NO800630L - Anordning for detektering av svevende partikler i en gass - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for detektering av nærvær av svevende, faste eller væskeformede partikler i en gass, hvilket vil si aerosoler.

Den økede interesse for miljøproblemer og særlig arbeids-miljøet har blandt annet ført med seg et øket behov for instrumenter som gjør det mulig å detektere nærvær og til og med måle eller i det minste anslå konsentrasjonen av svevende, faste eller væskeformede partikler i gasser, slik som f.eks. støvpartikler, røkpartikler og fine væske-dråper, f.eks. oljedråper, i luft. Sådanne instrumenter kan f.eks. anvendes for å overvåke luften i et arbeidslokale med hensyn på nærvær av skadelige forurensninger i form av faste eller væskeformede partikler. De kan også anvendes for kontroll eller overvåkning av effektiviteten av filteranlegg og andre renseanlegg, som anvendes for behandling og rensing av luft som skal føres inn i et arbeidslokale. Det er også mulig å anvende instrumenter av denne art som røkdetektorer og brannvarslere.

Det er tidligere foreslått og markedsført instrumenter og apparater for de ovenfor angitte formål og som er innrettet for å gjennomlyse et volum av den gass som skal undersøkes ved hjelp av en konsentrert optisk strålebunt, således at eventuelt foreliggende partikler frembringer spredt stråling, som bringes til å påvirke en stråledetektor hvis utgangssignal utnyttes som en anvisning og et mål på fore-komsten av svevende partikler i den undersøkte gass. Med optisk stråling menes i denne sammenheng stråling såvel innenfor som utenfor det synlige bølgelengdeområde, f.eks.

i det infrarøde område. Forskjellige utførelser av instrumenter av denne alminnelige type er f.eks. beskrevet i det svenske patenskrift nr. 350.604, i de tyske offent-liggjørelsesskriftene nr. 2.051.546, 2.260.150, 2.260.313 samt i US patentskriftene nr. 3.281.748, 3.248.551 og 3.914.616. "

>(5>

Tidligere foreslåtte og markedsførte instrumenter som er basert på det ovenfor angitte lysspredningsprinsipp er imidlertid ikke tilfredsstillende på alle områder og særlig ikke når det gjelder følsomheten. Dette henger sammen med at den spredte stråling har meget liten intensitet i forhold til intensiteten av den primære,- belysende strålebunt. Den spredte strålings intensitet er en funksjon av partiklenes størrelse og form og varierer videre kraftig i forskjellige retninger i forhold til retningen av den primære strålebunt. For å oppnå en høy følsomhet for visse partikkelstørrelser er det derfor vesentlig at den stråling som spres av partiklene innenfor det gjennomlyste gassvolum kan samles opp innenfor et veldefinert vinkel-område i forhold til primærstrålens retning, og samtidig fra et så stort gassvolum som mulig og over så stor del av den primære strålebunts omkrets som mulig, samt tvinges til å påvirke den stråledetektor som anvendes for måling av den spredte strålings indensitet. Samtidig må imidlertid stråledetektoren være meget vel avskjermet fra direkte påvirkning av stråling fra den primære belysende strålebunt liksom av ytre, innlekkende stråling, f.eks. dags-

lys eller kunstig belysning. De hittil kjente instrumenter har ikke på tilfredsstillende måte oppfylt alle disse vilkår.

Det er derfor det formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en forbedret anordning som arbeider i samsvar med lysspredningsprinsippene for detektering av nærvær av svevende partikler i en gass, idet denne anordning på bedre måte en tidligere kjente anordning av denne type oppnår å tilfredsstille de ovenfor angitte vilkår.

I henhold til foreliggende oppfinnelse oppnås dette ved

en anordning som er utført i samsvar med de etterfølgende patentkrav.

Ved den spesielle utforming av reflektoren i denne anordning i henhold til oppfinnelsen oppnås at den spredte stråling fra partiklene i det gassvolum som gjennomlyses av den primære strålebunt samles opp over en meget stor del av omkretsen av den primære strålebunt samt ved hjelp av en eneste refleksjon i reflektoren bringes til å påvirke stråledetektoren. På denne måte vil en vesentlig større andel av den spredte stråling nå frem til stråledetektoren. Videre er det uten vanskelighet eller alvorlig ulempe

mulig å samle og måle den spredte stråling fra et vesentlig lengdeområde av den primære strålebunt, hvilket vil si stråling fra et stort gjennomlyst gassvolum. Særlig blir dette mulig hvis man i henhold til en viss utførelses-form av oppfinnelsen anbringer flere stråledetektorer ved siden av hverandre langs reflektorens ene brennpunktakse.

På denne måte oppnås en større følsomhet og et større signal/støy-forhold. Reflektorens form sikrer også at stråledetektoren ikke kan bli påvirket av noen direkte stråling fra den primære belysende strålebunt. Det blir også forholdvis lett å avskjerme stråledetektoren fra innlekkende ytre lys.

I det følgende vil oppfinnelsen bli nærmere beskrevet i forbindelse med den vedføyde tegning, hvorpå: Fig. 1 er en planskisse som ved hjelp av et utførelses-eksempel viser den prinsippielle oppbygning av en anordnning i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 2 viser skjematisk og i større målestokk et snitt gjennom anordningen i fig. 1 langs linjen II-II i fig. 1.

Den anordning som skjematisk er vist på tegningen som et utførelseseksempel i henhold til oppfinnelsen omfatter et organ for å avgi en konsentrert, hovedsakelig parallell strålebunt 1 som rettes gjennom et målekammer 2, som inneholder den gass hvis innhold av svevende partikler skal undersøkes. I det viste utførelseseksempel er det antatt at dette målekammer 2 er åpent i begge ender således at det kan gjennomstrømmes av vedkommende gass, slik som angitt ved hjelp av piler 3 i fig. 1. Den del av strålebunten 1 som forløper gjennom målekammeret 2 er omgitt av en reflektor 4 som også utgjør en del av veggen i målekammeret 2. Denne reflektor 4 har i henhold til oppfinnelsen form av en del av en innvendig reflekterende eliptisk sylinderflate. Den øvrige del av denne eliptiske sylinderflate er i fig. 2 markert ved en stiplet linje 5. Reflektoren 4 utgjør således en del av denne eliptiske sylinderflate, som er avskåret langs et plan parallelt med akseplanet gjennom sylinderens lille akse. Reflektoren 4 er slik anordnet i forhold til strålebunten 1 at senteraksen for strålebunten faller sammen med den ene brennpunktakse B.^for den eliptiske sylinderflate. Det vil innses at dette medfører at den spredte stråling fra partikler i det gassvolum som gjennomlyses av strålebunten 1 etter refleksjon mot reflektoren 4 vil bli samlet opp i den andre brennpunktakse B2for den eliptiske sylinderflate. På denne brennpunktakse er det i henhold til oppfinnelsen anordnet en fotodetektor 6, f.eks. en fotodiod, som med sin aktive flate og med sitt synsfelt er rettet mot reflektoren 4, fortrinnsvis på sådan måte at senteraksen i stråledetektorens synsfelt er rettet mot brennpunktaksen B^, hvilket vil si at den vil ligge i den eliptiske sylinders storakseplan samt vil danne en hovedsakelig rett vinkel med brennpunktaksen B^og dermed med retningen av strålebunten 1. I fig. 2 er synsfeltvinkelen for stråledetektoren 6 betegnet med a. Den eliptiske sylinderreflektor 4 bør naturligvis være dimensjonert slik at hele synsfeltet for stråledetektoren 6 dekkes av reflektoren. Det vil innses at den stråling som partiklene i gassvolumet innenfor strålebunten 1 spreder innenfor vinkelområdet 8 etter en eneste refleksjon fra reflektoren 4 vil bli rettet mot stråledetektoren 6 og komme til å treffe dens aktive flate. Dessuten kommer naturligvis den spredte stråling innenfor vinkelintervallet y til å treffe stråledetektorens aktive flate uten noen refleksjon fra reflektoren 4. Stråledetektoren 6 kommer følgelig til å motta en meget stor andel av den totale spredte stråling fra det gassvolum som gjennomlyses av strålebunten 1, hvilket gir høy følsomhet og et høyt signal/støy-forhold. Stråledetektoren 6 kan også motta spredt stråling fra et betraktelig lengdeavsnitt av strålebunten 1, slik det vil fremgå av fig. 1, hvor synsfeltvinkelen for stråledetektoren 6 likeledes er betegnet med a. Hvis man ønsker å ta imot og måle den spredte stråling fra et ennå lengre avsnitt av strålebunten 1, kan man lett oppnå dette ved å anordne flere stråledetektorer ved siden av hverandre langs brennpunktaksen B2, på den måte som er beskrevet ovenfor.

Den øvrige del av veggen av det målekammer 2 som er utformet som en gjennomstrømningskanal, er betegnet med 7 på tegningen og kan prinippielt ha en hvilken som hélst hensiktsmessig form. Stråledetektoren 6 kan med fordel være montert i en åpning i denne vegg 7. Innsiden av veggen .7 har hensiktsmessig en ikke reflekterende over-flate, hvilket vil si at den er matt sort.

I det utførelseseksempel av oppfinnelsens anordning som

er vist på tegningen frembringes strålebunten 1 ved hjelp av en lyskilde i form av en lysdiode 8 som er anbragt i det ene brennpunkt av en elipsoid-formet reflektor 9, som effektivt samler opp strålingen fra lysdioden innenfor en stor romvinkel og konsentrerer den mot en liten flate ved elipsoid-reflektorens annet brennpunkt, hvor åpningen for en hullblender 10 er plassert. Et objektiv 11 samler lyset fra hullblenderen 10 til en vel samlet strålebunt, som ved hjelp av et vendeprisme 12 rettes inn i målekammeret 2 som nevnte strålebunt 1 langs med brennpunktaksen for den eliptiske sylinderreflektor 4. Ved den

motsatte ende av reflektoren 4 er det anordnet en strålefelle 13, hvori strålebunten fanges opp og slukkes ut.

Denne strålefelle kan være av en vilkårlig passende ut-førelse. Ved at de nødvendige organer for frembringelse av strålebunten 1 er anordnet utenfor reflektoren 4 på

den ovenfor beskrevne måte, oppnås den fordel at anordningens totale aksiale lengdeutstrekning begrenses til hovedsakelig den aksiale lengdeutstrekning av reflektoren 4. I en anordning i henhold til oppfinnelsen kan naturligvis også

den strålebunt som passerer gjennom reflektoren også frembringes på annen måte samt ved hjelp av organer som er annerledes anordnet.

Også forøvrig er naturligvis tallrike modifikasjoner mulig innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (5)

1. Anordning for detektering av nærvær av faste eller væskeformede partikler i en gass, idet anordningen omfatter et målekammer (2) for mottagelse av den gass som skal undersøkes, organer (8-12) anordnet for å frembringe og rette gjennom rnålekammeret en konsentrert, hovedsakelig parallell optisk strålebunt (.1)^ en stråledetektor (6)

samt en reflektor (4) anordnet for å reflektere mot stråledetektoren stråling som er spredt av eventuelle partikler som forekommer innenfor det gassvolum som gjennomlyses i strå1e ka mm e r e t, karakterisert ved at reflektoren (4) har en reflektorflate i form av i det minste en del av en innvendig reflekterende el tyiptisk sylinderflate, samt er slik anordnet at strålebuntens senterakse hovedsakelig faller sammen med den ene brennpunktakse (B.) for den eriptiske sylinder, mens stråledetektoren (6) er anordnet med sin aktive flate hovedsakelig i den eliptiske •sylinders annen brennpunktakse (I^ ) samt med sitt synsfelt (a) rettet mot strålebunten (1) og synsfeltets senterakse hovedsakelig i samme plan som storaksen i sylinderens eliptiske tverrsnitt.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at reflektorflaten (4) utgjøres av en eliptisk sylinderflate som er avskåret av et plan som ligger mellom sylinderens to brennpunkt-akser (B^ , B^ ) og er parallelt med akseplanet for sylinderflatens lille akse, idet plasseringen av skjærings-planet er valgt slik at den gjenværende reflektorflate (4) godt og vel dekker hele stråledetektorens synsfelt (a).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at stråledetektoren (6) er anordnet med senteraksen i sitt synsfelt (a) rettet hovedsakelig vinkelrett på strålebuntens retning.

4. Anordning som angitt i krav 1-3, karakterisert ved at reflektorflate (4) danner en del av ytterveggen av nevnte målekammer (2), som er anordnet for å kunne gjennomstrømmes av den gass som skal undersøkes, hovedsakelig parallelt med strålebuntens retning.

5. Anordning som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at flere stråledetektorer er anordnet ved siden av hverandre langs den annen brennpunktakse.