RU1804608C

RU1804608C - Способ определени скорости и размеров частицы в движущейс среде

Info

Publication number: RU1804608C
Application number: SU914946914A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Бунин; Николай Викторович Морозов; Вадим Викторович Солодов
Original assignee: Мелитопольский Институт Механизации Сельского Хозяйства
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1993-03-23

Abstract

Сущность изобретени : освещающие когерентные световые пучки направл ют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси; формируют в направлении, перпендикул рном к оптической оси освещающих пучков, изображение зондируемой зоны; устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измер ют частоту и длительность времени возрастани амплитуды переменной составл ющей указанного электрического сигнала. Затем по частоте доплеровского сигнала определ ют скорость, а по длительности времени возрастани амплитуды сигнала - эффективный диаметр частицы. 1 ил. СО

Description

Изобретение относитс к контрольно- измерительной технике, предназначено дл определени скорости и размеров частиц в потоках жидкости или газа методами лазерной доплеровской аненометрии и может быть использовано в химической промышленности , в частности, при исследовании процессов электрофореза.

Цель изобретени - повышение чувствительности измерени скорости и расширение функциональных возможностей путем одновременного определени скорости и эффективного диаметра движущейс частицы.

Указанна цель достигаетс тем, что освещают зондируемую зону е исследуемой среде световыми когерентными пучками, регистрируют с помощью фотоприемника

рассе нное частицей световое излучение, выдел ют переменную составл ющую электрического сигнала, полученного при регистрации рассе нного светового излучени , причем световые пучки направл ют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси, формируют в направлении, перпендикул рном к оптической оси световых пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму, выполненную в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измер ют частоту и длительность времени возрастани амплитуды переменной составл ющей электрического сигнала, затем по частоте сигнала определ ют скорость, а по длительности времени возрастани амп00

о

N о о

00

со

литуды сигнала - эффективный диаметр частицы .

Предложенный способ обеспечивает повышение чувствительности измерени скорости и одновременное определение скорости и эффективного диаметра частицы в движущейс среде. Как известно, частота доплеровского сигнала v определ етс выражением

2 v

Г

si па/2,

(1)

где Я-длина волны используемого лазерного излучени ;

v - скорость частицы;

а- угол между оптическими ос ми освещающих пучков.

Тогда скорость частицы равна

2 sin а/2

V.

(2)

Существует минимальна величина регистрируемой доплеровской частоты сигнала , дл которой обеспечиваютс достаточные помехозащищенность измерений и отношение сигнал/шум. Поэтому максимальна чувствительность, необходима дл измерени скорости, например, при исследовании процессов электрофореза, возможна при ,В этом случае освещение исследуемой среды производитс пучками, направленными навстречу друг к другу, и при этом достигаетс максимальна чувствительность при измерении скорости:

v 2 v.

(3)

При формировании изображени зондируемой зоны в направлении,перпендикул рном к оптической оси освещающих пучков, и установке перед входным отверстием фотоприемника полевой диафрагмы, выполненной в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, врем возрастани амплитуды доплеровского сигнала определ етс следующим образом:

D

2v

(4)

где D - эффективный диаметр частицы;

v - скорость ее движени вдоль оптической оси освещающих пучков.

Поэтому, измерив врем t возрастани амплитуды переменной составл ющей электрического сигнала с фотоприемника и

его частоты v , можно определить эффективный диаметр частицы:

D 2vt Я v t

(5)

Таким образом, предложенный способ позвол ет повысить чувствительность измерени скорости и расширить функциональные возможности путем одновременного

определени скорости и эффективного диаметра частицы.

На чертеже представлена блок-схема устройства дл осуществлени предлагаемого способа.

Устройство содержит: источник 1 коге рентного излучени - лазер типа ЛГН-215, светоделитель 2; зеркала 3,4; линзы 5,6; объектив 8; полевую диафрагму 9 в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы; фотоприемник 10 (ФЭУ 84-5), выход которого электрически св зан с блоком регистрации 11.

Устройство работает следующим образом .

Исследуемую движущуюс среду 7, например чейку дл электрофореза, освещают при помощи источника когерентного излучени 1 (лазер типа ЛГН-215). Светоделитель 2, зеркала 3,4, и линзы 5,6 формируют два освещающих когерентных пучка, направленных навстречу друг к другу вдоль одной оптической оси. Объектив 8 формирует изображение зондируемой зоны с коэффициентом увеличени , равным 1, в

направлении, перпендикул рном к оптической оси освещающих пучков. Свет, рассе нный в указанном направлении, через полевую диафрагму 9 в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, регистрируетс фотоприемником 10 (ФЭУ 84-5). Электрический сигнал с выхода фотоприемника 10 подают на вход блока регистрации 11, с помощью которого выдел ют переменную составл ющую доплеровского сигнала, измер ют частоту V и длительность времени t возрастани амплитуды указанного доплеровского сигнала.

Затем определ ют скорость частицы,

направленную вдоль оптической оси освещающих пучков по формуле (3):

,

где Я 0,6328 мкм - длина волны используемого излучени гелий-неонового лазера ЛГН-215;

v - доплеровска частота переменной составл ющей электрического сигнала.

Эффективный диаметр частицы D определ етс по длительности времени возрастани амплитуды доплеровского сигнала с помощью формулы (5):

D Я v т..

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет одновременно измер ть скорость и эффективный диаметр частицы в движущейс среде, что расшир ет функциональные возможности предлагаемого способа измерений. Этим и определ етс эффективность использовани предлагаемого изобретени .

Claims

.Формула изобретени Способ определени скорости и размеров частицы в движущейс среде, заключающийс в том, что освещают зондируемую зону в исследуемой среде световыми когерентными пучками, регистрируют с помощью фотоприемника рассе нное частицей световое излучение, выдел ют

0

5

0

R

переменную составл ющую электрического сигнала, полученного при регистрации рассе нного светового излучени , отличаю щ и и с тем, что, с целью повышени чувствительности измерени скорости и расширени функциональных возможностей путем одновременного определени скорости и эффективного диаметра частицы , световые пучки направл ют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси, формируют в направлении, перпендикул рном к оптической оси световых пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму, выполненную в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измер ют частоту и длительность времени возрастани амплитуды переменной составл ющей электрического сигнала, затем по частоте сигнала определ ют скорость, а по длительности времени возрастани амплитуды сигнала определ ют эффективный диаметр частицы.