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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Partikeluntersuchungs-gerät, mit dem
Partikelgrößenverteilungen
bestimmt und Partikelformen analysiert werden können.
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US-A 4,953,978 zeigt ein
Partikeluntersuchungsgerät,
mit dem die Partikelgrößenverteilung von
Mikrometer- und Submikrometergröße bestimmt werden
sollen. Zu diesem Zweck wird monochromatisches Licht zu einem Parallel-Strahlenbündel geformt
und durch eine Messzelle mit den zu untersuchenden Partikeln geschickt,
wobei die Rückseite
der Messzelle eben ausgebildet ist und die Beugungserscheinungen
des Lichts mittels mehrerer Fourier-Transformlinsen auf mehrere Detektoren,
teilweise in mehreren Ebenen, abgebildet werden. Ein einfacher Detektor,
der sich auf einer ebenen oder gewölbten Platte erstreckt, wird
nicht angewendet. Das Streulicht wird bei niedrigen Streuwinkeln
mit hoher Winkelauflösung
gemessen und bei breiter Streuung mit niedrigerer Auflösung. Es
wird auch eine sogenannte Polarisationsintensitäts-Differenzialstreumessung
(PIDS) durchgeführt,
bei der ein Untersuchungslichtstrahlenbündel verschiedener ausgewählter Wellenlängen verwendet
wird. Das davon ausgehende Streulicht wird mit Photodetektoren in Richtungen
senkrecht und parallel zur Polarisationsebene nachgewiesen. Der
Aufbau eignet sich jedoch nicht dazu, ein zweites monochromatisches
Untersuchungslichtstrahlenbündel
auf die Rückseite
der Messzelle zu richten und das dabei entstehende Beugungsspektrum
von dem gleichen, einfachen Detektor aufzufangen. Dabei würden sich
jedoch besonders kleine Partikel im Submikronbereich detektieren lassen.
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Es
ist auch bekannt, die Probe in einem konvergenten Strahlengang zu
untersuchen (
EP-B 0
207 176 ), wobei der Abstand zwischen Messzelle und Detektor
die Brennweite der Fourier-Transformlinse des zuvor beschriebenen
Aufbaus ersetzt. Bei dieser Gerätekonfiguration
lässt sich
der Abstand zwischen Messzelle und Detektor leicht variieren, und
damit die Größenklasse
des eingestellten Meßbereichs
festlegen, für
welche die Korngrößen optimal
bestimmt werden. Durch Annäherung
der Messzelle sehr nahe an den Detektor lassen sich auch sehr kleine
Korngrößen bis
ungefähr
0,1 μm erfassen.
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DE 196 28 348 C1 zeigt
eine Messsonde zur In-Line-Bestimmung der Größe von bewegten Partikeln in
transparenten Medien. Hierzu ist eine parallelflächige Aussparung zum Hindurchleiten
der Messprobe mit einer Beleuchtungsseite und einer optischen Wirkungsfläche auf
der gegenüberliegenden Seite
vorgesehen. Die optische Wirkungsfläche enthält die Enden von Lichtleitfasern,
die gitterartig angeordnet sind und eine Ortsfrequenzfilteranordnung bilden.
Die Lichtleitfasern sind mit Fotodioden als optoelektronischen Wandlern
verbunden, deren Signale über
Verstärker
und Bandpassfilter einem Analog-Digital-Wandler und darüber hinaus
einem PC bzw. einem Mikrokontroller zugeführt werden, um Partikelgröße und Partikelgeschwindigkeit
zu ermitteln. Da das bewegte Schattenbild der Partikel auf die optische
Wirkungsfläche
ausgewertet wird, liegt nicht das Messprinzip der Auswertung des
(ruhenden) Beugungsspektrums vor.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Partikeluntersuchungsgerät für einen
breiten Bereich von Untersuchungen auszubilden, nämlich Größenklassenuntersuchungen, die
von relativ großen
Partikeln bis zu sehr kleinen Partikeln im Submikrometerbereich
reichen. Ferner soll das Gerät
auch Partikelformen analysieren können.
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Die
gestellte Aufgabe wird aufgrund der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Im einzelnen weist
die Rückseite
der Messzelle Lichtaustrittsflächen
in einem Fenster mit wenigstens zwei „Lichtaustrittskeulen" auf, entlang denen
gestreutes Licht mit sehr großen
Winkeln zur optischen Achse austreten kann, wobei die Lichtaustrittskeulen
paarweise senkrecht aufeinander stehen. Diesen Lichtaustrittskeulen
sind Nebensensorfelder zugeordnet, während der zentralen Region
des Fensters ein Hauptsensorbereich der Streulichtaufnahmevorrichtung
gegenüberliegt.
Der Hauptsensorbereich weist zwei sektorale Hauptsensorfelder mit
einer großen
Anzahl von ringsektorförmigen
oder ringzonalen Detektorelementen auf, um Streulicht bei kleinen
Ablenkwinkeln mit hoher Auflösung
zu erfassen. Der Hauptsensorbereich umfasst auch ein sektorales
Richtungssensorfeld, um die azimuthale Verteilung des gestreuten
Lichts relativ fein erfassen zu können.
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Bei
dem Betrieb des Geräts
mit dem Untersuchungsstrahlenbündel
in Vorwärtsrichtung
werden kleine Streuwinkel von den beiden Hauptsensorfeldern erfasst,
während
große
Streuwinkel von den Nebensensorfeldern detektiert werden. Das Richtungssensorfeld
liefert zusätzliche
Information, die in Hinblick auf die Partikelform auswertbar ist.
Dies trifft auch auf die Verteilung der auftreffenden Lichtenergie
zwischen den beiden Hauptsensorfeldern bzw. den beiden Nebensensorfeldern
zu.
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Das
Gerät umfasst
vorzugsweise zwei linear polarisierte Untersuchungslichtstrahlenbündel, die nacheinander
auf das Probenmaterial von der Vorderseite bzw. der Rückseite
der Messzelle gerichtet werden können.
Linear polarisiertes Licht führt
bei Partikeln mit Durchmessern kleiner als ein Mikron zu einer charakteristischen
azimuthalen Abhängigkeit der
Streulichtverteilung, die bei der Analyse der Partikelgröße mit ausgewertet
wird.
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Wenn
ein Untersuchungslichtstrahlenbündel von
der Rückseite
in die Messzelle gelangt und auf sehr kleine Partikelformen im Submikronbereich
trifft, gibt es einen Streukegel entgegen der Ausbreitungsrichtung
des Untersuchungslichtstrahlenbündels,
der demnach den Detektor ebenfalls von der Vorderseite erreichen
kann. Dieser ist somit auch für
Streulicht „in Rückwärtsrichtung" erreichbar, welches
demnach von ein- und demselben Detektor analysiert werden kann,
der in Vorwärtsrichtung
beaufschlagt worden ist. Somit können
außerordentlich
viele Informationen aus dem aufgefangenen Streulicht gewonnen werden.
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Damit
das Streulicht in richtiger Weise auf die diversen Sensorenfelder
des Detektors gelangen kann, ist die Rückseite der Messzelle mit Lichtaustrittsflächen versehen,
die das Streulicht auf die zugeordneten Sensorenfelder hinlenken.
Eine bevorzugte Form der Lichtaustrittsflächen wird durch ein Glasprisma
gebildet, welches eine ebene Vorderseite und eine dazu parallele
Rückseite,
jedoch mit ersten und zweiten Schrägflächen oder Prismenflächen aufweist.
Das Streulicht gelangt durch die Rückseite zum Hauptsensorfeld
und durch die beiden Prismenflächen
auf jeweils ein Nebensensorfeld. Man kann weitere, gestaffelte Prismenflächen vorsehen,
um weitere „Lichtaustrittskeulen" in noch größeren Öffnungswinkeln
zur optischen Achse zu gewinnen.
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Diese
Lichtaustrittsflächen
sind zum Detektor hin freigeschnitten, d.h. die Rückwand der
Messzelle weist ein Fenster mit wenigstens zwei zueinander im rechten
Winkel stehenden Lichtschächten
auf, wobei das Streulicht durch den Hauptteil des Fensters zum Hauptsensorfeld
und durch die Lichtschächte
zu den Nebensensorfeldern gelangt.
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Um
einen weiten Bereich von Korngrößen abdecken
zu können,
ist das erste Untersuchungslichtstrahlenbündel konvergent mit Brennpunkt
in der Ebene des Detektors ausgebildet und die Messzelle kann entlang
des Strahlenbündels
im unterschiedlichen Abstand zu dem Detektor plaziert werden. Größere Partikel
werden mit größerem Abstand
zum Detektor und kleinere Partikel mit kleinerem Abstand zum Detektor
untersucht. Für
die Analyse der Partikelform wird die Verteilung der Lichtintensitäten des Streulichts
entlang des Azimuthwinkels bestimmt. Hierzu dienen die unterschiedlichen
Sensorsektoren des Detektors. Das Streulicht kann in unterschiedlichen Öffnungskegeln
des Streulichts untersucht werden, und zwar auch mit stumpfwinkligen Öffnungskegeln,
wenn das zweite Untersuchungslichtstrahlenbündel die Messzelle von deren
Rückseite
erreicht, um das nach rückwärts gerichtete
Streulicht, gesehen von dem zweiten Untersuchungslichtstrahlenbündel, vom
Detektor auffangen zu lassen.
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Um
das zweite Untersuchungslichtstrahlenbündel entgegengesetzt zum ersten
Untersuchungslichtstrahlenbündel
richten zu können,
weist der Detektor ein Blendenloch auf, durch das das zweite Untersuchungslichtstrahlenbündel auf
die Messzelle gerichtet wird. Diese Lochblende ist auch für die Justierung
des optischen Systems von Bedeutung, und zwar bildet die Bohrung
der Lochblende den Durchstoßpunkt
der optischen Achse durch den Detektor und die Untersuchungslichtstrahlenbündel werden jeweils
auf diesen Bezugspunkt ausgerichtet, wenn sich das Gerät selbst
justiert. Für
diese Selbstjustierung werden im übrigen Photozellen verwendet,
die in und aus der optischen Achse geschwenkt werden können. Die
Photozellen dienen auch zur Bestimmung der Lichtintensität der jeweiligen
Untersuchungslichtstrahlenbündel
vor und nach dem Einschwenken der Messzelle in den Strahlengang.
Auf diese Weise kann die Lichtabschwächung in dem Medium, welches
die zu untersuchenden Partikel enthält, bestimmt werden.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben.
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Dabei
zeigt:
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1 eine
Gesamtansicht von wesentlichen Teilen des Partikeluntersuchungsgerätes in perspektivischer
Darstellung,
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2 eine
Einrichtung zur Erzeugung eines Untersuchungslichtstrahlenbündels.
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3 einen
radialen Schnitt durch eine Messzelle,
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4 eine
perspektivische Ansicht der Messzelle von rückwärts,
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5 eine
vergrößerte Ansicht
eines Detektors aus 1,
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6 eine
Justiervorrichtung für
die Lichstrahlerzeugungseinrichtung, und
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7 ein
Detail in perspektivischer Ansicht.
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1 zeigt
eine optische Bank, auf der die einzelnen Komponenten des Partikeluntersuchungsgerätes montiert
sind, bis auf einen nicht dargestellten Computer, mit dem die Auswertung
der Meßergebnisse
erfolgt.
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Diese
Hauptkomponenten sind folgende:
eine Einrichtung 1 zur
Erzeugung eines ersten monochromatischen Untersuchungslichtstrahlenbündels 21,
eine
Einrichtung 2 zur Erzeugung eines zweiten monochromatischen
Untersuchungslichtstrahlenbündels 22,
eine
Messzelle 3 bzw. 3',
eine
Präzisionsschiene 4,
ein
Detektor 5,
je eine Strahljustiereinrichtung 6, 6' für das erste
und das zweite Untersuchungslichtstrahlenbündel,
je eine Dreh-Schalteinrichtung 7, 7' für Filter
und Photozelle sowie
ein verfahrbarer Drehtisch 8.
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Bezugnehmend
auf 2, enthält
die Einrichtung 1 eine monochromatische Lichtquelle 10, beispielsweise
einen Gaslaser oder eine Laserdiode, und gibt ein monochromatisches
Lichtbündel 11 ab, das über ein
Mikroskopobjektiv 12 durch eine Lochblende 13 in
eine Lichtleitfaser 14 eingekoppelt wird. Die Lichtleitfaser 14 weist
linsenförmig
gekrümmte Enden 15 und 16 auf,
um das Licht im Inneren parallel zu richten und divergierend abzugeben,
wie bei 17 dargestellt. Ein Verschluss 18 ermöglicht,
das abgegebene Strahlenbündel
zu unterbrechen oder freizugeben. Mit einer Optik 19 wird
das divergierende Lichtbündel 17 zu
einem konvergierenden Lichtbündel
umgeformt, der das erste monochromatische Untersuchungslichtstrahlenbündel 21 darstellt,
das sich entlang der optischen Achse 20 ausbreitet.
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Die
monochromatische Lichtquelle 10 kann so beschaffen sein,
dass sie polarisiertes Licht abgibt. Die Lichtleitfaser 14 ist
dann von einer Art, dass die Polarisationsebene beibehalten bleibt,
d.h. das Licht des Strahlenbündels 21 ist
linear polarisiert. Die Lochblende 13 weist einen Bohrungsdurchmesser
im Bereich von 6 bis 30 μm
auf, so dass das Licht jenseits der Lochblende nur noch den zentralen
Mode TEM 00 besitzt. Das Licht in der Lichtleitfaser 14 liegt im
wesentlichen nur noch als Parallelstrahlenbündel vor, das hinsichtlich
seines Profils eine optimale Gaußverteilung mit minimiertem
Rauschen aufweist.
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Bei
der Verwendung von fasergekoppelten Laserdioden zur Erzeugung des
Untersuchungslichtstrahlenbündels
kann man bei dünner
Faser erreichen, dass der von der Laserdiode erzeugte ursprünglich elliptische
Strahl zu einem runden Strahlprofil umgewandelt wird, die Faser
gleichzeitig als Raumfilter wirkt und dadurch das Rauschen des Lichtstrahles
minimiert wird.
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3 zeigt
einen Schnitt durch die Messzelle 3. Diese enthält eine
Kammer 30 mit den zu untersuchenden Partikeln, die in Suspension
an einer Öffnung 31 eintreten
und an einer Austrittsöffnung 32 abgeführt werden.
Die Öffnungen 31, 32 befinden sich
in einer vorderen Flanschwand 33, die mit einer hinteren
Flanschwand 34 verschraubt ist. Die hintere Flanschwand 34 weist
eine innere Aussparung auf, in welcher eine Strömungsscheibe 35 sitzt,
die mit einer Serie von Kanälen
versehen ist, um die Strömung zwischen
der Eintrittsöffnung 31 und
der Austrittsöffnung 32 gleichmäßig und
laminar zu halten. In der vorderen Flanschwand 33 ist eine
Lichteintrittsöffnung 37 und
in der hinteren Flanschwand eine Lichtaustrittsöffnung 38 vorgesehen.
Die vordere Lichteintrittsöffnung 37 wird
gegenüber
der Kammer 30 durch eine Glasplatte 39 verschlossen
und die hintere Öffnung 38 durch
ein Glasprisma 40. Das Glasprisma 40 weist eine
Vorderseite 41, eine Rückseite 42 sowie
vier Seitenflächen
auf, von denen zwei zur Bildung von Prismenflächen 43 und 44 (4) unter
einem Winkel von 45° abgeschrägt sind.
Die Prismenflächen 43 und 44 sind
an zwei zueinander senkrecht stehenden Seiten des Prismas 40 vorgesehen,
blicken demnach in zueinander senkrecht stehenden Richtungen, wie
aus 4 ersichtlich. Um den freien Lichtaustritt zu
ermöglichen,
sind in der hinteren Flanschwand 34 Lichtschächte 45 und 46 vorgesehen,
die mit der Lichtaustrittsöffnung 38 verbunden
sind. Die Lichtschächte 45 und 46 weisen
jeweils zwei zueinander parallele Wandflächen und eine Schrägfläche unter
einem Winkel größer als
60° zur
Achsrichtung der Messzelle auf. Aus Herstellungsgründen ist
das Prisma 40 in eine quaderförmige Aussparung 47 der
hinteren Flanschwand 34 eingesetzt, weswegen die Zwickel
zu den Prismenflächen 43 bzw. 44 mit
prismatischen Füllstücken 48 ausgefüllt worden
sind.
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5 zeigt
den Detektor 5 als Streulichtaufnahmevorrichtung. Der Detektor 5 umfasst
eine ebene oder gewölbte
Platte 50, auf der sich zwei Hauptsensorfelder 51 und 52,
zwei Nebensensorfelder 53 und 54 sowie eine Reihe
von Richtungs-sektoren 55 mit einem Mittelpunktbestimmungs-fleck 56 befinden.
Die Platte 50 weist ein Blendenloch 57 mit einer Weite
von 150 μm
auf. Die Sensorfelder haben einen ringsektor-förmigen Umriss (bei den Sektoren 51, 52 fehlen
die Spitzen), wobei die Flanken der Sektoren auf das Blendenloch 57 gerichtet
sind. Mit Bezug auf dieses Blendenloch 57 nehmen die Symmetrieachsen 58 und 59 der
Hauptsensorfelder 51 und 52 einen Winkel von 90° zueinander
ein, und das Gleiche gilt hinsichtlich der Symmetrieachsen 58 und 59 der Nebensensor-felder 54 und 53,
wobei die jeweiligen Symmetrieachsen 58, 59 ein
rechtwinkliges Kreuz bilden.
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Der äußere Radius
der Hauptsensorfelder 51 und 52 ist kleiner als
der innere Radius der Nebensensorfelder 53 und 54.
Zwischen der Bohrung der Lochblende 57 und dem inneren
Radius der Nebensensorfelder 53 und 54 verbleibt
einiger Raum, in welchem die sektorförmigen Richtungssensoren 55 und
der Mittelpunktbestimmungsfleck 56 angeordnet sind.
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Die
Flanken der äußeren Richtungssensoren nehmen
einen Winkel im Bereich von 150° bis
180° ein,
d.h. die Richtungssensoren sind entlang eines beinahe Halbkreises
angeordnet. Die Sensorfelder 51, 52, 55 und 56 liegen
auf einem Hauptsensorbereich 50a, der der Lichtaustrittsfläche 42 des
Prismas 40 zugeordnet ist, und die Sensorfelder 53 und 54 auf einem
Nebensensorbereich 50b, der den Lichtaustrittsflächen 43 und 44 des
Prismas 40 zugeordnet ist.
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Die
Hauptsensorfelder 51 und 52 sind zur Messung von
kleinen Streuwinkeln in Vorwärtsrichtung
ausgelegt, d.h. aus einer großen
Anzahl von ringsektoralen Detektorelementen 51a, 52a aufgebaut,
deren Flächengröße mit dem
Abstand von der Bohrung der Lochblende 57 überproportional
zunimmt. Die Detektorelemente sind demnach der Intensitätsverteilung
des Beugungsspektrums der zu messenden Partikel angepasst. Die Detektorelemente
auf den Nebensensorfeldern 53 und 54 sind ebenfalls
ringsektoral ausgebildet, jedoch befinden sich nur noch wenige Ringe
oder Detektorelemente 53a, 54a auf diesen Feldern 53 und 54.
Die Richtungssensoren 55 befinden sich zwar näher an der
Lochblende 57 und damit in radialer Überdeckung mit Teilen der Hauptsensorfelder,
weisen aber weniger Ringe oder Detektorelemente auf, als auf dem
benachbarten radialen Überdeckungsbereich
der Hauptsensorfelder, weil es hier nicht um die feine Auflösung von Beugungserscheinungen
geht, sondern um die azimuthale Verteilung der Streuintensitäten rund
um die Lochblende 57. Die ringsektoralen Detektorelemente auf
allen Sensorfeldern haben voneinander jeweils einen kleinen Abstand.
Dieser Abstand ist kleiner als die radiale Breite des jeweiligen
Elementes.
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Die
Nebensensorfelder 53 und 54 können hinsichtlich der Form
und Größe der Detektorelemente
gleich sein; die Hauptsensorfelder 51 und 52 unterscheiden
sich hinsichtlich der radialen Anordnung der ringsektorförmigen Sensorelemente.
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6 zeigt
eine Justiervorrichtung 6 (oder 6'), um das Untersuchungslichtstrahlenbündel 21 (oder 22)
entlang der optischen Achse 20 auszurichten, so dass die
Spitze des Lichtkegels durch die Bohrung der Lochblende 57 trifft.
Ein Haltekörper 60 mit
einer Bohrung 61 dient zur Aufnahme der Einrichtung 1 oder 2,
welche das Untersuchungslichtstrahlenbündel erzeugt. Der Haltekörper 60 sitzt
in einem Schlitten 62 und kann relativ zu dem Schlitten
in X- und Y-Richtung verstellt werden, wozu Manipulatoren 63 und 64 dienen.
Mit einem weiteren Manipulator 65 ist eine Verstellung
des Schlittens 62 in Z-Richtung möglich. Die Manipulatoren 63 bis 65 können von Hand
oder motorisch bedient werden.
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7 zeigt
die Drehschalteinrichtung 7 in Zusammenarbeit mit der Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 2,
welche das zweite Untersuchungsstrahlenbündel 22 erzeugt. Die
Drehschalteinrichtung 7 bzw. 7' weist ein Stellrad 70,
einen Ständer 71 und
einen Motor 72 auf. Der Ständer 71 kann auf der
Präzisionsschiene 4 an
geeigneter Stelle befestigt werden. Das Stellrad 70 hat
eine Anzahl von Aussparungen, die im Schaltwinkelabstand von 90° voneinander
angeordnet sind, und kann so schaltend gedreht werden, dass jeweils
eine Aussparung sich in unterster Stellung, der Wirkstellung befindet.
Diese Wirkstellung entspricht dem Durchstoßpunkt der optischen Achse 20 und
deckt sich mit einer Öffnung 73 im Ständer 71 (nur
in 1 zu sehen). Eine Aussparung ist als Öffnung 74 freigelassen,
wie in 7 dargestellt. In der benachbarten Aussparung
ist eine Photozelle 75 montiert, und in den verbliebenen
Aussparungen können
Filter 76 angebracht werden, wobei es sich um Polarisationsfilter
handeln kann.
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Es
sei angenommen, dass bei der in 1 rechts
dargestellten Drehschalteinrichtung 7 sich die Photozelle 75 in
ihrer unteren Wirkstellung hinter der Lochblende 57 befinde.
In dieser Stellung kann die Intensität des Lichtstrahles 21 (mit
und ohne Abschwächung
durch die Messzelle 3) gemessen werden. Bei Erzeugung des
Lichtstrahles 22 (7) wird die
Photozelle 75 der linken Drehschalteinrichtung 7' (1)
in ihre Wirkstellung geschaltet.
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In 2 ist
eine Alternative zu der Drehschalteinrichtung 7 gezeigt,
nämlich
ein halbdurchlässiger
Spiegel 78, der ein Teil des durch das Blendenloch 57 fallenden
Lichtes auf die Photozelle 75 lenkt. Im Falle eines Rückwärtsstrahles
wirft der halbdurchlässige
Spiegel 78 einen Lichtanteil auf eine weitere Photozelle 75', während der
Meßstrahl 22 durch
das Blendenloch 57 gerichtet wird und auf die Messzelle 3 fällt. Statt
der Verwendung eines halbdurchlässigen
Spiegels 78 ist es auch möglich, einen vollständig reflektierenden
Schwenkspiegel zu verwenden, der nur zu Zeitpunkten der Messung
der Intensität
des Untersuchungsstrahles 21 bzw. 22 in die optische
Achse 20 geschwenkt wird, sonst außerhalb dieser verbleibt.
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Wie
in 1 dargestellt, weist der Drehtisch 8 einen
Rahmen 80 auf, der eine Tischplatte 81 umfasst,
in welcher ein Schwenkarm 82 drehbar angeordnet ist. Der
Schwenkarm 82 ist mittels eines Antriebes 83 in
eine Stellung senkrecht zu dem Strahl 21 verstellbar, wobei
die Messzelle 3 in den Strahlengang 21 geschwenkt
wird, bzw. in eine Stellung parallel zum Strahlengang 21,
in welcher die Messzelle 3 sich außerhalb des Meßstrahls 21 befindet.
Das dargestellte Gerät
weist zwei Messzellen 3, 3' auf, wovon das eine in den Strahlengang
geschwenkt ist und das andere außerhalb des Strahlenganges
bewegt worden ist. Der Rahmen 80 des Drehtisches ist in
einer Schienenführung 9 gelagert,
die sich parallel zu der Präzisionsschiene 4 erstreckt.
Ferner ist ein Spindelantrieb 90 vorgesehen, mit dem der
Rahmen 80 entlang der Schienenführung 9 verfahren
werden kann, so dass unterschiedliche Positionen der Messzelle 3 längs der
optischen Achse 20 des Gerätes aufgesucht werden können. Somit
ist der Abstand der Messzelle 3 von dem Detektor 5 einstellbar
und damit der jeweils günstigste
Meßbereich
für eine
vorbestimmte Größenklasse
der Partikel. Dieser Abstand wird im übrigen in den Computer eingegeben, der
die Analyse der Partikelgrößenverteilungen
vornimmt.
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Die
Handhabung des Partikeluntersuchungsgerätes ist wie folgt:
Die
in 1 linke Drehschalteinrichtung 7' wird so gedreht,
dass die Öffnungen 73 und 74 zueinander fluchten,
so dass ein Untersuchungsstrahl 21 passieren und bis zu
dem Detektor 5 gelangen kann. Die Photozelle 75 der
in 1 rechten Drehschalteinrichtung 7 wird
hinter die Lochblende 57 positioniert, um festzustellen,
ob die Spitze des Untersuchungsstrahles 21 durch die sehr
feine Bohrung der Lochblende fällt.
Sollte dies nicht der Fall sein, wird die Strahlrichtungseinstelleinrichtung 6 so
lange verstellt, bis die Strahlspitze durch die Bohrung der Lochblende 57 fällt. Nunmehr
wird die Ausgangsintensität
des Lichtstrahles 21 mit der Photozelle 75 gemessen,
d. h. ohne durch die Messzelle 3 fließendes Probematerial. Anschließend wird
solches Probematerial durch die Messzelle geleitet und die Abschwächung des
Lichtstrahles gemessen. Der die Messzelle durchsetzende Lichtstrahl 21 erfasst
einige der zu untersuchenden Partikel, so dass Streulicht entsteht, welches
für die
Partikelgröße und die
Partikelform kennzeichnend ist. Infolgedessen bilden sich Beugungsringe
in der Ebene des Detektors 5 aus, die teilweise auf die
Sensorfelder des Detektors auftreffen. Unter Berücksichtigung des Abstandes
zwischen Messzelle 3 und Detektor 5 wird aus der
Verteilung der Intensitäten
auf die Verteilung der Größe der Partikel
geschlossen. Diese Rechenarbeit erfolgt in dem nicht dargestellten
Computer. Im Falle der Anwendung von linear polarisiertem Licht
im Untersuchungslichtstrahlenbündel
ist bei kleinen Partikelformen die azimuthale Verteilung des Lichtes
um das Blendenloch 57 des Detektors herum ungleich. Bei Partikeln
mit Abmessungen kleiner als ein Mikron wird dies zur Partikelgrößenbestimmung
ausgenutzt. Falls sich nur eine geringe Anzahl von Partikeln im Strahl
befindet, kann von der azimuthalen Verteilung des Lichtes um das
Blendenloch 57 des Detektors auf gewisse Merkmale der Partikelform
geschlossen werden.
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Mit
der Messzelle 3 kann sehr nahe an den Detektor 5 herangefahren
werden. Dies ermöglicht die
Untersuchung von sehr feinen Partikeln, die einen großen Streuwinkel
aufweisen. Zur Untersuchung von Partikeln mit extrem großen Streuwinkeln
ist vorgesehen, den Untersuchungsstrahl 22 von der Rückseite
in die Messzelle 3 einzuleiten und Streuwinkel, die größer als
90° sind,
mit dem Detektor 5 zu untersuchen, der an sich in erster
Linie für
die Untersuchung von Streustrahlwinkeln kleiner als 90° ausgelegt
ist. Bei diesem Untersuchungsschritt wird die zweite Lichtstrahlerzeugungseinrichtung 2 aktiviert. Die
Einstellung dieses Rückwärtsstrahles 22 erfolgt in ähnlicher
Weise wie die Einstellung des Vorwärtsstrahles 21, jedoch
sind die Einstellungen der rechten und der linken Drehschalteinrichtung 7 und 7' vertauscht.
Die rechte Drehschalteinrichtung 7 wird also mit der Öffnung 74 fluchtend
zur Öffnung 73 geschaltet,
so dass der Rückwärtsstrahl 22 bei
Fehleinstellung auf die Rückseite
des Detektors 5 oder bei korrekter Ausrichtung durch das
Blendenloch 57 fällt. Dies
kann an der Photozelle 75 der linken Drehschalteinrichtung 7' nachgewiesen
werden, die in ihre untere Wirkstellung geschwenkt worden ist. Andernfalls
wird mit der rechten Strahlrichtungseinstelleinrichtung 6' nachjustiert,
bis die richtige Einstellung gefunden ist. Alsdann wird die Messzelle 3 in
den Untersuchungsstrahlengang 22 gebracht und die Rückstreuung
mittels des Detektors 5 gemessen. Da die Rückstreuung
schwach ist und keine so feinen Muster erzeugt wie die Vorwärtsstrahlung,
ist vorgesehen, die sehr feinen Detektorelemente der jeweiligen Hauptsensorfelder 51 und 52 gruppenweise
zusammenzuschalten, um so die Flächengröße und damit auch
die Empfindlichkeit zu erhöhen.
Im Rückwärtsstrahlengang
wird jedenfalls mit linear polarisiertem Licht gearbeitet, da sich
hiermit mehr Information über
die Form der Partikel gewinnen lässt.
Dies erfolgt im Computer durch Korrelation mit Streulichtverteilungen
aus bekannten Partikelgrößen und
Partikelformen.
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Die
beschriebene Apparatur kann abgewandelt werden. Beispielsweise ist
es möglich,
mit parallelen Untersuchungslichtstrahlenbündeln zu arbeiten, wenn das
Gerät geeignet
modifiziert wird.
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Anstelle
von zwei Prismenflächen 43 und 44 können Prismen
mit weiteren Prismenflächen
verwendet werden, die noch stärker
gegenüber
der Fläche 42 geneigt
sind und somit Streulicht unter noch größerem Öffnungswinkel zur optischen
Achse aus der Messzelle herauslassen. In diesem Fall sind die Lichtschächte 45 und 46 weiter
geöffnet,
oder es sind zusätzliche
Lichtschächte
vorgesehen, um solches Streulicht auf entsprechend angeordnete Flächen des
Detektors zu werfen.