RU1800318C - Прибор дл определени размеров частиц - Google Patents
Прибор дл определени размеров частицInfo
- Publication number
- RU1800318C RU1800318C SU904883169A SU4883169A RU1800318C RU 1800318 C RU1800318 C RU 1800318C SU 904883169 A SU904883169 A SU 904883169A SU 4883169 A SU4883169 A SU 4883169A RU 1800318 C RU1800318 C RU 1800318C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- interferometers
- photodetectors
- outputs
- telescopic
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Сущность изобретени : прибор содержит две идентичные оптические схемы, кажда из которых состоит из последовательно расположенных лазера, отклон ющего зеркала , светоделител , коллиматора, двухлуче- вого интерферометра, в предметном плече которого установлена телескопическа система с узлом прокачки исследуемой среды, в опорном - телескопическа система с компенсатором , а его выходы объединены через две диафрагмы, два зеркала, пр моугольную отражательную призму и приемный объектив на один фотоприемник, который через регулируемый усилитель и фильтр подключен к общему двухвходовому анализатору, дополнительно два фотоприемника, оптически со- пр женных со светоделител ми и соединенных с управл ющими входами регулируемых усилителей, причем телескопические системы в предметных плечах обоих интерферометров перпендикул рны и имеют общий узел прокачки, а интерферометры выполнены по схеме Маха-Цендера. 3 ил. on С
Description
Изобретение относитс к оптическому приборостроению, в частности к оборудованию автоматизированного измерени размеров частиц, и может быть использовано дл оценки качества и эффективности р да технологических процессов, осуществление которых св зано с использованием чистых жидких или газообразных сред.
Цель изобретени - повышение точности измерени .
Поставленна цель достигаетс тем, что в прибор дл определени размеров частиц, содержащий последовательно расположенные и оптически сопр женные лазер, коллиматор , двухлучевой интерферометр, в предметном плече которого установлена телескопическа система с узлом прокачки исследуемой среды в общей фокальной
плоскости ее объективов, и фотоприемник, фильтр, подключенный к его выходу анализатор , введены последовательно расположенные и оптически сопр женные второй лазер, второй коллиматор, второй двухлучевой интерферометр с телескопической системой в предметном плече, установленна перпендикул рно первой так, что узел прокачки исследуемой среды расположен также в общей фокальной плоскости объективов второй системы, второй фотоприемник , второй фильтр, подключенный ко второму входу анализатора, оба интерферометра выполнены по схеме Маха-Цендера, в опорные плечи интерферометров введены телескопические системы с компенсаторами , установленными в общих фокальных плоскост х образующих эти системы объек00 О О
со
00
тивов, на обоих выходах каждого интерферометра установлены диафрагмы и их выходы оптически сопр жены с чувствительными площадками соответственно первого и второго фотоприемников, выходы которых подключены соответственно к первому и второму фильтрам через управл емые усилители, управл ющие выходы которых соединены с выходами дополнительно введенных третьего и четвертого фотоприемников, оптически св занных через светоделители соответственно с первым и вторым лазерами.
Введение в прибор дл определени размеров частиц новых элементов с их взаимосв з ми позволило повысить точность измерений. Точность повышена за счет следующих факторов. В предложенном приборе более четко определены границы измерительной зоны, образованной перпендикул рным пересечением сфокусированных световых потоков, и выбираетс наибольший из сигналов, полученных от каждого из пересекающихс пучков. В приборе в телескопических системах используютс объективы с равными фокусными рассто ни ми, что обеспечивает равенство интенсивностей опорных и предметных пучков и получение действительно темных интерференционных полос, а так как щели диафрагмы расположены напротив темных интерференционных полос, фотоприемники в отсутствии частиц не освещены,, в св зи с чем значительно уменьшены на выходах фотоприемников шумы лазера и дробовые шумы . В опбрные плечи интерферометров введены телескопические системы, идентичные системам в предметных плечах, что обеспечивает совмещение идентичных световых пучков и, следовательно, существенное уменьшение фоновой составл ющей. Объединение выходов каждого интерферометра на один фотоприемник позволило удвоить уровень полезного сигнала. Фотоприемники в приборе регистрируют сигналы, каждый из которых представл ет собой сумму инвертированного импульса ослаблени , импульса рассе ни в направлении распространени освещаемого потока и импульса рассе ни в направлении , перпендикул рном направлению распространени освещающего светового пучка. Это позвол ет существенно увеличить амплитуду сигналов от частиц (и как следствие, - отношение сигнал/шум) и уменьшить вли ние на них показател преломлени частиц или их материала (амплитуда сигналов ослаблени практически не зависит от материала частиц, а регистраци сигналов рассе ни одновременно в двух
направлени х усредн ет такую зависимость дл них).
На фиг.1 приведена схема прибора дл определени размеров частиц, на фиг.2 образование в приборе измерительной зоны; на фиг.З - распределение интенсивностей в пересекающихс сфокусированных световых пучках.
Прибор дл определени размеров час0 тиц содержит два лазера 1 и 2, отклон ющие зеркала 3 и 4, светоделители 5 и 6, фотоприемники 7-10, коллиматоры 11 и 12, два интерферометра Маха-Цендера 13 и 14, в предметных плечах которых установлены
5 телескопические системы 15 и 16, имеющие общийузел 17 прокачки исследуемой среды, а в опорных плечах - телескопические системы 18 и 19 с компенсаторами 20 и21, диафрагмы 22-25, зеркала 26-29, пр моугольные
0 отражательные призмы 30 и 31, приемные объективы 32 и 33, регулируемые усилители 34 и 35, фильтры 36 и 37, анализатор 38. Каждый интерферометр включает полупрозрачные зеркала 39-42, а также - зеркала
5 43-46. Телескопические системы 15, 16, 18 и 19 состо т соответственно из объективов 47 и 48, 49 и 50, 51 и 52, 53 и 54.
Лазер 1, отклон ющее зеркало 3, светоделитель 5,коллиматор 11 и интерферометр
0 14 расположены последовательно и оптически св заны. Лазер 2, отклон ющее зеркало 4, светоделитель 6, коллиматор 12 и интерферометр 13 также последовательно расположены и оптически св заны.
5 Интерферометры выполнены по схеме Маха-Цендера и образованы каждый из них соответственно полупрозрачными зеркалами 39, 40 и 41, 42 и зеркалами 43, 44 и 45, 46. В каждом предметном плече интерферо0 метров 13 и 14 расположены телескопические .системы 15 и 16, оптические оси которых взаимно перпендикул рны, а в месте пересечени этих осей, где расположен общий фокус всех четырех объективов ука5 занных систем, установлен узел 17 прокачки исследуемой среды. В опорных плечах интерферометров помещены телескопические системы 18 и 19 с компенсатора 20 и 21 в общих фокальных плоскост х их объекти0 BOB. Выходы интерферометра 13 объединены через две диафрагмы 22, 23, два зеркала 26, 27, пр моугольную отражательную призму 30 и приемный объектив 32 на один фотоприемник 9. Выходы интерферометра 14
5 объединены через две диафрагмы 24, 25, два зеркала 28, 29, пр моугольную отражательную призму 31 и приемный объектив 33 на фотоприемник 10. Фотоприемники 7 и 8 оптически сопр жены соответственно со светоделител ми 5 и 6. К выходам фотоприемников 9 и 10 подключены регулируемые усилители 34 и 35, управл ющие входы которых соединены с выходами фотоприемников 7 и 8. выходы регулируемых усилителей 34 и 35 св заны через фильтры 36 и 37 с анализатором 38. Объективы всех телескопических систем имеют равные фокусные рассто ни и расположены на двойном фокусном рассто нии друг от друга. Компенсаторы в телескопических системах, размещенных в опорных плечах интерферометров , имеют размеры в сечении, равные размерам узла прокачки исследуемой среды .
В приборе дл определени размеров частиц используютс лазеры типа ЛГ-79-1, е качестве фотоприемников 7 и 8 применены фотодиоды ФД256, а фотоприемников 9 и 10 - фотоумножители ФЭУ -.69. Коллиматоры увеличивают сечение потока в четыре раза. Фокусные рассто ни объективов телескопических систем равны 16 мм, а приемных объективов - 30 мм, Регулируемые усилители построены по схеме с управлением коэффициентом передачи напр жением, обратно пропорциональным мощности лазерного излучени , а фильтры - по схеме полосовых усилителей. Анализатор выполнен в виде двухканального преобразовател амплитуда-код, блока буферных регистров, интерфейса и ППЭВМ типа ЕС 1841.
Прибор дл определени размеров частиц работает следующим образом.
Излучение от лазеров 1 и 2 направл етс отклон ющими зеркалами 3 и 4 на светоделители .5 и 6. Прошедшие светоделители 5 и 6 световые пучки попадают в коллиматоры 11 и 12, которые расшир ют их. Отклоненные светоделител ми пучки, интенсивность которых значительно меньше .прошедших пучков (единицы процентов ), регистрируютс фотоприемниками 7 и 8. Эти фотоприемники служат дл регистрации изменений мощности лазеров. Электрические сигналы с них подаютс на управл ющие входы регулируемых усилителей 34 и 35.
Расширенные коллиматорами световые потоки направл ютс в два интерферометра 13 и 14 типа Маха-Цендера. В каждом интерферометре излучение делитс полупрозрачными зеркалами 39 и 41 на два равных по интенсивности потока, одни из которых зеркалами 43 и 45 направл ютс в предметные плечи соответствующих интерферометров , где помещены телескопические системы 15 и 16. Объектив 47 телескопической системы 15 и объектив 49 телескопической системы 16 фокусируют
световые потоки в узел 17 прокачки исследуемой среды, через который она прокачиваетс с посто нной скоростью.
Оси сфокусированных лучей в узле прокачки пересекаютс под пр мым углом и пучки образуют освещенную зону, вид которой показан на фиг.2. В освещенной зоне есть общий объем дл обоих пересекающихс потоков, используемый в качестве изме0 рительной зоны, при прохождении которой частицы регистрируютс . В св зи с тем, что длина перет жки сфокусированных потоков значительно превышает ее диаметр, формируетс измерительна зона, сечение кото5 рой имеет форму, близкую к квадрату с почти четкими границами. Интенсивность вдоль любой оптической оси распределена значительно более равномерно, чем поперек ее (фиг.З). Так как оптические оси фоку0 сирующих объективов перпендикул рны, в измерительной зоне в каждом направлении есть два распределени интенсивностей пересекающихс пучков и выбор наибольшего из любых двух сигналов, полученных при
5 взаимодействии обоих потоков с частицей, позвол ет получать наиболее достоверные сигналы. При этом происходит выбор потока , имеющего по траектории движени час- тицы наибольшую интенсивность, и
0 получение измерительной зоны с наиболее равномерной освещенностью. Потоки в измерительной зоне не интерферируют, так как они не когерентны вследствие использовани двух лазеров в приборе.
5 Излучение, прошедшее узел прокачки, собираетс объективом 48 телескопической системы 15 и объективом 50 телескопической системы 16. выход щие из телескопических систем световые пучки параллельны
0 и имеют сечени , равные сечени м входных пучков, но пространственно обернутые. Вторые пучки, полученные после делени полупрозрачными зеркалами 39 и 41, используютс как опорные. В опорных плечах
5 интерферометров помещены телескопические системы 18 и 19 с компенсаторами 20 и 21. Назначение этих телескопических систем состоит в получении опорных потоков, пространственно обернутых таким обра0 зом, как и предметные потоки. Компенсаторы позвол ют выравн ть оптические пути предметных и опорных потоков, а также исключить регистрацию частиц, которые могли бы попасть из окружающей среды в
5 сфокусированное излучение объективами 51 и 53 телескопических систем 18 и 19. Предметные и опорные пучки в каждом интерферометре совмещаютс при помощи зеркал 44, 46 и полупрозрачных зеркал 40. 42. Интерферометры юстируютс таким образом , что на их выходах получают наиболее широкие интерференционные полосы. Щели диафрагм 22-25 расположены напротив темных интерференционных полос, где интенсивность близка к нулю.
При попадании частицы, наход щейс в прокачиваемой исследуемой среде, в измерительную зону, образованную пересечением перет жек сфокусированных потоков, уменьшаетс интенсивность предметных пучков интерферометров, т.е. они ослабл ютс . Это приводит к нарушению равенства интерферирующих потоков и, как следствие , к по влению засветки на темных интерференционных полосах. Формирующиес при этом за щел ми диафрагм 22-25 световые сигналы есть не что иное, как инвертированные сигналы ослаблени . Они имеют положительную пол рность относительно нулевого уровн . На эти сигналы накладываютс (или суммируютс ) сигналы рассе ни , имеющие такую же пол рность. Суммируютс с сигналами ослаблени два вида сигналов рассе ни : рассе ние вперед и рассе ние под углом 90°. Сигналы рассе ни вперед распростран ютс совместно с прошедшим узел прокачки излучением и образуютс от взаимодействи с частицей потока в интерферометре, на выходе которого получают эти сигналы. Сигналы рассе ни под углом 90° образуютс от взаимодействи с частицей излучени из другого интерферометра по отношению к тому, на выходе которого они регистрируютс . Таким образом , за каждой диафрагмой формируютс суммарные световые сигналы. Амплитуда этих сигналов наименее подвержена флук- туаци м из-за различи материала частиц, так как методу ослаблени присуща сравнительно слаба зависимость сигнала от материала частиц в широком интервале показателей преломлени , а суммируемые сигналы рассе ни регистрируютс в двух перпендикул рных направлени х, что позвол ет проводить их усреднение.
Сигналы с двух выходов каждого интерферометра суммируютс на фотоприемниках 9 и 10 при помощи зеркал 25-29, пр моугольных отражательных призм 30, 31 и приемных объективов 32, 33. Суммарные сигналы имеют в два раза большую амплитуду. Они посредством фотоприемников преобразовываютс в электрические. Электрические сигналы формируютс при попадании частиц в освещенную зону крестообразного вида. При этом по вление сигналов одновременно с обоих фотоприемников свидетельствует о прохождении частицей измерительной зоны, представл ющей общий участок двух пересекающихс потоков освещенной зоны
(фиг.2), Если частица попадает в один из потоков освещенной зоны, сигнал формируетс на выходе только одного из фотоприемников . Одновременное формирование
сигналов с двух фотоприемников не означает равенство их амплитуд. Амплитуды сигна- лов равны при попадании частицы одновременно в два сфокусированных потока , причем в участки с одинаковой интенсив0 ностью. Если частица попадает одновременно в два потока, но в участки с разной интенсивностью, формируютс одновременно два сигнала с разной амплитудой . Задава допуск на различие амплитуд
5 двух сигналов, можно фиксировать границы измерительной зоны, а мен его, регулировать размеры этой зоны. В качестве анализируемого сигнала при этом выбираетс сигнал с большей амплитудой, так как он
0 наиболее полно отражает размер частицы по причине получени его от участка светового потока с большей интенсивностью.
Электрические сигналы с фотоприемников 9 и 10 подаютс на регулируемые усили5 тели 34 и 35. Коэффициент усилени этих усилителей мен етс в зависимости от величины напр жений, подаваемых на их управл ющие входы с выходов фотоприемников 7 и 8. При помощи усилителей осуществл ет0 с подстройка амплитуд сигналов при изменени х мощности лазеров и тем самым i исключаютс св занные с этим погрешности . С выходами усилителей св заны фильтры 36 и 37, которые за счет фильтрации
5 сигналов дают возможность повысить отно; шение сигнал/шум. Сигналы с выходов фильтров поступают в анализатор 38. В анализаторе сигналы оцифровываютс и их коды через буферные регистры пам ти и
0 интерфейс передаютс в персональную ЭВМ .(анализатор выполнен на базе анало- го-цифрового преобразовател , буферных регистров пам ти, интерфейса и персональной ЭВМ). В ЭВМ коды обоих сигналов срав5 ниваютс в пределах заданного допуска и если различие допустимо, выбираетс наибольший из кодов, который и подлежит дальнейшему анализу. Далее определ етс соответствие кода линейному размеру час0 тицы в микрометрах и отнесение его к соответствующему диапазону искомого распределени размеров частиц. При прохождении новой частицей измерительной зоны операции с сигналами в анализаторе
5 повтор ютс . Анализатор работает в течение интервала времени, задаваемого при помощи внутреннего таймера ЭВМ, что позвол ет определ ть концентрацию частиц в определенном объеме исследуемой среды, прокачиваемой через узел прокачки с посто нной скоростью. Анализатор не обрабатывает сигналы, различие амплитуд которых превышает заданный допуск. Величина допуска задаетс программным путем в ЭВМ анализатора и может мен тьс , что позвол ет регулировать размеры измерительной зо- ны. Т.е. измерительна зона в приборе формируетс за счет пересечени перет жек сфокусированных световых потоков и задани допуска на различие сигналов. Анализатор может быть организован и иным образом без персональной ЭВМ, но выполн емые им операции не измен тс .
Предлагаемый прибор дл определени размеров частиц имеет более высокую точность измерений по сравнению с известными . В приборе измерительна зона образуетс за счет получени участка пересечени перет жек сфокусированных световых пучков, фиксаци границ этого участка заданием допуска на различие амплитуд сигналов , получаемых на выходах двух интерферометров, и выбора наибольшего из них, что обеспечивает формирование наиболее равномерно освещенной измерительной зоны и существенное уменьшение св занных с этим погрешностей. Так как в интерферометрах совмещаютс равные по интенсивности и одинаково пространственно обернутые потоки, а щели диафрагм расположены напротив темных интерференционных полос, фотоприемники в отсутствии сигналов не освещены , что обеспечивает снижение уровн дробовых шумов и шумов лазеров, величина которых зависит от величины падающего на фотоприемник потока. Каждый фотоприемник регистрирует сигналы с двух выходов интерферометров , что дает удвоение амплитуды сигналов. Кроме этого, амплитуда каждого сигнала представл ет собой сумму амплитуд сигналов: инвертированного ослаблени и двух рассе ни в перпендикул рных направлени х , что также увеличивает амплитуду регистрируемых сигналов и уменьшает вли ние на них природы частиц.
Преимуществами прибора дл определени размеров частиц вл ютс также возможности регулировки размеров измерительной
зоны путем изменени допуска на различие сигналов с двух интерферометров (это позвол ет уменьшать измерительную зону и определ ть высокие концентрации частиц) и
реализации его конструкции без особых трудностей.
Прибор дл определени размеров частиц может найти широкое применение при контроле жидких и газообразных сред.
Claims (1)
1.Й1
/3
,
i,i,
, ;.,,. -
-Щ|ИгЪ
- I : i fi I - X 4 .Jw
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904883169A RU1800318C (ru) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | Прибор дл определени размеров частиц |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904883169A RU1800318C (ru) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | Прибор дл определени размеров частиц |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1800318C true RU1800318C (ru) | 1993-03-07 |
Family
ID=21545600
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904883169A RU1800318C (ru) | 1990-11-20 | 1990-11-20 | Прибор дл определени размеров частиц |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1800318C (ru) |
-
1990
- 1990-11-20 RU SU904883169A patent/RU1800318C/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1173263, кл. G 01 N 15/02,1985. Бел ев С.П. и др. Оптико-электронные методы излучени аэрозолей. - М: Энерго- издат, 1981, с.111-113. Патент US № 4477197, НКИ 356/335, 1984. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0701707B1 (en) | Laser diffraction particle sizing apparatus and method | |
US5101113A (en) | Ensemble scattering particle sizing system with axial spatial resolution | |
JPH03505130A (ja) | 粒子寸法分析方法および装置 | |
US3966324A (en) | Laser doppler anemometer | |
US4705367A (en) | Variable focal length optical system having a constant diameter focal spot | |
US4910395A (en) | Optical tracking sensor including a three-sided prismatic light splitter | |
RU1800318C (ru) | Прибор дл определени размеров частиц | |
US4125778A (en) | Apparatus for laser anemometry | |
US5048958A (en) | Self-focusing optical system for spectrophotometric measurements and the like, with optical fiber sensors | |
SU1397732A1 (ru) | Устройство дл измерени тонких стенок стекл нных труб | |
RU2006809C1 (ru) | Способ измерения коэффициента пропускания объектива | |
SU1241062A1 (ru) | Лазерный измеритель линейных перемещений поверхности | |
JPH0614008B2 (ja) | 粒子解析装置 | |
SU1157349A2 (ru) | Устройство дл контрол оптических световозвращателей | |
SU1388708A1 (ru) | Способ измерени геометрических размеров объекта и устройство дл его осуществлени | |
RU1793208C (ru) | Устройство дл контрол металлизированных отверстий печатных плат | |
RU2042165C1 (ru) | Зеркальная телескопическая насадка для лазерного приемно-передающего устройства | |
SU914942A1 (ru) | Фотометр рассеянного света 1 | |
SU1693467A1 (ru) | Оптический анализатор дисперсного состава двухфазного потока | |
SU1352202A1 (ru) | Устройство дл контрол шероховатости поверхности | |
RU1768967C (ru) | Устройство дл контрол шероховатости поверхности | |
RU2202814C1 (ru) | Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов | |
SU882322A1 (ru) | Лазерный доплеровский микроскоп | |
RU2002215C1 (ru) | Измеритель оптических потерь | |
RU2196299C2 (ru) | Устройство измерения характеристик прозрачных неоднородностей |