DE69108682T2

DE69108682T2 - Vorrichtung zur Messung des Durchmessers und der Geschwindigkeit eines Teilchens.

Info

Publication number: DE69108682T2
Application number: DE69108682T
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Tatsuno; Toshiya Umeda
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-10-20
Filing date: 1991-08-21
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2011-08-22
Also published as: EP0487189B1; JPH04157339A; EP0487189A3; DE69108682D1; EP0487189A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung für Teilchendurchmesser/-geschwindigkeit zum Messen des Durchmessers und der Geschwindigkeit eines feinen Teilchens unter Verwendung der Seitenstreuungsmethode.
Die sogenannte Seitenstreuungsmethode, welche die durch das Teilchen bewirkte Lichtstreuung ausnützt, ist als Verfahren zur Messung des Durchmessers und der Geschwindigkeit eines feinen Teilchens bekannt.
Wie in Fig. 1 gezeigt umfaßt der wesentliche Teil einer die Seitenstreuungsmethode verwendenden Vorrichtung ein emittierendes optisches System A und ein empfangendes optisches System B. Von einer Lichtquelle 1 im System A emittiertes Licht durchläuft eine Linse 2 und eine optische Faser 3 und erreicht einen rechteckigen Wellenleiter 4. Danach wird das Licht durch eine Linse 5 und ein Prisma 6 zu einem Meßpunkt P geleitet. Die Anordnung der Linse 5 und des Prismas 6 bewirkt, daß das vom Wellenleiter 4 ausgegebene Licht in einem Punkt P konvergiert. Dann wird das Licht durch eine Linse 7, und ein Schlitzglied 8 in eine optische Faser 9 geleitet. Die Linse 7 ist so angeordnet, daß ihr Brennpunkt im Punkt P liegt. Das Schlitzglied 8 besitzt eine darin geformte quadratische Öffnung und gibt dem durch die Linse 7 gelaufenen Licht eine quadratische Form und leitet es in das empfangende optische System B.
Falls die optische Achse des emittierenden optischen Systems A wie in Fig. 2 gezeigt die optische Achse des empfangenden optischen Systems B im Punkt P schneidet, das bedeutet, wenn ein Winkel Θ 90º beträgt, wird um den Punkt P herum ein kubisches Meßvolumen E gebildet. In diesem Fall ist die Verteilung des Lichts im Meßvolumen E wie in Fig. 3 gezeigt aufgrund des rechteckigen Wellenleiters 4 gleichmäßig.
Wenn ein zu messendes Teilchen M bei der oben beschriebenen Vorrichtung wie in Fig. 2 gezeigt das Volumen E durchlaufen hat, wird das durch das Teilchen M gestreute Licht durch die Linse 7 und das Schlitzglied 8 in die optische Faser 9 geleitet. Dann wird das Licht in einen optischen Detektor 10 mit einer Photomultiplier-Röhre geleitet, wo es in ein elektrisches Signal, d.h. in ein der Intensität des Streulichts entsprechendes Streulicht-Impulssignal S umgewandelt wird. Das Signal S wird über einen Verstärker 11 und einen Wellenformspeicher 12 in einen Signalprozessor 13 eingespeist. Der Signalprozessor 13 berechnet den Durchmesser D des Teilchens M unter Ausnützen eines vorherbestimmten Verhältnisses zwischen der Intensität oder Höhe I des Signals S und dem Durchmesser D. Falls ein Teilchen zum Beispiel ein großes Verhältnis von Durchmesser zur Wellenlänge des Lichts hat, wird die folgende Gleichung (1) erfüllt:
I = α x D² ... (1)
wobei α einen Koeffizienten bezeichnet.
Desweiteren wird das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit des Teilchens M und der Breite W des Meßvolumens E die folgende Gleichung (2) erfüllen:
V = W/T ... (2)
wobei T eine Zeitspanne repräsentiert, welche das Teilchen zum Durchlaufen des Meßvolumens E benötigt.
In der oben beschriebenen Meßvorrichtung für Teilchendurchmesser/-geschwindigkeit kann das Streulicht-Impulssignal S, das anzeigt, daß ein Teilchen durch einen Randbereich des Meßvolumens E gelaufen ist, jedoch nicht genau gemessen werden, was zu einer fehlerhaften Messung führt. Der Grund für das Auftreten eines derartigen Meßfehlers wird mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
Wenn ein Teilchen M einen zentralen Bereich des Meßvolumens E durchlaufen hat, wird ein genaues Streulicht- Impulssignal S1 erhalten. Wenn andererseits ein Teilchen M2 (mit derselben Geschwindigkeit wie das Teilchen M1) einen Randbereich des Meßvolumens E durchlaufen hat, wird ein Streulicht-Impulssignal S2 mit einer niedrigeren Intensität als der des korrekten Signals S1 (I max) erhalten. Somit stellt der Signalprozessor 13 fest, daß das Teilchen M2 kleiner als das Teilchen M1 ist, obwohl sie in Wirklichkeit denselben Durchmesser haben.
Wenn außerdem das Signal/Rausch-Verhältnis eines detektierten Streulicht-Impulssignals groß ist und somit starkes Rauschen erzeugt wird, kann keine klare Wellenform erhalten werden. Somit wird aus einer Messung, welche ein Verfahren zur Berechnung der Geschwindigkeit eines Teilchens auf der Grundlage der breite eines das Teilchen anzeigenden Streulicht-Impulssignals verwendet, unvermeidlich ein fehlerhaftes Ergebnis erhalten.
Wie oben beschrieben hat die herkömmliche Vorrichtung Nachteile, da ihre Zuverlässigkeit verringert wird, wenn sie ein Teilchen mißt, das nicht durch einen zentralen Bereich des Meßvolumens läuft.
Aus Journal of Physics E: Scientific Instruments, Vol. 11, Nr. 7, Juli 1978, England, Seiten 639-642; G. Wigley: "The sizing of large droplets by laser anemometrie" ist das Bereitstellen eines Lasersystems mit den im vorcharakterisierenden Teil von Anspruch 1 spezifizierten Eigenschaften bekannt. Journal of Physics E, Vol. 7, Nr. 11, November 1974, England, Seiten 891-896; G. Guesbet et al: "Etude de la turbulence dans les fluides par anemometrie Dopplerlaser interferentielle, avec echantillionage valide du signal" beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten unter Verwendung von Streulicht, das Turbulenzen berücksichtigt und mit Reduktion des Rauschens arbeitet. Diese beiden früheren Anordnungen verwenden einen Laser-Doppler-Geschwindigkeitsmesser und prüfen, ob ein Teilchen einen vorherbestimmten Weg in einem Meßbereich durchlaufen hat.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Meßvorrichtung für Teilchendurchmesser/-geschwindigkeit bereitzustellen, welche den Durchmesser und die Geschwindigkeit eines feinen Teilchens genau messen kann, ohne eine kohärente Laserquelle zu benötigen.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung wie in Anspruch 1 definiert bereit.
Das Schlitzglied kann am Eintritt oder am Austritt des Meßvolumens E angeordnet sein. Das bedeutet, es kann auf der Seite des emittierenden optischen Systems A zum Emittieren von Licht in das Meßvolumen E oder alternativ auf der Seite des empfangenden optischen Systems B zum Empfangen des durch das Volumen E gelaufenen Lichts angeordnet sein.
Je größer die Anzahl der Schlitze ist, desto besser ist das Schlitzglied. Dies gilt, da die Anzahl der Signalimpulse mit einem Anstieg der Anzahl der Schlitze zunimmt und somit die Meßgenauigkeit gesteigert wird. In der teilweise durchlässigen Schicht sind zum Beispiel 26 Schlitze geformt.
Falls sich das Schlitzglied am Eintritt des Meßvolumens E befindet und da es aus einer teilweise durchlässigen Schicht besteht, bildet das durch das Schlitzglied gelaufene Licht einen streifenförmigen Lichtstrom und erreicht das Meßvolumen JE. Wenn ein Teilchen den streifenförmigen Lichtstrom im Meßvolumen E kreuzt, wird in den Bereichen des Meßvolumens E, in denen Licht vorhanden ist, Streulicht detektiert. In einem Beispiel wird das detektierte Streulicht in ein Spannungssignal umgewandelt, um ein Streulicht-Impulssignal zu erhalten. Dieses Impulssignal wird mittels der Bestimmungs- und Auswahleinrichtung mit einem vorherbestimmten Bezugssignal verglichen und ausgewählt, wenn es dem Bezugssignal entspricht. Das Bezugssignal entspricht der Impulswellenform und Impulsanzahl des Streulichtimpulssignals, das erhalten wird, wenn ein Teilchen durch einen zentralen Bereich des Meßvolumens E gelaufen ist. Durch Vergleich eines detektierten Streulicht-Impulssignals mit dem Bezugssignal wird bestimmt, ob ein Teilchen durch den zentralen Bereich des Volumens E gelaufen ist oder nicht. Falls festgestellt wird, daß das Teilchen durch den zentralen Bereich gelaufen ist, wird das detektierte Streulicht-Impulssignal als Berechnungsdaten ausgewählt. Falls andererseits festgestellt wird, daß das Teilchen nicht durch den zentralen Bereich gelaufen ist, wird das Impulssignal nicht verwendet. Das Impulssignal enthält die Impulsanzahl N jedes Impulses, die Wellenform jedes Impulses und die Frequenz f der Impulsgruppe. Der Durchmesser D eines Teilchens wird aus der Impulsanzahl N und einer Impulshöhe I berechnet. Aus der Frequenz f der Impulsgruppe und der Breite W des Meßvolumens E wird desweiteren die Geschwindigkeit V des Teilchens erhalten. Wie oben beschrieben wird nur das Streulicht-Impulssignal eines Teilchens, das durch den zentralen Bereich des Meßvolumens E gelaufen ist, als Berechnungsdaten verwendet, was eine genaue Messung des Teilchendurchmessers und auch eine genaue Messung der Teilchengeschwindigkeit ermöglicht, auch falls das Impulssignal ein unerwünschtes Signal/Rausch-Verhältnis besitzt.
Diese Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich, worin:
Fig. 1 ein Blockdiagramm ist, welches den gesamten Aufbau einer herkömmlichen Meßvorrichtung für Teilchendurchmesser/-geschwindigkeit zeigt;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein Meßvolumen E und ein zu messendes Teilchen M zeigt und bei der Erklärung des Meßprinzips der Seitenstreuungsmethode nützlich ist;
Fig. 3 eine Ansicht ist, welche eine Lichtintensitätsverteilung zeigt, die bei der Erklärung des Meßprinzips der Seitenstreuungsmethode nützlich ist;
Fig. 4 eine Ansicht ist, welche Wellenformen von Streulicht-Impulssignalen zeigt, die jeweils Teilchen entsprechen, die durch den zentralen Bereich und den Randbereich des Meßvolumens E gelaufen sind, und die zur Erklärung des mit der herkömmlichen Vorrichtung erhaltenen Meßfehlers nützlich sind;
Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Meßvorrichtung für Teilchendurchmesser/-geschwindigkeit gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine teilweise Querschnittsansicht einer in der Vorrichtung verwendeten Meßsonde ist;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines rechteckigen Wellenleiters ist;
Fig. 8 ein Längsschnitt ist, welcher einen rechteckigen Wellenleiter und ein teilweise durchlässiges Schlitzglied zeigt, die in einem empfangenden optischen System B verwendet werden;
Fig. 9 eine Grafik ist, welche eine Lichtintensitätsverteilung in einem Querschnitt entlang der Linie IX-IX zeigt;
Fig. 10 eine Ansicht ist, welche bei der Erklärung von Fällen nützlich ist, in denen ein Teilchen jeweilige Wege I - III im Meßvolumen E gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchläuft;
Fig. 11 eine Ansicht ist, welche eine Wellenform eines Streulicht-Impulssignals zeigt, das erhalten wird, wenn das Teilchen M den Weg I im Meßvolumen E durchläuft;
Fig. 12 eine Ansicht ist, welche eine Wellenform eines Streulicht-Impulssignals zeigt, das erhalten wird, wenn das Teilchen M den Weg II im Meßvolumen E durchläuft;
Fig. 13 eine Ansicht ist, welche eine Wellenform eines Streulicht-Impulssignals zeigt, das erhalten wird, wenn das Teilchen M den Weg III im Meßvolumen E durchläuft;
Fig. 14 ein Diagramm ist, welches ein Meßvolumen E gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 15 eine Grafik ist, welche das Verhältnis zwischen der Höhe eines detektierten Streulicht-Impulssignals und dem Durchmesser eines Teilchens zeigt;
Fig. 16 ein Blockdiagramm ist, welches den gesamten Aufbau einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
Fig. 17 ein Längsschnitt ist, welcher einen rechteckigen Wellenleiter und ein teilweise durchlässiges Schlitzglied zeigt, die in einem emittierenden optischen System A verwendet werden.
Diese Erfindung wird ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erklärt, welche deren Ausführungsformen zeigen.
Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt umfaßt eine Meßvorrichtung für Teilchendurchmesser/-geschwindigkeit 20 ein emittierendes optisches System A, ein empfangendes optisches System B und ein Verarbeitungssystem C. Eine inkohärente Lichtquelle wie beispielsweise eine Xe-Lampe wird als Lichtquelle 21 des Systems A verwendet. Von der Lichtquelle 21 emittiertes Licht wird durch eine Linse 22 in eine optische Faser 40 geleitet und dann mittels einer Sonde 30 in einen Bereich in der Nähe eines Meßvolumens P geleitet. Wie in Fig. 6 und 7 gezeigt besteht die Sonde 30 aus rechteckigen Wellenleitern 34, Linsen 36 und 38, einem Spiegel 37, einem Schlitzglied 50 und einem Schutzgehäuse 31, das diese Komponenten 34, 36, 38, 37 und 50 enthält. Das Schutzgehäuse 31 besitzt Öffnungen 32 und 33, durch welche die optische Faser 40 und eine optische Faser 41 eingesetzt werden. Das eingesetzte Ende der Faser 40 ist mit dem rechteckigen Wellenleiter 34 verbunden. Die Linse 36 wird auf der Auslaßseite des Wellenleiters 34 bereitgestellt. Der Spiegel 37 befindet sich an der Austrittsseite der Linse 36, um dadurch durch die Linse 36 gelaufenes Licht zu reflektieren. Die Linse 36 und der Spiegel 37 bewirken durch ihre Anordnung, daß das vom Wellenleiter 34 ausgegebene Licht in einem Punkt P in einem Meßvolumen E konvergiert.
Von einer Teilchenquelle (nicht gezeigt) wird eine gewünschte Anzahl von Teilchen M mit einer gewünschten Geschwindigkeit in einer gewünschten Richtung in das Meßvolumen E eingebracht.
Im empfangenden optischen System B wird das auf den Punkt P fokussierte Licht durch die Linse 38 und das Schlitzglied 50 in eine optische Faser 41 geleitet. Die Linse 38 ist so angeordnet, daß ihr Brennpunkt im Punkt P liegt. Der Punkt P wird im Meßvolumen E geformt. Wenn ein Winkel θ zwischen den optischen Achsen des emittierenden optischen Systems A und des empfangenden optischen Systems B zum Beispiel 90º beträgt, wird um den Punkt P ein rechtwinkliges parallelepipedisches Meßvolumen geformt. Im allgemeinen steigt die Empfindlichkeit des Detektors bei der Detektion von Streulicht an, je kleiner der Schnittwinkel θ ist. In dieser Ausführungsform liegt der Schnittwinkel θ bei 30º.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist das Schlitzglied 50 an der Einlaßseite der optischen Faser 41 des empfangenden optischen Systems B angeordnet. Das Schlitzglied 50 (Fig. 10) besteht aus einer rechteckigen Schicht mit zwei Streifenmasken, die sich von einem Ende der Schicht zum anderen Ende erstrecken, und Fensterteilen, die abwechselnd und parallel zu den Masken verlaufen und dieselbe Breite wie die Masken haben. Die Maskenstreifen unterbrechen das Licht, während die Fensterteile das Licht durchlassen.
An der Austrittsseite der optischen Faser 41 des empfangenden optischen Systems B wird ein im Verarbeitungssystem C enthaltener Lichtdetektor 10 bereitgestellt, der Licht detektiert, um es in ein Spannungssignal umzuwandeln.
Die Ausgangsseite des Lichtdetektors 10 ist über einen Verstärker 11 mit der Eingangsseite eines digitalen Speicheroszilloskops 12 verbunden. Die Ausgangsseite des Oszilloskops 12 ist mit der Eingangsseite eines Computers 13 verbunden. Im Oszilloskop 12 wird vorher ein Bezugssignal gespeichert. Das Bezugssignal enthält dieselbe Impulswellenform und Impulsanzahl wie ein Streulicht-Impulssignal, das erhalten wird, wenn ein Teilchen M durch einen zentralen Bereich des Meßvolumens E gelaufen ist. Der Computer 13 vergleicht das Signal vom digitalen Speicheroszilloskop 12 mit dem im Speicher gespeicherten Bezugssignal und bestimmt dadurch, ob das Teilchen M durch den zentralen Bereich des Volumens E gelaufen ist oder nicht. Die Ausgangsseite des Computers 13 ist mit einer Anzeige 14 verbunden.
Die Funktion des rechteckigen Wellenleiters 34 und des Schlitzglieds 50 werden mit Bezug auf Fig. 9 erklärt. Falls der Wellenleiter 34 nicht verwendet wird, wird sich das Licht zu einem Kegel ausweiten und in dem entlang der Linie IX-IX genommenen Querschnitt wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 9 angedeutet eine Gaußsche Intensitätsverteilung aufweisen. Falls im Gegensatz dazu der Wellenleiter 34 und das Schlitzglied 50 verwendet werden, wird das Licht auf den durch die durchgezogenen Linien in Fig. 7 angezeigten Wegen durch den Wellenleiter 34 laufen und es werden am Querschnitt IX-IX wie durch die durchgezogenen Linien in Fig. 9 angedeutet drei Lichtimpulse mit derselben Höhe und derselben Breite erhalten.
Dann wird das Meßvolumen E mit Bezug auf Fig. 10 erklärt. Diese Ansicht des Meßvolumens E von der Seite des empfangenden optischen Systems B aus scheint eine Bandstruktur zu haben, da ein Teil des Lichts durch das Schlitzglied 50 abgeschattet wird. Das bedeutet, das Schlitzglied formt zwei Pseudo-Schattenbereiche (schraffierte Teile) 53 und drei voll durchlässige Bereiche 54, die abwechselnd mit den Bereichen 53 angeordnet sind. Der Weg des Teilchens M beim Durchlaufen des Meßvolumens M ist senkrecht zur Linie der Längsrichtung der Pseudo-Schattenbereiche 53.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 11 bis 13 erklärt, wie das Teilchen M detektiert wird, wenn es verschiedene Wege durchlaufen hat.
Das zu messende Teilchen M wird zum Meßvolumen E geleitet und kreuzt die beiden Pseudo-Schattenbereiche 53 und die drei voll durchlässigen Bereiche 54. Wenn das Teilchen M den in Fig. 10 gezeigten Weg I durchläuft, d.h. den zentralen Bereich des Volumens E, wird vom Detektor 10 wie in Fig. 11 gezeigt ein Streulicht-Impulssignal mit drei Impulsen derselben Breite und Höhe detektiert. Dieses Impulssignal entspricht dem vorher im digitalen Speicheroszilloskop 11 gespeicherten Bezugssignal und wird folglich im Computer 13 als Berechnungsdaten zum Erhalten des Durchmessers D und der Geschwindigkeit V des Teilchens M verwendet.
Wenn das Teilchen M den in Fig. 10 gezeigten Weg II durchläuft, wird wie in Fig. 12 gezeigt ein Streulicht- Impulssignal mit nur zwei Impulsen derselben Breite und Höhe detektiert. Da dieses Impulssignal nicht dem Bezugssignal entspricht, wird es nicht als Berechnungsdaten verwendet.
Wenn das Teilchen M den in Fig. 10 gezeigten Weg III durchläuft, wird wie in Fig. 13 gezeigt ein Streulicht- Impulssignal mit drei Impulsen detektiert. Da einer der Impulse eine kleinere Breite als die anderen hat, entspricht dieses Impulssignal nicht dem Bezugssignal und wird nicht als Berechnungsdaten verwendet.
Wie oben beschrieben werden in der vorliegenden Erfindung nur die Daten als Berechnungsdaten ausgewählt, welche dem Bezugssignal entsprechen, was ermöglicht, daß die Vorrichtung verläßlichere Meßergebnisse als die herkömmliche Vorrichtung erhält. Insbesondere wird eine Variation der Impulsbreite und der Impulsanzahl eines Signals, das erhalten wird, wenn das Teilchen M einen Randbereich des Meßvolumens E durchläuft, leicht detektiert und das Signal wird bei der Berechnung übergangen, was es möglich macht, ein genaues Meßergebnis zu erhalten.
Nun wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung erklärt. Die Erklärung von gemeinsamen Teilen der ersten und zweiten Ausführungsform wird hier weggelassen.
In einem Schlitzglied (nicht gezeigt), mit dem das empfangende optische System B der zweiten Ausführungsform ausgestattet ist, haben die Masken jeweils eine Länge, die kürzer als das Schlitzglied ist, und Fenster an beiden gegenüberliegenden Längsenden. Damit besitzt das Meßvolumen E Pseudo-Schattenbereiche 58 und einen voll durchlässigen Bereich 59, der sich wie in Fig. 14 gezeigt bis zu den gegenüberliegenden Längsenden der Pseudo-Schattenbereiche 558 erstreckt.
Wenn das Teilchen M im wie oben geformten Meßvolumen E einen Randbereich des Volumens E durchlaufen hat, d.h. wenn eine Hälfte des Teilchens M das Volumen E durchlaufen hat, wird nur eine Spitze der Wellenform des Teilchens gemessen, so daß leicht festzustellen ist, ob das Teilchen einen zentralen Bereich des Volumens E durchlaufen hat oder nicht.
Fig. 15 ist eine Grafik, welche den Einfluß des von den optischen Achsen geformten Schnittwinkels θ auf die Detektionsempfindlichkeit zeigt, falls das Verhältnis des Durchmessers D des Teilchens M zu einer vorherbestimmten Wellenlänge des Lichts groß ist. Die Abszisse gibt den Teilchendurchmesser an, während die Ordinate die relative Höhe des Streulicht-Impulssignals angibt. Wie aus der Grafik ersichtlich, ist die Höhe des Impulssignals im wesentlichen proportional zu einem durch Quadrieren des Teilchendurchmessers erhaltenen Wert. Der Computer 13 berechnet den Teilchendurchmesser durch Anwendung dieses Verhältnisses. Aus der Figur wird desweiteren verständlich, daß die Höhe des Streulicht-Impulssignals höher ist und folglich seine Detektionsgenauigkeit viel höher ist, falls der Schnittwinkel θ 30º beträgt, als wenn er 90º beträgt.
Die Meßvorrichtung kann wie oben beschrieben gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform allein dadurch eine hohe Meßgenauigkeit liefern, daß sie das als teilweise durchlässige Schicht des empfangenden optischen Systems dienende Schlitzglied 50 enthält.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf Fig. 16 und 17 erklärt.
Eine Vorrichtung 60 gemäß der dritten Ausführungsform ist denen der ersten und zweiten Ausführungsform ähnlich, außer daß das als teilweise durchlässige Schicht dienende Schlitzglied 50 im emittierenden optischen System A bereitgestellt wird.
Wie in Fig. 17 gezeigt wird das Schlitzglied 50 in Kontakt mit dem Austrittsende des rechteckigen Wellenleiters 34 des emittierenden optischen Systems A bereitgestellt. Das durch die optische Faser 40 geleitete Licht wird im Wellenleiter 34 wie durch die durchgezogenen Linien in Fig. 17 angedeutet übertragen. Aus dem Querschnitt entlang der Linie IX-IX können drei Lichtimpulse erhalten werden, welche wie durch die durchgezogenen Linien in Fig. 9 angedeutet dieselbe Breite und Höhe haben. Das Meßvolumen E wird auch in diesem Fall wie in Fig. 10 gezeigt von der Seite des empfangenden optischen Systems B aus betrachtet. Zusammenfassend wird in der vorliegenden Erfindung aus der Impulswellenform und dar Impulsanzahl eines Streulicht- Impulssignals, das erzeugt wird, wenn ein Teilchen das Meßvolumen durchlaufen hat, bestimmt, ob das Teilchen einen zentralen Bereich des Meßvolumens E durchlaufen hat oder nicht. Dann werden nur die Daten, die erhalten werden, wenn das Teilchen den zentralen Bereich durchlaufen hat, als Berechnungsdaten ausgewählt, was ermöglicht, den Durchmesser und die Geschwindigkeit des Teilchens mit hoher Genauigkeit zu messen.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des Durchmessers und der Geschwindigkeit eines Teilchens (M), die folgendes umfaßt:

eine Lichtquelle (21);

ein Lichtübertragungssystem (A) zum Leiten des von der Lichtquelle (21) emittierten Lichts in ein Meßvolumen (E);

ein Schlitzglied (50) zum teilweisen Durchlassen des Lichts bevor es das Meßvolumen (E) erreicht oder nachdem es dasselbe durchläuft;

eine Detektionseinrichtung für Streulicht-Impulssignale (10) zum Detektieren des vom durch das Meßvolumen (E) laufenden Teilchen (M) gestreuten Lichts als ein Impulssignal;

eine Bestimmungs- und Auswahleinrichtung (12) zur Bestimmung, ob die Impulswellenform und die Impulsanzahl eines durch die Detektionseinrichtung (10) detektierten Streulicht-Impulssignals normal sind oder nicht, und dann zum Auswählen des Streulicht-Impulssignals, wenn es als normal bestimmt wird; und

eine Berechnungseinrichtung (13) zur Berechnung wenigstens eines von Durchmesser und Geschwindigkeit des Teilchens (M) auf der Grundlage des ausgewählten Signals;

dadurch gekennzeichnet, daß:

die Lichtquelle (21) inkohärentes Licht emittiert;

das Lichtübertragungssystem (A) einen rechteckigen Wellenleiter (34) zum Leiten des von der Lichtquelle (21) emittierten Lichts in das Meßvolumen (E) besitzt;

das Schlitzglied (50) aus einem teilweise durchlässigen Film besteht; und

das Schlitzglied (50) sich im Lichtübertragungssystem (A) auf dem optischen Weg an der Austrittsseite des rechteckigen Wellenleiters (34) befindet und eine Struktur hat, die in einem mittigen Bereich des Meßvolumens (E) wenigstens zwei lichtabgeschirmte Bereiche (53, 58) bildet;

die Bestimmungs- und Auswahleinrichtung (12) bestimmt, ob die Impulswellenform und die Impulsanzahl eines von der Detektionseinrichtung (10) detektierten Streulicht-Impulssignals normal sind oder nicht, falls sie in Übereinstimmung mit dem Ergebnis sind, das beim Durchgang eines Teilchens durch beide oder alle lichtabgeschirmten Bereiche (53, 58) erwartet wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, worin das Schlitzglied (50) so geformt ist, daß sich im Meßvolumen (E) von dessen einem Ende zu dessen anderen Ende eine Vielzahl von Schattenbereichen (53) erstrecken, von denen jeder eine vorherbestimmte Breite hat.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlitzglied (50) so geformt ist, daß sich im Meßvolumen (E) ausgenommen dessen Randbereich (59) eine Vielzahl von Schattenbereichen (58) erstrecken, von denen jeder eine vorherbestimmte Breite hat.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, die weiterhin eine zwischen dem Meßvolumen (E) und der Detektionseinrichtung für Streulicht-Impulssignale (10) eingefügte optische Faser (41) umfaßt, und worin das Schlitzglied (50) auf der Einlaßseite der optischen Faser (41) bereitgestellt wird.

5. Vorrichtung gemäß jeglichem vorangehenden Anspruch, worin das Schlitzglied (50) an der Auslaßseite des rechteckigen Wellenleiters (34) bereitgestellt wird.

6. Vorrichtung gemäß jeglichem vorangehenden Anspruch, worin die Bestimmungs- und Auswahleinrichtung (12) ein Bezugssignal zur Bestimmung, ob das Streulicht-Impulssignal normal ist, vorspeichert.