PL177975B1 - Fotometryczne urządzenie do wyznaczania parametrów zawiesiny cząstek stałych - Google Patents

Abstract

1 Fotometryczne urzadzenie do wyznaczania parame- trów zawiesiny czastek stalych, unoszonych w strumieniu czynnika przeplywajacego, przez pomiar rozpraszania swiatla na czastkach stalych, zawierajace co najmniej jedno zródlo swiatla skierowane na obszar swiatla rozproszonego, usytuo- wany centralnie w strumieniu czynnika przeplywajacego oraz odbiornik czesci swiatla rozproszonego, powstajacego w ob- szarze swiatla rozproszonego, wyposazone w wydluz ona komore detekcyjna, stanowiaca przewód dla strumienia prze plywajacego czynnika, ograniczona sciankami obu- dowy, przy czym wspomniane zródlo swiatla jest umiesz czone na sciance tej obudowy 1 jest skierowane na os srod- kowa komory detekcyjnej, a odbiornik czesci swiatla rozpro- szonego jest usytuowany wspólosiowo z osia komory de- tekcyjnej i polaczony z ukladem analizujacym, przy czym od- biornikowi przyporzadkowany jest uklad przeslon, ograni- czajacy pole widzenia odbiornika do obszaru wokól osi srodkowej komory detekcyjnej, znam ienne tym , ze obudo- wa (1) komory detekcyjnej ma postac odcinka rury ( 13), a obudowa (6) odbiornika (4), zawierajaca uklad przeslon, jest wydluzona i otoczona calkowicie przez obudowe (1) komory detekcyjnej Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest fotometryczne urządzenie do wyznaczania parametrów zawiesiny cząstek stałych, unoszonych w strumieniu czynnika przepływającego, przez pomiar rozpraszania światła na cząstkach stałych, zawierające co najmniej jedno źródło światła skierowane na obszar światła rozproszonego, usytuowany centralnie w strumieniu czynnika przepływającego oraz odbiornik części światła rozproszonego powstającego w obszarze światła rozproszonego.

Z opisu zgłoszenia japońskiego nr JP 04260197 zawartego w Patent Abstracts of Japan (Japońskie wyciągi patentowe), dział P, tom 17/Nr. 48 (1993) P-1477 znane jest urządzenie, w którym dla ustalenia wielkości (średnicy) cząstek zawieszonych w ośrodku nośnym, z dwóch źródeł światła są wysyłane kolejno, przesunięte w czasie impulsy, skierowane na jedno wspólne centrum światła rozproszonego. Obydwóm źródłom światła jest przyporządkowany jeden wspólny

177 975 odbiornik, którego oś jest skierowana na centrum światła rozproszonego. Obywa źródła światła mogą być tak umieszczone, że wysyłają swe promieniowanie świetlne pod różnymi kątami względem osi odbiornika.

Źródła światła są tak umieszczone, że odbiornik otrzymuje światło rozproszone w kierunku do przodu. Sygnały wysyłane przez wspólny odbiornik są kierowane do urządzenia oceniającego z urządzeniem sterującym dla kolejnego przebiegu w czasie impulsów promieni świetlnych.

Niemiecki opis patentowy nr DE 3831654 pokazuje i opisuje optyczny sygnalizator dymu z komorą pomiarową silnie pochłaniającą światło. Niewielkim nakładem ma się zapobiegać temu, aby promieniowanie rozproszone wskutek zanieczyszczenia komory pomiarowej nie spowodowało fałszywego alarmu. W tym celu, w komorze pomiarowej typu obudowa, jest zastosowany drugi dodatkowy odbiornik światłoczuły, którego pole widzenia jest skierowane na powierzchnię komory pomiarowej naświetlanej przez jedno ze źródeł światła. Z tego drugiego odbiornika uzyskuje się wartość porównawczą odpowiadającą zwiększającemu się z upływem czasu, stopniowi zanieczyszczenia obudowy, co zostaje odpowiednio uwzględnione w urządzeniu sterującym, aby wykluczyć ujemny wpływ na dokładność pomiaru zmieniającego się podłoża obudowy, które wysyła promieniowanie rozproszone.

Również niemiecki opis patentowy nr DE 3334545 pokazuje optyczny sygnalizator dymu z dwoma umieszczonymi symetrycznie względem osi jednego z odbiorników, źródłami światła, które wysyłają promienie świetlne pod kątem ostrym względem osi odbiornika, tak że tutaj światło rozproszone jest odbierane jako promieniowanie wsteczne. Obywa źródła światła i odbiornik są umieszczone w jednej obudowie, mającej dwa otwory, przez które może wychodzić promieniowanie świetlne źródeł światła, co rozwiązuje problem błądzącego promieniowania rozproszonego, bez konieczności stosowania kilku przesłon. Przez jeden z otworów można zarazem wprowadzić do obudowy ośrodek nośny z cząstkami.

Dalsze urządzenia, które opisał Bol. Roth i Wurzbacher „Zarejestrowanie i badanie koloidalnych zanieczyszczeń powietrza i wód ściekowych” są opublikowane w Batellebericht 1969, strony 23-29. Zastosowane zostało przy tym jedno jedyne źródło światła w postaci lasera, którego promień świetlny jest skierowany na centrum światła rozproszonego za pomocą kombinacji soczewek/przesłon. Ośrodek nośny naładowany cząstkami, przepływa poprzecznie pod kątem 90° przez centrum światła rozproszonego. Promień świetlny zostaje uchwycony w pułapce świetlnej. Światło rozproszone powstające na cząsteczce w centrum światła rozproszonego, za pomocą luster odchylających i pozostałych soczewek i przesłon, zostaje następnie poprzez dalsze lustra odchylające doprowadzone do odbiornika, który jest ukształtowany jako wtórny powielacz elektronowy. Tym znanym urządzeniem można ustalić wielkość cząstek zawieszonych w ośrodku nośnym. Urządzenie pracuje w promieniu świetlnym działającym w kierunku do przodu, to znaczy że odbiornik przyjmuje światło rozproszone wypromieniowane pod stosunkowo małym katem względem osi promienia światła. Natężenie światła rozproszonego powstającego na cząstce jest uzależnione od kąta. Zasadniczą rolę odgrywa tu wielkość cząstki. Dla cząstek, które są znacznie większe niż długość fali promienia światła, prawie całe światło rozproszone zostaje wysłane w kierunku do przodu. Nie występuje praktycznie rozproszenie wsteczne. Największe natężenie stwierdza się przy stosunkowo małych kątach światła rozproszonego względem strumienia światła w kierunku do przodu. Dla cząstek, których wielkość jest porównywalna z długościąfali, występuje rozproszenie w kierunku do przodu i porównywalnie mniej intensywne rozproszenie wsteczne. Stożek rozproszenia światła w kierunku do przodu jest jednak krótszy i szerszy niż stożek rozproszenia cząstek, których średnica jest znacznie większa niż długość fali. I wreszcie dla cząstek, których średnica jest znacznie mniejsza niż długość fali promienia światła, obowiązuje zasada, że światło rozproszone jest wypromieniowane z jednakowym natężeniem we wszystkich kierunkach przestrzennych.

Znane urządzenie pracuje z jednym jedynym źródłem wysyłającym promień świetlny o stałej długości fali, przy czym kąt, pod którym odbiornik jest umieszczony względem promienia światła jest również ustalony. Dlatego też znane urządzenie jest mniej lub bardziej przydatne dla

177 975 cząstek o różnej wielkości i przy różnym rozkładzie wielkości. Dokładność pomiaru jest w wielu wypadkach niewystarczająca.

Z opisu zgłoszenia międzynarodowego nr WO 93/08461 znane jest ulepszenie komory próbkującej detektora zanieczyszczeń, w którym komora ma źródło światła usytuowane na ścianie obudowy komory detekcyjnej, tak że wokół osi środkowej komory powstaje obszar światła rozproszonego, a odbiornik swą osiąjest usytuowany współosiowo z osią wzdłużną komory detekcyjnej, przy czym odbiornikowi jest przyporządkowany układ przesłon, w ten sposób, że kąt pola widzenia odbiornika nie obejmuje ścian obudowy otaczających obszar światła rozproszonego, a tylko wąski obszar wokół osi środkowej komory detekcyjnej. Urządzenie to charakteryzuje się jednak skomplikowaną budową.

Z opisu zgłoszenia europejskiego nr EP 463795 znany jest natomiast układ, wyposażony w dwie obudowy zorientowane względem siebie pod kątem prostym. Wymusza to zastosowanie leżącej na przeciwko odbiornika pułapki świetlnej. Źródło światła usytuowane jest w tym rozwiązaniu w gnieździe, znajdującym się poza obudową komory detekcyjnej, w której osi, po przeciwnej stronie obszaru badanego, znajduje się element wygaszający. Urządzenie jest rozbudowane i wymaga zwiększonej ilości miejsca.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia, za pomocą którego może być ustalona gęstość, wielkość i/lub rozkład gęstości cząstek zawieszonych w ośrodku nośnym, i to przy zastosowaniu elementów o prostej budowie, z dużą dokładnością w stosunkowo szerokim zakresie różnorodnych średnic i koncentracji cząstek. Urządzenie powinno więc mieć prostąbudowę i dać się wytwarzać tanio.

Fotometryczne urządzenie do wyznaczania parametrów zawiesiny cząstek stałych, unoszonych w strumieniu czynnika przepływającego, przez pomiar rozpraszania światła na cząstkach stałych, zawierające co najmniej jedno źródło światła skierowane na obszar światła rozproszonego, usytuowany centralnie w strumieniu czynnika przepływającego oraz odbiornik części światła rozproszonego powstającego w obszarze światła rozproszonego, wyposażone w wydłużoną komorę detekcyjną, stanowiącą przewód dla strumienia przepływającego czynnika, ograniczona ściankami obudowy, przy czym wspomniane źródło światła jest umieszczone na ściance tej obudowy i jest skierowane na oś środkową komory detekcyjnej, a odbiornik części światła rozproszonego jest usytuowany współosiowo z osią komory detekcyjnej i połączony z układem analizującym, przy czym odbiornikowi przyporządkowany jest układ przesłon, ograniczający pole widzenia odbiornika do obszaru wokół osi środkowej komory detekcyjnej, charakteryzuje się według wynalazku tym, że obudowa komory detekcyjnej ma postać odcinka rury, a obudowa odbiornika, zawierająca układ przesłon, jest wydłużona i otoczona całkowicie przez obudowę komory detekcyjnej.

Na ścianach obudowy może znajdować się kilka źródeł światła rozmieszczonych z odstępami względem siebie, przy czym zwłaszcza co najmniej dwa źródła światła są skierowane pod różnymi kątami względem wspólnej osi komory detekcyjnej i odbiornika.

Korzystnie, co najmniej dwa źródła światła są skierowane na jeden wspólny obszar światła rozproszonego.

Korzystnie, co najmniej dwa źródła światła są umieszczone przed i za obszarem światła rozproszonego.

Korzystnie, na ściankach obudowy znajdują się co najmniej dwa monochromatyczne źródła światła emitujące promieniowanie świetlne o różnych długościach fali.

Korzystnie, źródła światła sąźródłami świetlnymi pulsującymi, przy czym sąone połączone z urządzeniem do sterowania przebiegiem w czasie kolejno pulsującego promieniowania świetlnego i przyporządkowania go do przynależnych sygnałów odbiornika.

Korzystnie, źródła światła mają postać diod laserowych lub diod luminescencyjnych.

Dzięki rozwiązaniu według wynalazku, przy zastosowaniu najprostszych rozwiązań konstrukcyjnych, można wyeliminować wpływ zakłócającego promieniowania rozproszonego w komorze detekcyjnej na wynik pomiaru. Odbiornikjest umieszczony w obrębie obudowy, ale jest skierowany w stronę środkowej osi wydłużonej komory detekcyjnej. Tak więc w nowych

177 975 urządzeniach, zanieczyszczenie ścian obudowy stanowi źródło promieniowania, które swoje promieniowanie świetlne nie skupia wyłącznie na obszarze centralnym rozpraszania, a niecałkowite pochłanianie promieni świetlnych, po wyjściu z obszaru rozpraszania, nie jest krytyczne. Pozwala to na zastosowanie korzystnych, pod względem kosztów, elementów konstrukcyjnych, zwłaszcza w obudowie i źródle światła.

Odbiornikiem umieszczonym wewnątrz obudowy me musi być koniecznie czujnik fotoelektryczny, przetwarzający normalnie światło rozproszone na sygnał elektryczny, lecz jedynie urządzenie odbierające światło rozproszone, które ma zostać przetworzone na sygnał. To urządzenie do odbierania światła rozproszonego a tym samym odbiornik, może stanowić powierzchnia wejściową światłowodu, który zebrane światło rozproszone prowadzi do czujnika fotoelektrycznego umieszczonego na zewnątrz obudowy.

Wydłużona komora detekcyjna jest przeważnie ukształtowana jako osiowo lub obrotowo symetryczna względem osi środkowej. Najczęściej jest ona kołowa w przekroju i jest ograniczona odcinkiem okrągłej rury stanowiącej obudowę, dzięki czemu nowe urządzenia można wytwarzać tanio.

Zgodny z wynalazkiem układ przesłon może obejmować również przesłony optyczne, to znaczy soczewki. Jednakże soczewki, jako część składowa układu przesłaniającego, nie są ani konieczne, ani zalecane, ponieważ niepotrzebnie zwiększają nakład konstrukcyjny nowego urządzenia.

W jednym z dalszych rozwinięć, wynalazek proponuje aby wykorzystywać promieniowanie świetlne, nie tylko z jednego źródła światła, lecz promieniowanie świetlne pochodzące z kilku źródeł światła i stosować je kolejno, jako pulsujące w czasie, to znaczy na ustalony okres czasu kierować na oddzielny, lub wspólny obszar światła rozproszonego. W ten sposób, w nowych urządzeniach mogą znaleźć zastosowanie źródła światła o stosunkowo prostej budowie, które ze swej strony nie wymagają kombinacji soczewkowo/przesłonowej. Tym kilku źródłom światła, względnie ich promieniom świetlnym jest przeważnie przyporządkowany tylko jeden, jedyny odbiornik, przy czym możliwe jest, aby realizować różnorodne wzajemne układy między promieniami świetlnymi każdego poszczególnego źródła światła i osią odbiornika.

Przez odbiornik może być odebrane zarówno światło rozpraszane do przodu, jak również światło rozpraszane do tyłu. Powstające w ten sposób, następujące czasowo kolejno po sobie, impulsy światła rozproszonego na cząstce lub na cząstkach, zostają przez wspólny odbiornik odebrane, przechowane i ocenione, przy czym chodzi o to, aby zachować przyporządkowanie impulsu świetlnego między każdym źródłem światła z każdorazowym impulsem światła rozproszonego. W ten sposób jest możliwe odebranie danego światła rozproszonego w różnych zależnościach kątowych. Zależnie od przewidywanego zastosowania można wybrać poszczególne zależności między źródłami światła i odbiornikiem. Przy zupełnie nieznanej wielkości cząstek i nieznanym rozdziale ich wielkości, powinny być używane wszystkie źródła światła. Tym samym może zostać objęty praktycznie cały zakres kątowy i możliwe jest zbudowanie uniwersalnego urządzenia do pomiaru światła rozproszonego, które łączy zalety różnych znanych dotychczas indywidualnych urządzeń do pomiaru światła rozproszonego, mierzących albo w określonych zakresach do przodu, albo w określonych zakresach wstecznych.

Szczególną zaletą rozwiązania według wynalazku jest to, że promienie światła sąpod różnymi kątami, i/lub o różnych długościach fal, kierowane na oddzielne obszary światła rozproszonego, względnie na wspólny obszar światła rozproszonego. Oczywiście również i tu impulsy światła rozproszonego, przesunięte wzajemnie w czasie, zostają zarejestrowane przez wspólny odbiornik.

Przebieg czasowy wysyłanych impulsowo promieni świetlnych następuje przy jednym wspólnym obszarze światła rozproszonego, przeważnie szybko w porównaniu do prędkości przepływu ośrodka nośnego z cząstkami poprzez obszar światła rozproszonego. W ten sposób jest możliwe, aby wysłać całą serię promieniowania świetlnego na jednącząstkę i przyjąć impulsy światła rozproszonego od tej jednej cząstki.

177 975

Przy kilku obszarach światła rozproszonego, ich przestrzenne i czasowe odstępy w odniesieniu do kolejności promieni świetlnych, są dostrojone przeważnie do prędkości przepływu ośrodka nośnego z cząstkami przez komorę detekcyjną.

Z nowymi urządzeniami, może być więc w znany sposób wykorzystana większa liczba promieni świetlnych ze źródła światła z ich przyporządkowaniem do jednego odbiornika, przy czym w prosty sposób mogą zostać urzeczywistnione różnorodne wzajemne układy w przestrzeni między źródłem światła i odbiornikiem. Odbiornik przyjmuje teraz znów tylko część światła rozproszonego powstałego w obszarze światła rozproszonego, to znaczy że kąt pola widzenia odbiornika obejmuje wąski zakres kąta przestrzennego światła rozproszonego wysyłanego przez obszar centralny światła rozproszonego.

Źródła światła mogąbyć rozmieszczone, nie tylko w większej liczbie lecz również pod różnymi kątami względem osi odbiornika, jeżeli może się to okazać celowe w danym wypadku zastosowania. Możliwe jest również zbudowanie uniwersalnego urządzenia, przy którym do wyboru, może być wykorzystana albo tylko część zrealizowanych źródeł światła, albo też wszystkie źródła światła. Przewidziane są zwłaszcza monochromatyczne źródła światła, które wysyłają pulsujące promienie światła o różnych długościach fal. Można przy tym również, za pośrednictwem urządzenia sterującego, dokonać wyboru wykorzystania źródeł światła, zalecanego dla danego przypadku' zastosowania.

Jako źródła światła mogą być stosowane, diody laserowe lub diody luminescencyjne, lub w określonych wypadkach kombinacja tych dwóch źródeł światła.

W zaproponowanej wydłużonej komorze detekcyjnej mogą być również zastosowane dwa wspólne odbiorniki, które są wzajemnie przeciwnie skierowane na obszar światła rozproszonego, tak że powstające w tym obszarze, światło rozproszone jednego źródła światła, może zostać ujęte, z jednej strony w kierunku do przodu, a z drugiej strony w kierunku wstecznym. Obydwa odbiorniki patrzą- wprawdzie wzajemnie skierowane przeciwnie - w kierunku osi, i tym samym jednakowo w czarną dziurę. Błądzące promieniowanie światła rozproszonego i/lub odbite promieniowanie światła może normalnie, również przy dwóch odbiornikach, nie oddziaływać ujemnie na dokładność, o ile nie zostanie akurat odbite od położenia naprzeciw odbiornika. Liczbę niezbędnych źródeł światła, przy dwóch skierowanych przeciwnie odbiornikach, można zmniejszyć o połowę. Przyjęcie światła rozproszonego może również nastąpić równocześnie przez obydwa odbiorniki, przy czym obydwa impulsy muszą oczywiście być różne, i z reguły muszą być również oddzielnie przetwarzane dalej. ’

Wynalazek zostanie bliżej wyjaśniony na podstawie przykładów wykonania, uwidocznionych na załączonym rysunku schematycznym, którego kolejne figury przedstawiają: fig. 1 - rozmieszczenie źródła światła i odbiornika w komorze detekcyjnej, fig. 2 - pierwsze rozmieszczenie wzajemne kilku źródeł światła względem odbiornika w komorze detekcyjnej, fig. 3 - drugie rozmieszczenie wzajemnie kilku źródeł światła względem odbiornika w komorze detekcyjnej, fig. 4 - rozmieszczenie wzajemne kilku źródeł światła względem dwóch odbiorników w komorze detekcyjnej, fig. 5 - blokowy schemat połączeń urządzenia przetwarzającego w połączeniu z urządzeniem według fig. 3 dla realizacji sygnalizatora dymu, fig. 6 - blokowy schemat połączeń dla realizacji fotometru aerozolowego do sprawdzania filtrów i fig. 7 - blokowy schemat połączeń dla uniwersalnego przyrządu do pomiaru światła rozproszonego.

Na figurze 1 jest przedstawiona obudowa 1 o kształcie rurowym, której ściany ograniczają, w kierunku promieniowym, komorę detekcyjną, uformowaną w sposób wydłużony względem osi środkowej komory detekcyjnej. Na środkowej osi komory detekcyjnej znajduje się centralny obszar światła rozproszonego 2, w którego punkcie środkowym, lub gdziekolwiek w obrębie światła rozproszonego 2, może się znajdować cząstka 3. Ośrodek nośny, w którym cząstka 3 jest zawieszona, przepływa przez obudowę 1 o kształcie rurowym, równolegle względem osi środkowej, w kierunku strzałki 14.

Współosiowo ze środkową osią komory detekcyjnej jest umieszczony odbiornik 4, tak że jego oś 5 jest skierowana na obszar światła rozproszonego 2. Odbiornik 4 jest osadzony w obudowie 6 odbiornika, w której od strony skierowanej ku obszarowi światła rozproszonego 2, sąumie177 975 szczone przesłony 7, ograniczające pole widzenia odbiornika 4 znajdującego się na drugim końcu obudowy odbiornika 6, tak aby nie obejmowało ono ścian obudowy 1. Jeżeli na figurach 2 do 7 jest zaznaczona tylko jedna lub dwie przesłony rozmieszczone w obudowie 6 odbiornika 4, to również tutaj chodzi o ograniczenie pola widzenia odbiornika 4 do wąskiego obszaru wokół osi środkowej komory detekcyjnej.

Według fig. 1, odbiornikowi 4 jest przyporządkowane tylko jedno jedyne źródło światła 9, którego promienie świetlne przecinająpole widzenia odbiornika 4 w obszarze światła rozproszonego 2.

Według fig. 2 są przewidziane cztery źródła światła 8 i 9, których promienie świetlne przecinają pole widzenia odbiornika 4 w czterech centrach światła rozproszonego 2 i 2'. Przy tym kąt między promieniami źródła światła 9, które przecinają pole widzenia w obszarach światła rozproszonego 2 i osią czujnika jest odpowiednio równy, podobnie jak kąt między promieniami źródła światła 8, które przecinają pole widzenia w obszarach światła rozproszonego 2'.

Według fig. 3 przewidziano przyporządkowanie jedynemu odbiornikowi 4, większej liczby źródeł światła rozmieszczonych na obwodzie obudowy 1 o kształcie rurowym, których promienie świetlne są skierowane na jeden wspólny obszar światła rozproszonego 2. Zastosowane są dwa źródła światła 8, których osie promieni świetlnych skierowanych na obszar światła rozproszonego 2 są usytuowane prostopadle względem osi 5 odbiornika 4 i do osi obudowy 1 o kształcie rurowym. Dwa dalsze źródła światła 9 są przewidziane jako ustawione pod kątem ostrym w celu pomiaru światła rozproszonego do tyłu; oznacza to, że odbiornik 4 przyjmuje impulsy świetlne z rozpraszania wstecznego pod kątem ostrym względem kierunku promieni świetlnych wysyłanych przez źródło światła 9 na obszar światła rozproszonego 2. Dalsze źródła światła mogą być rozmieszczone na ścianach obudowy 1, które służą również do odebrania światła rozproszonego, skierowanego do tylu. Podobnie, jak na drugiej stronie płaszczyzny, utworzonej przez promienie świetlne ze źródeł światła 9, są przewidziane dwa dalsze źródła światła 11, które odbierają część światła rozpraszanego w kierunku do przodu. Oznacza to, że osie promieni świetlnych wysyłanych przez źródła światła 11 w obszar światła rozproszonego 2 w kierunku do przodu, tworzą z osią 5 odbiornika 4 dalszy kąt. Na tej stronie mogą być również przewidziane dalsze źródła światła rozproszonego skierowane do przodu. Zrozumiałejest, że natężenie dochodzącego do odbiornika 4 światła rozproszonego dla każdego kąta rozproszenia, może zostać zwiększone, gdy ulegnie zwiększeniu liczba źródeł światła 8, 9 i 11. Dla każdego kąta, względnie zakresu kątowego, można umieścić większą liczbę źródeł światła o takiej samej albo różnej długości fali, symetrycznie-obrotowo względem osi 5 odbiornika 4.

Obudowa 1,jak przedstawiono, jest utworzona z odcinka rury 13, przez którą w kierunku strzałki 14 przepływa nośny strumień czynnika przepływającego z unoszącymi się w nim cząsteczkami. Aczkolwiekna figurach 2 i 3, są przedstawione każdorazowo tylko dwaźródła światła 8, 9 lub 11 , jest rzeczą zrozumiałą, że wzdłuż ścian, lub na obwodzie odcinka rury 13, odpowiednio w każdej płaszczyźnie może być umieszczona większa liczba danych źródeł światła 8, 9 lub 11. Oś 5 odbiornika 4 tworzy zarazem oś środkową komory detekcyjnej ograniczonej przez odcinek rury 13. Źródła światła 8,9,11 są skierowane na oddzielne lub na jeden wspólny obszar światła rozproszonego 2. Zarazem, co najmniej przy różnych źródłach światła lub przy różnych kątach promieni świetlnych względem osi 5 odbiornika 4, źródła światła 8,9,11, są włączane, względnie wyłączane w ustalonej kolejności, aby wytworzyć impulsy świetlne w obszarach światła rozproszonego 2 i móc wykryć je w odbiorniku 4, dla ich dalszego przetworzenia, impulsy światła, rozproszonego przez obszary światła rozproszonego 2.

Do elementów urządzenia, przedstawionych na figurach 1 do 3, należy nie przedstawione urządzenie analizujące dane, podporządkowane odbiornikowi 4. W najprostszym wypadku, gdy za pomocą urządzenia ma być nadzorowana stałość koncentracji cząstek, lub rozkład wielkości cząstek w ośrodku nośnym, na przykład w zastosowaniu jako sygnalizator dymu, lub gdy urządzenie jest używane do pomiaru zdolności wydzielania filtrów zawiesinowych, wystarczy stosunkowo bezwładnie działający przełącznik, jako część składowa urządzenia analizującego dane, za pomocąktórego mogą być również włączane określone kombinacje źródeł światła 8,9,

11. Może zostać przeprowadzony taki pomiar światła rozproszonego, przy którym włącza się tyl8

177 975 ko źródła światła 8. Alternatywnie można przeprowadzić pomiar światła rozproszonego tylko w kierunku do przodu, jeżeli czynne sąjedynie źródła światła 11. Przy pomiarze światła rozproszonego w kierunku wstecznym czynne są tylko źródła światła 9. Możliwy jest także wybór kombinacji źródeł światła.

Figura 4 pokazuje urządzenie zmodyfikowane. Są tu przewidziane dwa odbiorniki 4, w ich obudowach 6, umieszczone na przeciwko siebie, w układzie symetrycznym, przy czym obydwa odbiorniki 4 są skierowane na jeden wspólny obszar światła rozproszonego 2. W porównaniu z układem z fig. 3, brak tu źródeł światła 11. Jeden odbiornik 4 mierzy światło rozproszone źródła światła 9 w kierunku wstecznym, a drugi odbiornik 4 w kierunku do przodu. Widać mianowicie, że liczba odbiorników 4 podwoiła się, zaoszczędzono natomiast źródeł światła, zwłaszcza wtedy, gdy przewidziana jest większa liczba źródeł światła, emitujących promieniowanie pod różnymi kątami. Również tutaj odbiorniki 4 są zwrócone w kierunku osi 5, a więc są nakierowane na czarną dziurę, tak że błądzące promieniowanie rozproszone i/lub promienie światła odbite w obudowie nie wpływają ujemnie na dokładność pomiaru.

Na figurze 5, przedstawiono i wyjaśniono na przykładzie sygnalizatora dymu, przynależne urządzenie sterujące 15 oraz zasadnicze części składowe urządzenia analizującego 16 do obróbki danych. Urządzenie sterujące 15 ma zasilacz prądowy 17 i połączony z nim układ przełączający 18 zaopatrzony w łącznik 19, za pomocąktórego alternatywnie zostają włączone poprzez odpowiednie przewody 20 i 21, źródła światła 8 dla pomiaru 90°, lub dalsze źródła światła 12 · dla pomiaru do przodu 20°. Odbiornik 4 jest poprzez przewód 22 połączony ze wzmacniaczem 23, od którego przewód 24 prowadzi do układu przełączającego 25, stanowiącego część składową urządzenia analizującego 16. Również układ przełączający 25 ma łącznik 26 do włączania odbieranych impulsów światła rozproszonego. Sygnalizator wartości granicznej 28 przyłączony poprzez przewód 27 jest dostrojony do rozproszenia 90°. Przewód 29 prowadzi do sygnalizatora wartości granicznych 30, który jest skierowany na rozpraszanie 20° do przodu.

Przewody 31 i 32 prowadzą do odpowiednich sygnalizatorów wartości granicznych 28 względnie 30 do urządzenia alarmowego 33, aby w wypadku pożaru, zasygnalizować powstający dym. Przewód 34 łączy obydwa układy przełączające 18 i 25 oraz zapewnia odpowiednią synchronizację, tak że można dokonać podporządkowania promieni świetlnych wysyłanych przez źródła światła 8 względnie 12, odpowiednim impulsom światła rozproszonego przyjmowanym przez odbiornik 4. W tym przykładzie wykonania, obydwa układy przełączające 18i 25przełączają z częstotliwością 1 Hz i łączą w sposób ciągły na przemian źródła światła 8 i 12. Poprzez impulsy światła rozproszonego od promieni świetlnych ze źródła światła 8 jest określony obszar drobnych cząstek w zanieczyszczeniu powietrza. Na przykład, przy rozpoczynającym się pożarze tlącym wytwarzane są bardzo drobne dymy, przy których zaczyna działać sygnalizator wartości granicznej 2 na tyle, że wyzwala urządzenie alarmowe 33. Jeśli natomiast zadziałają obydwa sygnalizatory wartości granicznej 28 i 30 równocześnie, można za pomocą urządzenia alarmowego 33 wyzwolić inny sygnał alarmowy, ponieważ z impulsów światła rozproszonego· promieniowania świetlnego ze źródeł światła 12 można wnioskować o obecności cząstek mających większe średnice, które mogąpochodzić z innego źródła pyłu, a nie powstały w wyniku pożaru. Tak więc można odróżnić różne źródła pyłów.

Figura 6 wyjaśnia zastosowanie urządzenia jako fotometru aerozolowego do sprawdzania filtrów. Są tu, w połączeniu z urządzeniem według fig. 1, przewidziane jedynie źródła światła 11, których promienie świetlne padają na obszar światła rozproszonego pod kątem 45°. W odpowiednio uzależnionym rozkładzie są na obudowie 1 rozmieszczone pułapki świetlne 35. Urządzenie sterujące 15 ma zasilanie prądowe 17 dla źródeł światła, przyłączone za pomocą przewodów 3.6. Od wzmacniacza 23 urządzenia analizującego 16 prowadzi jeden przewód do woltomierza cyfrowego 38 i jeden przewód do rejestratora piszącego 40.

Urządzeniem tym według fig. 6 można na przykład dokonać sprawdzenia filtrów za pomocą aerozolu testowego. Jako aerozol testowy można zastosować na przykład mgłę oleju parafinowego o znanym rozkładzie wielkości cząstek i określonym współczynniku załamania. Dlatego też fotometr ma jedynie za zadanie określenie stężenia aerozolu. Używane są do tego

177 975 źródła światła 11, które sąmonochromatyczne i są rozmieszczone symetrycznie promieniowo na obwodzie obudowy 1 względem osi rury, która zarazem stanowi oś 5 odbiornika 4. Aczkolwiek przedstawione są tylko dwa źródła światła 11, to zrozumiałe jest, że ich liczba jest większa niż dwa i źródła światła 11 są przewidziane jako rozmieszczone na obwodzie obudowy 1 w formie rurowej. Z uwagi na duże natężenie światła, mogą być użyte jako źródła światła diody laserowe. Źródła światła 11 są również tu zogniskowane na wspólnym obszarze światła rozproszonego 2 i wytwarzająwysokąluminancję, dzięki której możliwe jest stwierdzenie nawet nieznacznego stężenia aerosolu za badanym filtrem próbnym. Przy badaniu filtrów określa się stopień przepuszczalności filtra jako stosunek stężenia aerozolu przed i za filtrem. Aby uniknąć zakłóceń świetlnych wskutek odbić światła na ścianach obudowy 1, przewidziane sąpułapki świetlne 3 5.

Figura 7 przedstawia przykład wykonania uniwersalnego przyrządu do pomiaru światła rozproszonego. Również tutaj zastosowano kilka źródeł światła 8,9,10,11,12, przy czym, w porównaniu z przykładem wykonania według fig. 3, kąty mogą być zmieniane. Promieniowanie świetlne wszystkich źródeł światła są skierowane na jeden wspólny obszar światła rozproszonego. Impulsy światła rozproszonego w kierunku osi 5 są chwytane przez odbiornik 4. Urządzenie sterujące 15ma część zasilającą w prąd 17, multiplekser 41 i generator impulsów 42, które wzajemnie ze sobą, a także ze źródłami światła 8,9,10,11,12, sąw sposób uwidoczniony połączone za pomocą przewodów.

Do urządzenia analizującego 16 należy mikroprocesor 43 oraz przetwornik analogowo-cyfrowy 44, któryjest połączony z odbiornikiem 4. Przewód danych 45 łączy multiplekser 41 zmikroprocesorem 43.

Za pomocą tego uniwersalnego przyrządu do pomiaru światła rozproszonego przy rozpraszaniu do przodu, jak również przy rozpraszaniu wstecznym, aby wykorzystać je do określania wielkości i rozkładu wielkości cząstek. Wykazane zakresy kijowe są odpowiednio wyposażone w dwa monochromatyczne źródła światła 8,9,10,11 lub 12. Źródła światła wysyłają promieniowanie świetlne o różnej długości fali. Aczkolwiek każdorazowo są przedstawione tylko dwa źródła światła, na przykład źródła światła 8, to przewidziane są również dalsze źródła światła 8, rozmieszczone symetrycznie promieniowo względem osi odcinka rury 13. Ośrodek nośny z cząsteczkami przepływa przez odcinek rury 13 w kierunku strzałki 14. Impulsy światła rozproszonego w kierunku osi 5 dostają się do odbiornika 4, którego pole widzenia jest ograniczone do obszaru bliskiego wokół osi odcinka rury 13. Generator impulsów 42, na rozkaz otrzymany z mikroprocesora 43 wysyła impuls, którego szerokość impulsowa określa każdorazowy czas trwania włączenia źródeł światła 8, 9, 10. 11 lub 12. Za pomocą multipleksera 41 mikroprocesor 43 wybiera te źródła światła, które w czasie trwania impulsu powinny być włączone. Włączane chwilowo źródła światła oświetlają cząstki 3 znajdujące się w centrum rozpraszania 2, które rozpraszają światło. Impulsy światła rozproszonego zostająprzez odbiornik 4 przetworzone na impulsy elektryczne, których szerokość jest określana przez moment włączania czasu trwania włączenia źródeł światła. Impulsy światła rozproszonego zostająwzmocnione za pomocą wzmacniacza. Wysokość impulsów jest miarą natężenia światła rozproszonego. Przetwornik A/D (analogowo-cyfrowy) 44 dostarcza wartość cyfrową wysokości impulsu do mikroprocesora 43. który jest równocześnie uformowany jako pamięć. W ten sposób mikroprocesor 43, podczas trwania jednego impulsu włącza równocześnie wszystkie źródła światła, które należą do tego samego zakresu kątowego, na przykład wszystkie źródła światła 8, lub wszystkie źródła światła 9.

Mogą być przy tym również wybrane takie źródła światła, które mają jednakową długość fali. Przy następnym impulsie mikroprocesor 43 włącza inne źródła światła tego samego zakresu kata rozpraszania o innych długościach fal, na przykład inne źródła światła 8. Podczas następnego kolejnego impulsu może nastąpić przełączenie ze źródła światła 8 na źródła światła 9, przy czym najpierw zostaje włączone ponownie kilka źródeł światła 9 z pierwszą długością fali, a potem inne źródła światła 9 z innymi długościami fali. Każdorazowo wysokości impulsów światła rozproszonego zostajązapamiętane. W jednej cyklicznej kolejności zapamiętuje więc mikroprocesor 43 impulsy światła rozproszonego danych źródeł światła, które są umieszczone pod danymi kątami. Gdy wszystkie źródła światła już zostały wykorzystane, wylicza on wielkość,

177 975 względnie rozkład wielkości cząstek, bazując na teorii rozpraszania światła i podaje wynik. Następnie cykliczna kolejność może się powtórzyć. Kolejność impulsów w cyklicznej kolejności jest bardzo duża w porównaniu z czasem przebywania cząstki w obszarze światła rozproszonego

2. Oznacza to, że z jednej cząstki 3 może zostać zbadane i zapamiętane wiele impulsów światła rozproszonego.

177 975

177 975

V J V--- J

I

38

Fi g. 6

177 975

m 975

9 1

Fig. 2

2*3 13 2 8 3 2' 14 3 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (9)

Zastrzeżenia patentowe

1. Fotometryczne urządzenie do wyznaczania parametrów zawiesiny cząstek stałych, unoszonych w strumieniu czynnika przepływającego, przez pomiar rozpraszania światła na cząstkach stałych, zawierające co najmniej jedno źródło światła skierowane na obszar światła rozproszonego, usytuowany centralnie w strumieniu czynnika przepływającego oraz odbiornik części światła rozproszonego powstającego w obszarze światła rozproszonego, wyposażone w wydłużoną komorę detekcyjną, stanowiącą przewód dla strumienia przepływającego czynnika, ograniczoną ściankami obudowy, przy czym wspomniane źródło światła jest umieszczone na ściance tej obudowy i jest skierowane na oś środkową komory detekcyjnej, a odbiornik części światła rozproszonego jest usytuowany współosiowo z osią komory detekcyjnej i połączony z układem analizującym, przy czym odbiornikowi przyporządkowany jest układ przesłon, ograniczający pole widzenia odbiornika do obszaru wokół osi środkowej komory detekcyjnej, znamienne tym, że obudowa (1) komory detekcyjnej ma postać odcinka rury (13), a obudowa (6) odbiornika (4), zawierająca układ przesłon, jest wydłużona i otoczona całkowicie przez obudowę (1) komory detekcyjnej.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że na ścianach obudowy (1) komory detekcyjnej znajduje się kilka źródeł światła (8,9,10,11,12) rozmieszczonych w odstępach względem siebie.

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że co najmniej dwa źródła światła (8,9,10, 11,12) sąskierowane pod różnymi kątami względem osi (5) komory detekcyjnej i odbiornika (4).

4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że co najmniej dwa źródła światła (8, 9,10,11,12 ) są skierowane na jeden wspólny obszar światła rozproszonego (2).

5. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3 albo 4, znamienne tym że co najmniej dwa źródła światła (9,10,11,12) są umieszczone przed i za obszarem światła rozproszonego (2).

6. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że co najmniej dwa źródła światła (8, 9,10,11,12), są monochromatyczne i emitują promieniowanie świetlne o różnych długościach fali.

7. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3 albo 4, znamienne tym, że źródła światła (8,9, 10, 11,12) są źródłami świetlnymi pulsującymi, połączonymi z urządzeniem sterującym (15).

8. Urządzenie według zastrz. 2 albo 6, znamienne tym, że źródła światła (8,9,10, l1,12) stanowią diody laserowe.

9. Urządzenie według zastrz. 2 albo 6, znamienne tym, że źródła światła (8,9,10,11,12) stanowią diody luminescencyjne.