SU741107A1 - Устройство дл измерени размеров и концентрации частиц - Google Patents

Description

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности, к устройствам для определения размеров и концентрации частиц>взвешенных в струе жидкости или газа и может быть использовано, например в океанологии при изучении взвешенного дисперсного материала и донных осадков, содержащихся в морской воде.

Известно устройство для обнаружения и счета частиц,находящихся в струе жидкости или газа, основанное на измерении рассеянного частицей узкоколйймированного пучка света (И

В этом устройстве приемная оптическая система улавливает и направляет· на фотоприемнйк только небольшую часть рассеянного частицей света 20 из одного или нескольких фиксированных телесных углов. Поэтому это устройство .применимо лишь для измерения частиц одинаковой формы и показателя преломления, селективно рас-25 свивающих свет в определенные угловые интервалы.

Наиболее близким к данному устрой-ству по технической сущности является спектрометр для 'определения раз-эд меров частиц, содержащий систему для формирования струи жидкости с частицами, подлежащими измерению, источник и приемник излучения, световую ловушку, систему для фокусировки пучка света на анализируемую частицу и камеру для сбора рассеянного частицей света, выполненную в виде диффузно рассеивающей сферической поверхности (сферы Ульбрихта) (2].

Недостатком этого устройства является то, что в нем для исключения влияния технологических отверстий при многократный отражениях внутри сферической камеры,’необходимо выбирать очень малой приемную апертуру фотоприемника. Вследствие этого, на фотоприемник попадает значительно меньшее количество света, чем рассеянное частицей внутри сферы,что ведет к существенному уменьшению отношения сигнала к шуму, а значит, к ограничению возможности обнаружения частиц малых размеров.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства к частицам малых размеров и повышение точности .

определения концентрации взвеси.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве камера выполнена в виде параболического зеркального отражателя, закрытого линзовым конденсатором, передний фокус которого совпадает с фокусом параболического отражателя, через который проходит траектория движения измеряемых частиц, а задний фокус конденсора находится в плоскости диафрагмы, за которой установлен фотоприемник, соединенный с электронным блоком обработки сигналов.

На фиг,1 представлена схема устройства; на фиг.2 - разрез А—А на фиг,1;

Устройство содержит источник 1 непрерывного излучения, например, лазер, выдающий коллимированный пучок света .2, объектив 3 для фокусировки света, камеру 4 с отражающей параболической поверхностью 5,через фокус которой проходит траектория движения б, световую ловушку 7 для поглощения прямого нерассеянного света, систему 8 подачи частиц внутрь камеры, представляющую собой тонкие суживающийся трубки, вставленные одна в · другую, линзовый конденсатор 9, диафрагму 10, фотоприемник 11 (ФЭУ), блок обработки сигнала 12, включающий согласующую схему, многоканальный амплитудный анализатор и счетчик импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Анализируемая жидкость (газ) с частицами, которые надлежит измерить и подсчитать, подается в камеру 4' с помощью системы 8 подачи частиц. При этом по внешней трубке поступает жидкость или газ, свободный от частиц, а по внутренней трубке прохо. дит жидкость (газ), содержащая частицы. На выходе трубок под действием гидродинамических сил формируется очень тонкая струя, внутри которой движутся частицы. Эта струя пересекает сфокусированный объективом 3 пучок света 2 от источ'ника 1. Точка пересечения траектории движения частиц в струе находится в фокусе отражающей параболической поверхности 5. Когда измеренная частица 6 попадает в сфокусированный луч 2, она рассеивает свет в,, полный телесный угол 4 π . Часть рассеянного частицей света непосредственно падает на линзовый конденсор 9, а другая часть попадает на него, отразившись от зеркальной поверхности 5. Конденсор направляет свет через отверстие диафрагма 10 на фотоприемнйк (фотоэлектронный умножитель) 11, на фотокатоде которого собирается практически весь свет, рассеянный единичной частицей, в полном телесном угле, за исключением прямого пучка. Фотоприемник преобразует световые вспышки от про-.

летающих частиц в электрические импульсы, которые поступают в электронный блок обработки сигнала 12, где осуществляется счет общего количества импульсов и распределение их по амплитуде. Так как амплитуда электрического импульса пропорциональна площади сечения частицы, то устройство предварительно калибруют, используя для этого частицы с известными размерами и формой.

Концентрация частиц, содержащаяся в исследуемой среде, находится делением общего числа зарегистрированных импульсов на количество жидкости (газа), прошедшей через камеру.. ·

Расчеты показывают, что в данном устройстве на фотоприемник поступает на порядок большее количество света, рассеянное частицей, чем в сферической камере Ульбрихта с внутренней поверхностью из диффузно рассеивающего материала. Это дает возможность увеличить отношение полезного сигнала к шуму, а значит, повысить чувствительность устройства к свету, рассеянному малыми частицами.

Использование устройства для анализа искусственных и естественных дисперсных сред позволяет измерить и .подсчитать частицы с размером до 0,1 mkmj независимо от их формы и оптических свойств, что существенно расширяет измеряемый спектр размеров частиц и, тем самым, повышает точность определения концентрации взвеси в целого.

Claims (2)

1. Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве камера выполнена в виде параболического зеркального отражател , закрытого линзовым конденсатором , передний фокус которого совпадает с фокусом параболического отражател , через который проходит траектори  движени  измер емых часл-иц , а задний фокус конденсора нахо{цитс  в плоскости диафрагмы, за кото рой установлен фотоприемник, соединенный с электроннЕЛм блоком обработкй сигналов. На фиг,1 представлена схема устройства; на фиг,2 - разрез А-А на фиг,. 1; Устройство содержит источник 1 не прерывного излучени , например, лазе выдающий коллимированный пучок свет . 2, объектив 3 дл  фокусировки света камеру 4 с отражшощей параболической поверхностью 5,через фокус которой проходит траектори  движени  б, световую ловушку 7 дл  поглощени  пр мого нерассе нного света, си тему 8 подачи частиц внутрь камеры, представл ющую собой тонкие суживающийс  трубки, вставленные одна в другую , линзовый конденсатор 9, диа фрагму 10, фотоприемник li (ФЭУ), блок обработки сигнала 12, включающий согласующую схему, многокан.альный амплитудный анализатор и счетчик импульсов. Устройство работает следующим образом. Анализируема  жтидкость (газ) с ча тицами, которые надлежит измерить и подсчитать, подаетс  в камеру 4 с помощью cHCTeNH 8 подачи частиц. При этом по внешней трубке поступает жидкость или газ, свободный от час тиц , а по внутренней трубке прохо. дит жидкость (газ), содержаща  частицы . На выходе трубок под действием гидродинамических сил формируетс  очень тонка  стру , внутри которой движутс  частицы. Эта стру  первоекает сфокусированный объективом 3 пу чок света 2 от источника 1. Точка пересечени  траектории движени  частиц в струе находитс  в фокусе отражающ ей параболической поверхности 5 Когда измеренна  час.тица б попадает в сфокусированный луч 2, она рассеи ,вает свет в.. полный телесный угол 4 л; . Часть рассе нного частицей све та непосредственно падает на линзовы конденсор 9, а друга  часть попадает на него, отразившись от зеркаль ной поверхности 5. Конденсор направл ет свет через отверстие диафрагли 10 на фотоприемийк (фотоэлектронный умножитель) 11, на фотокатоде которого собираетс  практически весь свет, рассе нный единичной частицей в полном телесном угле, за исключе .нием пр мого пучка. Фотоприемник преобразует световые вспышки от про летающих частиц в электрические импульсы , которые поступают в электронный блок обработки сигнала 12, где осуществл етс  счет общего количества импульсов и распределение их по амплитуде. Так как Ш1плитуда электрического импульса пропорциональна площади сечени  частицы, то устройство предварительно калибруют, использу  дл  этого частицы с известными размерами и формой. Концентраци  частиц, содержаща с  в исследуемой среде, находитс  делением общего числа зарегистрированных импульсов на количество жидкости (газа), прешедшей через камеРУ .. Расчеты показывают, что в данном устройстве на фотоприемник поступает на пор док большее количество света, рассе нное частицей, чем в сферической камере Ульбрихта с внутренней поверхностью из диффузно рассеивающего материала. Это дает возможность увеличить отношение полезного сигнала к шуму, а значит, повысить чувствительность устройства к свету, рассе нному малыми частицами. Использование устройства дл  анализа искусственных и естественных дисперсных сред позвол ет измерить и .подсчитать частицы с размером до 0,1 MKMj независимо от их формы и оптических свойств, что существенно расшир ет измер емый спектр размеров частиц и, тем самым, повышает точность определени  концентрации взвеси в целом. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  размеров и концентрации частиц, содержащее источник коллимированнрго излучени , , .световую ловушку, объектив, камеру дл  сбора рассе нного частицами света , фотоприемник, систему подачи частиц в камеру, отличающеес   тем, что, с целью повьашени  чувствительности к частицам малых размеров и повышени  точности определени  концентрации взвеси, камера выполнена в виде параболического зеркального отражател , закрытого линзовым конденсором, передний фокус которого совпадает с фокусом параболического отражател ;через который проходит траектори  движени  измер емых частиц, а задний фокус конденсатора находитс  в плоскости диафрагмы, за кот.рой установлен фотоприемник, соединенный с электронным блоком обработки сигналов. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1, Патент США.№3869209,кл,356-103, опублик, 1975.
2. 2. Патент США W3869208, кл, 356 - 102, опублик, 1975 (прототип ) ,.

   фуг.г