DE2328888A1

DE2328888A1 - METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE DENSITY OF MIST

Info

Publication number: DE2328888A1
Application number: DE19732328888
Authority: DE
Inventors: Jan Nicolaas Dijkstra; Mathias Hendrikus Lardinoije
Original assignee: Stamicarbon BV
Current assignee: Stamicarbon BV
Priority date: 1972-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1973-12-20
Also published as: NL7207630A; GB1428167A; BE800519A

Description

Kennzeichen 2510 Δ 2 3 / 8 O 8 dCode 2510 Δ 2 3/8 O 8 d

STAMICARBON B.V., GELEEN (Niederlande) Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Dichte von Nobel STAMICARBON BV, GELEEN (Netherlands ) Method and device for measuring the density of Nobel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von FlUssigkeitsteilchen in einem Gas, insbesondere in einem atmosphärischen Nebel, mit Hilfe eines aus parallel verlaufenden Lichtstrahlen bestehenden Bundeis, das eine Messstrecke durchlauft, gelegen in einem Lichtdichtem Raum, durch den das die Fltissigkeitsteilchen enthaltende Gas geleitet wird, wobei die Intensität des von den in der Messstrecke befindlichen Flussigkeitteilchen hervorgerufenen Streulichts mit Hilfe eines lichtempfindlichen Mittels gemessen wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von FlUssigkeitspartikeln in einem Gas gemass diesem Verfahren. Wo im Text dieser Anmeldung von 'Nebel' gesprochen wird, gehört auch ein FlUssigkeitsteilchen enthaltendes gasförmiges Medium, im allgemeinen dazu.The invention relates to a method for determining the concentration of liquid particles in a gas, especially in an atmospheric one Fog, with the help of a bundle ice consisting of parallel rays of light, which runs through a measuring section, located in a light-tight room, through which the gas containing the liquid particles is passed, with the intensity of the liquid particles in the measuring section caused scattered light measured with the help of a photosensitive agent will. The invention also relates to a device for determining the concentration of liquid particles in a gas according to this method. Wherever 'fog' is mentioned in the text of this application, one also belongs Gaseous medium containing liquid particles, generally in addition.

In Wetterwarten wird die Dichte eines naturlichen Nebels anhand der Absorption eines LichtbUndels Über relativ grossen Abstand, z.B. 100 bis 200 m, bestimmt; die dabei eingesetzte Apparatur eignet sich nur fur ortsfeste Aufstellung. FUr umwelttechnische Messungen braucht man aber eine tragbare Vorrichtung, damit die Dichte des Nebels an jedem gewünschten Punkt gemessen werden kann. Für ein Traggerat aber ist eine Bestimmung der Nebeldichte auf Basis einer Messung der Lichtabsorption wegen der erforderlichen langen Lichtstrecke weniger geeignet; man bedient sich deshalb einer Bestimmung, welcheIn weather stations, the density of a natural fog is determined using the Absorption of a light beam over a relatively large distance, e.g. 100 to 200 m, certainly; the equipment used is only suitable for stationary installation. For environmental measurements, however, you need a portable device, so that the density of the mist can be measured at any desired point. For a carrying device, however, a determination of the fog density is available Basis of a measurement of the light absorption due to the required long light path less suitable; one therefore makes use of a determination as to which

309851/0935309851/0935

auf der Messung der Lichtstreuung beruht.is based on the measurement of light scattering.

Mit den bekannten, nach diesem Prinzip arbeitenden Geraten ist aber ein bestimmter Nachteil verbunden. Wahrend es nämlich eine direkte Wechselbeziehung gibt zwischen den aus einer Lichtabsorptionsmessung erhaltenen Messwerten und der Sichtweite d.h. die Entfernung, bei der ein Objekt gegen den Hintergrund gerade noch visuell wahrnehmbar ist, wird diese Wechselbeziehung im Falle einer Lichtstreuungsmessung von in der Atmosphäre befindlichen Staub partikeln gestört: der in einer staubreichen Atmosphäre erhaltene Messwert zeigt einen erheblich dichteren Nebel an als was der Sichtweite entspricht .However, with the known devices that work according to this principle associated with a certain disadvantage. While there is a direct correlation gives between the measured values obtained from a light absorption measurement and the visual range, i.e. the distance at which an object is facing the background is just barely perceptible, this correlation becomes in the case of a light scatter measurement from those in the atmosphere Dust particles disturbed: that obtained in a dusty atmosphere The measured value shows a considerably thicker fog than what corresponds to the visibility .

Aufgabe der Erfindung ist dio Schaffung eines Verfahrens zum Messen der Dichte eines Nebels, wobei die gefundenen Messwerte auch in Anwesenheit von Staub in der Atmosphäre der Sichtweite gut entsprechen. Dies wird erfindungsgemass dadurch erreicht, dass die Intensität eines aus im wesentlichen parallelen gestreuten Lichtstrahlen bestehenden BUndels gemessen wird, dessen Achse unter einem· festen Winkel von zirka 35 zu der Achse des durchgehenden Lichtbundeis angeordnet ist.The object of the invention is to create a method for measuring the density of a fog, whereby the measured values found correspond well to the range of vision even in the presence of dust in the atmosphere. This is according to the invention achieved in that the intensity of a bundle consisting of essentially parallel scattered light beams is measured, the Axis at a fixed angle of about 35 to the axis of the continuous Lichtbundeis is arranged.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist gleichfalls die Schaffung einer Vorrichtung zum Messen der Dichte eines Nebels mit Hilfe des erfindungsgemassen Verfahrens. Sie besteht aus einer lichtdichten Kammer, Mitteln zum Hindurchleiten des Nebels durch diese Kammer, einer Lichtquelle, einem ersten optischen System, mit dessen Hilfe ein durch eine Messstrecke gehendes Bündel paralleler Lichtstrahlen gebildet werden kann, einem lichtempfindlichen Mittel und einem zweiten optischen System, mit dessen Hilfe aus der in der Messstrecke gestreuten Strahlung ein Bündel paralleler Lichtstrahlen abgesondert und auf das lichtempfindliche Mittel projiziert werden kann. Erfindungsgemass schneiden sich die Achse des zweiten optischen Systems und diejenige des ersten optischenThe object of the present invention is also to provide a Device for measuring the density of a fog with the aid of the invention Procedure. It consists of a light-tight chamber, means for passing through of the fog through this chamber, a light source, a first optical system, with the help of which a bundle of parallel lines passing through a measuring section Light rays can be formed, a photosensitive agent and a second optical system, with the help of which the scattered in the measuring section Radiation is a bundle of parallel rays of light and emitted on the photosensitive Funds can be projected. According to the invention intersect the axis of the second optical system and that of the first optical

ο Systems innerhalb der Messstrecke unter einem festen Winkel von zirka 35 .ο system within the measuring section at a fixed angle of approx. 35.

Es sei bemerkt, dass andere bekannte, auf dem Prinzip der Lichtstreuung; beruhende Nebelmessgerate entweder mit nur einem optischen System ausgestattet sind und eine integrale Streuung über einen grossen Winkelbereich, z.B. von 10 bis 170 , messen, oder, wenn ein zweites optisches System benutzt wird, die Streuung unter einen Winkel von zirka 90 messen. Die gemessene Streuung ist in diesen Fallen stets weitgehend von der Menge der in der Luft befindlichen Staubpartikeln abhängig; die Grosse dieser Staubteilchen betragtIt should be noted that other well-known, based on the principle of light scattering; based fog measuring devices are either equipped with only one optical system and an integral scattering over a large angular range, e.g. from 10 to 170, or, if a second optical system is used, measure the scattering at an angle of about 90. The measured In these cases, scattering is always largely dependent on the amount of dust particles in the air; the size of these dust particles is

•3 09851/0935• 3 09851/0935

mristens. nicht mehr als 0,5 β. Wird erfindungsgomass die untor einem festenmristens. not more than 0.5 β. Invention gomass the undor a fixed

Winkel von zirka 35 gestreute Strahlung gemessen, so ist eine erheblich geringere Empfindlichkeit der Messung ftlr das anwesende Staub zu verzeichnen, weil unter diesem Winkel die von den Wassertropfen ausgelöste Streuung uberherrscht; die Grosse der Wassertropfen schwankt von etwa 5 \x bei lichtem bis 50 /1 bei dichtem Nebel.When measured at an angle of about 35 scattered radiation, the measurement is considerably less sensitive to the dust present, because at this angle the scattering caused by the water droplets predominates; the size of the water droplets varies from about 5 \ x in light to 50/1 in dense fog.

Die Intensität des gestreuten Lichtbundeis lasst sich auf jede bekannte Weise messen. Bevorzugt wird pulsierendes Licht, weil sich im gesamten Detektorsignal das pulsierende Messsignal besser von dom kontinuierlichem Hintergrundsignal trennen lasst als bei einem kontinuierlichen Messsignal der Fall ist. Die Anwendung von pulsierendem Licht bei optischen Messungen ist an sich bekannt (siehe z.B. die amerikanische Patentschrift 3.316.410 und die deutsche Offenlegungsschrift 1.547.240).The intensity of the scattered light bundle can be reduced to any known Measure way. Pulsating light is preferred because the pulsating measurement signal differs better from the continuous background signal in the entire detector signal separate than is the case with a continuous measurement signal. The use of pulsating light in optical measurements is in itself known (see e.g. the American patent specification 3.316.410 and the German Offenlegungsschrift 1,547,240).

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Überblick einer erfindungsgemassen Vorrichtung in Form eines nicht-einschränkenden Beispiels: und1 shows a schematic overview of a device according to the invention in the form of a non-limiting example: and

Fig. 2 ein Diagramm, in dem der Verlauf des Messsignals im Verhältnis zum Untergrundsignal gegen den Streuungswinkel abgetragen ist.2 shows a diagram in which the course of the measurement signal in relation is plotted against the background signal against the scattering angle.

Ein Nebell(Fig. 1) wird mit einem von einem Elektromotor 3 angetriebenen Gebläse 2 Über ein Lichtlabyrinth 4 in einen lichtdichten Schrank 5 gesaugt und tritt Über das Lichtlabyrinth 6 wieder hinaus. Von einer Lichtquelle 7 ausgestrahltes Licht (vorzugsweise eine Glühbirne) wird von einem ersten optischen System 8, untergebracht in einem Tubus 9, zu einem Bündel paralleler Strahlen 10 gebündelt. Ein rotierender Sektorverschluss 11, angetrieben von einem Elektromotor 12, unterbricht mit gewisser Frequenz das Licht der Lampe 7, so dass ein pulsierendes LichtbUndel erhalten wird. Hat z.B. der Motor 12 eine Drehzahl von 3000 U/m und ist die Verschlussscheibe 11 mit 6 sektorförmigen Offnungen ausgestattet, so wird das Licht 300mal in der Sekunde unterbrochen. Derjenige Teil des Schranks 5, in dem die Lichtquelle 7 untergebracht ist, ist von dem übrigen Raum durch eine Lichtundurchiassige Wand 13 abgeschirmt.A fog (FIG. 1) is driven by an electric motor 3 Fan 2 Via a light labyrinth 4 into a light-tight cabinet 5 sucked and step over the light labyrinth 6 out again. From a light source 7 emitted light (preferably a lightbulb) is from a first optical system 8, housed in a tube 9, to form a bundle parallel beams 10 bundled. A rotating sector shutter 11, driven by an electric motor 12, interrupts the light of the lamp 7 with a certain frequency so that a pulsating light beam is obtained. Has E.g. the motor 12 has a speed of 3000 rpm and is the sealing disk 11 Equipped with 6 sector-shaped openings, the light is 300 times in the Second interrupted. That part of the cabinet 5 in which the light source 7 is accommodated is separated from the rest of the room by an opaque wall 13 shielded.

Das Licht des Bündels 10 wird zum Teile von dem in Schrank 5 anwesenden Nebel gestreut; das durchgehende Bündel wird von einem schwarzen, nicht-The light of the bundle 10 becomes part of that present in the cabinet 5 Scattered mist; the continuous bundle is made of a black, non-

eflektierenden Hintergrund 14 aufgefangen. Von einem zweiten, in einem Tubus "infassten optischen System 15 wird aus dem Streulicht ein Bündel parallelerreflective background 14 captured. From a second, in a tube "Integrated optical system 15 becomes a bundle of parallel light from the scattered light

309851/0935309851/0935

?3?88-88? 3? 88-88

Lichtstrahlen 17 abgesondert und auf einen Photodetektor 18, vorzugsweise ein Photoraultiplier, projiziert. Das Signal des Photodetektors 18 wird in einer Messschaltung 19 verarbeitet. Diese zeigt vorzugsweise einen phasenempf indlichen Teil mit dessen Hilfe das Signal, erhalten in dem Abschnitt der Pulsationsperiode, in der das Licht hindurchgelassen wird, von dem Signal getrennt wird, das in demjenigen Abschnitt der Pulsationsperiode entsteht, in dem das Licht unterbrochen wird. Dieser phasenempfindliche Teil wird von einem Phasendetektor gesteuert, dessen Signal von der Drehung der Sektorscheibe 11 abgeleitet wird. Die Phasendetektion erfolgt gemass der vorliegenden AusfUhrungsform mit Hilfe einer Glühbirne 20 und eines Photodetektors 21; letzterer gibt jedesmal wenn eine der Offnungen in der Scheibe 11 zwischen der Lampe 20 und dem Detektor 21 angelangt ist, ein impulsfOrmiges Signal ab und zwar in gleicher Frequenz als die Frequenz, mit der das Bündel 10 unterbrochen wird.Light beams 17 are separated and on a photodetector 18, preferably a photoraultiplier, projected. The signal from the photodetector 18 is shown in a measuring circuit 19 processed. This preferably shows a phase sensitive part with the help of which the signal received in the section of the Pulsation period in which the light is allowed to pass through is separated from the signal which arises in that section of the pulsation period, in which the light is interrupted. This phase sensitive part is from controlled by a phase detector, the signal of which is derived from the rotation of the sector disk 11. The phase detection takes place according to the present embodiment with the aid of a light bulb 20 and a photodetector 21; the latter is every time one of the openings in the disk 11 between the lamp 20 and the detector 21 has reached a pulse-shaped signal at the same frequency as the frequency with which the bundle 10 is interrupted.

Gegenüber dem zweiten optischen System 15 ist ein schwarzer, nicht reflektierender Hintergrund 22 angebracht, der dazu dient, ungewUnschtes Streulicht zu beseitigen. Die Achsen der optischen Systeme 8 und 15 schneiden sich in Punkt A unter einem Winkel α der zirka 35 betragt. Derjenige Teil des Lichtbundeis 8 zu beiden Seiten von Punkt A, von dem die Strahlung des Lichtbundeis 17 stammt, bildet die eigentliche Messstrecke.Compared to the second optical system 15, a black one is not reflective background 22 attached, which serves to remove unwanted stray light. The axes of the optical systems 8 and 15 intersect at point A at an angle α of approximately 35. That part of the light bundle 8 on both sides of point A from which the radiation of the Lichtbundeis 17 originates, forms the actual measuring section.

Die optische Systeme 8 und 15 sind schematisch als einfache, in einem geraden Tubus untergebrachten Linsen dargestellt; es sind aber auch mehrfache Linsensysteme möglich, wahrend auch Prismen und/oder Spiegel vorgesehen sein können, welche eine Knickung in der optischen Achse eines Systems bewirken, wodurch optische Systeme mit grösserer Brennpunktenfernung anwendbar sind, ohne dass die Abmessungen des Geräts wesentlich vergrOssert werden.The optical systems 8 and 15 are schematically as simple, in one straight tube housed lenses shown; but there are also multiple Lens systems are possible, while prisms and / or mirrors are also provided which cause a kink in the optical axis of a system, whereby optical systems with greater focal distances can be used, without significantly increasing the dimensions of the device.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem auf die Abszisse der Streuwinkel α und auf die Ordinate das Verhältnis zwischen Messsignal und UntergrundsignalFig. 2 shows a diagram in which on the abscissa of the scattering angle α and on the ordinate the ratio between the measurement signal and the background signal

^SA — J ^S A - J

r-J eingetragen sind. Die Beziehung zwischen α und I — J wurde mit einerr-J are entered. The relationship between α and I - J was given with a

Aufstellung gemass dem Schema von Fig. 1 ermittelt, wobei aber der Winkel Λ variabel war. Bei jedem Winkel α wurden zwei Messungen vorgenommen und zwar eine in Anwesenheit eines kunstlich dichten Nebels von konstanter Konzentration (Messsignal) und eine ohne Anwesenheit von Nebel (Untergrundsignal). Aus dem DlagraoB ergibt sich als gunstigster Wert fur den Winkel α etwa 35°; eineSetup determined according to the scheme of Fig. 1, but the angle Λ was variable. Two measurements were carried out at each angle α, one in the presence of an artificially dense fog of constant concentration (measurement signal) and one without the presence of fog (background signal). From the DlagraoB, the most favorable value for the angle α is approximately 35 °; one

309851/0935309851/0935

? 3 "■> 8 8 8 8? 3 "■> 8 8 8 8

Verstärkung des Untergrundsignals durch die Anwesenheit von Staubpartikeln hat hier den geringsten Einfluss auf die Messung.Has amplification of the background signal due to the presence of dust particles here the least influence on the measurement.

Die einfache erfindungsgemasse Vorrichtung eignet sich gut zum Messen sehr verschiedener Nebelkonzentrationen. Die Empfindlichkeit ist derartig, dass die Dichte eines Nebels entsprechend einer Sichtweite von 5 km oder noch weiter gemessen werden kann.The simple device according to the invention is well suited for measuring very different fog concentrations. The sensitivity is such that the density of a fog can be measured according to a visibility of 5 km or more.

309851/0935309851/0935

Claims

? 3? P 3 3 8 PATENT CLAIMS

1.! Ancestors for determining the concentration of liquid particles in a gas, in particular in an atmospheric environment, with the aid of a delta of parallel beams of light that pass through a measuring section, located in a light-tight space through which the gas containing the liquid particle is passed, with the intensity The radiation scattered by the liquid particles in the measuring section is measured with the aid of a light-sensitive means, characterized in that the intensity of a bundle ice consisting of essentially parallel scattered light rays is measured, the axis of which with the axis of the continuous light beam a fixed angle of about 35 forms.

2. Device for determining the concentration of liquid particles in a gas, in particular in an atmospheric mist, using the method ACCORDING to claim 1, consisting of a light-tight chamber (5), means (2) for guiding the mist through the chamber, a light source (7), a first optical system (8), with the help of which a bundle of parallel light beams (10) passing through a measuring section can be formed, a light-sensitive means (18) and a second optical system (15), with the help of which from a bundle of parallel light beams (17) can be separated from the radiation scattered in the measuring section and projected onto the light-sensitive means (18), characterized in that the axis of the second optical system (15) and that of the first optical system (8) are within of the measuring section cut at a fixed angle of around 35.

30985 1/0935

Leer seiteBlank page