннюю поверхность каналов 3 и 4, чем устран етс  возможность перегрева нагревательных элементов.The gas flow simultaneously cools the inner surface of channels 3 and 4, thus eliminating the possibility of overheating of the heating elements.

Внешн   поверхность светопровод 5 щих каналов профилируетс  из соображений создани  минимального аэродинамического сопротивлени  обтекающему ее аэрозольному потоку и тем самым внесени  в поток минимальных ис0 кажений.The outer surface of the light conduit of the 5 channels is profiled in order to create minimal aerodynamic resistance to the aerosol streaming it and thereby introduce minimal distortions into the stream.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство дл  определени  размеровSizing device 5 аэрозольных частиц, содержащее оптически согласованные квантовый генератор, формирующий объектив и измерительный объем, фигурную диафрагму, Фурье-преоб- разующий объектив, оптически согласован0 ные цилиндрическую линзу и фотоприемник в виде линейного прибора зар довой св зи (ПЗС), соединенный с системой автоматической обработки и отображени  результатов измерений, отличающеес  тем, что, с5 aerosol particles containing an optically matched quantum generator, forming an objective and measuring volume, a shaped aperture, a Fourier transform objective, an optically matched cylindrical lens, and a photodetector in the form of a linear charge-coupled device (CCD) and displaying measurement results, characterized in that, with 5 целью повышени  точности и расширени  пределов измерени  размеров отдельных аэрозольных частиц, Фурье-преобразую- щий объектив оптически согласован с расположенными после него фигурной5 in order to increase the accuracy and expand the limits of measuring the size of individual aerosol particles, the Fourier transforming lens is optically matched with the figured after it 0 диафрагмой и цилиндрической линзой, измерительный объем сформирован между торцами двух светопровод щих каналов, внутренн   поверхность которых имеет цилиндрическую форму, диаметр цилиндров0 a diaphragm and a cylindrical lens, the measuring volume is formed between the ends of two light-conducting channels, the inner surface of which has a cylindrical shape, the diameter of the cylinders 5 больше диаметра лазерного луча, а оси совпадают с оптической осью устройства, причем один из световодов оптически согласован с формирующим объективом и  вл етс  его продолжением , другой установлен перед Фурье0 преобразующим объективом и заканчиваетс  непрозрачной перегородкой, примыкающей к преобразующему объективу, внешние поверхности светопровод щих каналов профилированы и выполнены из металлических секций,5 is larger than the diameter of the laser beam, and the axes coincide with the optical axis of the device, one of the optical fibers is optically aligned with the forming lens and is its continuation, the other is mounted in front of the Fourier-O converting lens and ends with an opaque partition adjacent the conversion lens, the outer surfaces of the light-conducting channels profiled and made of metal sections, 5 разделенных сло ми материала с большим электрическим сопротивлением и подключенных к источнику электрического тока, устройство дополнительно содержит источник избыточного давлени  газовой фазы, соединенный со светопроводами.5 separated by layers of material with high electrical resistance and connected to a source of electrical current, the device additionally contains a source of overpressure of the gas phase connected to the light guides. flftf #Ьflftf # b && Фиг.11