RU2460988C1 - Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) - Google Patents
Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460988C1 RU2460988C1 RU2011122219/28A RU2011122219A RU2460988C1 RU 2460988 C1 RU2460988 C1 RU 2460988C1 RU 2011122219/28 A RU2011122219/28 A RU 2011122219/28A RU 2011122219 A RU2011122219 A RU 2011122219A RU 2460988 C1 RU2460988 C1 RU 2460988C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- lens
- scattered
- radiation
- laser
- parallel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам и устройствам для измерения и предназначено для измерения распределения по размерам частиц, находящихся во взвешенном состоянии в жидкости или газе, а именно для оперативного технологического контроля размеров различных нанопорошков при их производстве, в частности в химической и пищевой промышленности, в фармакологии, биологии и медицине.The invention relates to methods and devices for measuring and is intended to measure the size distribution of particles in suspension in a liquid or gas, namely for operational technological control of the sizes of various nanopowders in their production, in particular in the chemical and food industries, in pharmacology, biology and medicine.
В современных способах и устройствах для измерения распределения по размерам частиц используется классическая схема фотонного корреляционного спектрометра (спектрометра динамического рассеяния света или лазерного корреляционного спектрометра), при котором выходной пучок лазера линзой фокусируют в кювете с раствором, в котором находятся частицы, совершающие броуновское движение. Узкий пучок света, рассеянного на некоторый угол, собирается приемной оптикой и подается на фотодетектор, работающий в режиме счета фотонов. Сигнал с детектора в виде последовательности цифровых импульсов поступает на коррелятор, который определяет корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения. С выхода коррелятора корреляционная функция передается в компьютер, который в результате ее обработки определяет распределение частиц по размерам. В современных приборах наиболее часто регистрируется излучение, рассеянное на угол 90°, а раствор с частицами помещается в стандартную оптическую прямоугольную кювету сечением 12 мм ×12 мм, широко используемую в различных оптических приборах. Когда пучок лазера фокусируется в центре такой кюветы, измерение размеров частиц при их высокой концентрации становится затруднительным или даже невозможным из-за влияния многократного рассеяния излучения, так как рассеянный свет проходит в растворе большой путь, примерно 5 мм. В присутствии многократного рассеяния измерения дают заниженный (иногда в несколько раз) диаметр частиц и более широкое распределение их по размерам. Если, кроме того, раствор сильно поглощает излучение лазера, интенсивность рассеянного света ослабляется, что существенно затрудняет его детектирование. В значительной степени влияние многократного рассеяния и поглощения может быть уменьшено применением специальных кювет, в которые помещается очень малый объем раствора - всего несколько микролитров, или регистрацией излучения, рассеянного на угол, близкий к 180°, то есть почти обратно рассеянного.In modern methods and devices for measuring the particle size distribution, the classical scheme of a photon correlation spectrometer (dynamic light scattering spectrometer or laser correlation spectrometer) is used, in which the laser output beam is focused with a lens in a cuvette with a solution in which particles performing Brownian motion are located. A narrow beam of light scattered by a certain angle is collected by the receiving optics and fed to a photodetector operating in the photon counting mode. The signal from the detector in the form of a sequence of digital pulses is fed to the correlator, which determines the correlation function of the fluctuation in the intensity of the scattered radiation. From the output of the correlator, the correlation function is transferred to a computer, which, as a result of its processing, determines the particle size distribution. In modern instruments, radiation scattered through an angle of 90 ° is most often detected, and a solution with particles is placed in a standard rectangular rectangular cell with a cross section of 12 mm × 12 mm, which is widely used in various optical instruments. When the laser beam is focused at the center of such a cuvette, measuring the particle size at their high concentration becomes difficult or even impossible due to the influence of multiple scattering of radiation, since the scattered light travels a large distance in the solution, approximately 5 mm. In the presence of multiple scattering, the measurements give an underestimated (sometimes several times) particle diameter and a wider size distribution. If, in addition, the solution strongly absorbs laser radiation, the intensity of the scattered light is attenuated, which significantly complicates its detection. To a large extent, the effect of multiple scattering and absorption can be reduced by using special cuvettes in which a very small volume of the solution is placed - only a few microliters, or by recording radiation scattered at an angle close to 180 °, i.e. almost backscattered.
Известен прибор для измерения распределения частиц по размерам с углом рассеяния 90°, в котором применяется специальная кювета объемом 2 мкл, в которой рассеянный свет проходит расстояние примерно 0,5 мм, благодаря этому становится возможным проводить измерения при больших концентрациях частиц [Zetasizer µV - проспект фирмы Malvern Instruments Corporation, 2011 г., стр.8, www.malvern.com].A known device for measuring the distribution of particle sizes with a scattering angle of 90 °, which uses a special cuvette with a volume of 2 μl, in which the scattered light travels a distance of about 0.5 mm, making it possible to measure at high concentrations of particles [Zetasizer µV - prospectus Malvern Instruments Corporation, 2011, p. 8, www.malvern.com].
Известен прибор измерения распределения частиц по размерам, в котором объем кюветы, с таким же углом рассеяния - 90°, составляет примерно 2,5 мкл [NanoDLS - проспект фирмы Brookhaven Instruments Corporation, 2011 г., стр.2, www.bic.com]. Очень малый объем кюветы является весьма полезным свойством прибора, однако использовать эту же кювету для определения каких-либо иных параметров раствора в других оптических приборах, в которых предусмотрено применение именно стандартной оптической кюветы, не всегда оказывается возможным.A known device for measuring particle size distribution in which the volume of the cuvette with the same scattering angle of 90 ° is about 2.5 μl [NanoDLS - Brookhaven Instruments Corporation prospectus, 2011, p. 2, www.bic.com ]. A very small volume of the cuvette is a very useful property of the device, however, it is not always possible to use the same cuvette to determine any other solution parameters in other optical devices, in which it is intended to use a standard optical cuvette.
Рассеивающий объем определяется пересечением сфокусированного лазерного пучка и апертурой приемной оптики. При угле рассеяния 90° рассеивающий объем имеет минимальную величину, поэтому число рассеивающих частиц в этом объеме при низкой их концентрации может оказаться недостаточным для того, чтобы провести надежные измерения. Таким образом, применение специальных кювет с малым объемом и детектирование излучения, рассеянного на 90°, дает возможность определять размеры частиц при их высоких концентрациях, но не позволяет проводить измерения при низких концентрациях.The scattering volume is determined by the intersection of the focused laser beam and the aperture of the receiving optics. At a scattering angle of 90 °, the scattering volume is minimal, therefore, the number of scattering particles in this volume at a low concentration may not be sufficient to make reliable measurements. Thus, the use of special cuvettes with a small volume and the detection of radiation scattered through 90 ° makes it possible to determine the particle sizes at their high concentrations, but does not allow measurements at low concentrations.
Известен способ измерения распределения частиц по размерам, в котором использованы оптические световоды (один или несколько) для ввода излучения в жидкость, сбора рассеянного излучения и транспортировки его к фотодетектору, причем конструктивно световоды выполнены в виде щупа-зонда, который помещается непосредственно в исследуемую жидкость (см. патент РФ 2351912, МПК8 G01N 15/02, 2009 г.).A known method of measuring the particle size distribution, in which optical fibers (one or several) are used to introduce radiation into a liquid, collect scattered radiation and transport it to a photodetector, the fibers being structurally made in the form of a probe probe, which is placed directly in the test liquid ( see RF patent 2351912, IPC8 G01N 15/02, 2009).
В приборах с подобными щупами детектируется обратно рассеянное излучение, то есть рассеянное на угол 175-180°. Эти так называемые инвазивные способы не требуют специальных оптических кювет - щуп помещается в любую емкость, могут применяться для измерений в жидкостях с высокими концентрациями частиц и большим поглощением, но при низких концентрациях частиц их возможности ограничены. Эти ограничения связаны с тем, что интенсивность лазерного излучения, обратноотраженного и обратнорассеянного выходным концом оптического волокна, может в несколько раз превышать интенсивность света, рассеянного раствором, вследствие чего существенно искажаются результаты измерений. Тщательная полировка выходного конца волокна лишь ослабляет влияние обратного отражения и рассеяния, но не способна устранить его полностью. Кроме того, эти приборы обладают еще одним недостатком - при работе на поверхности щупа образуется пленка, которая искажает результаты измерений вследствие обратного рассеяния излучения, трудно поддается контролю и сокращает срок службы щупа.In devices with similar probes, backscattered radiation is detected, that is, scattered by an angle of 175-180 °. These so-called invasive methods do not require special optical cuvettes - the probe is placed in any container and can be used for measurements in liquids with high particle concentrations and high absorption, but at low particle concentrations their capabilities are limited. These limitations are due to the fact that the intensity of laser radiation reflected back and backscattered by the output end of the optical fiber can be several times higher than the intensity of light scattered by the solution, as a result of which the measurement results are significantly distorted. Careful polishing of the output end of the fiber only weakens the effect of back reflection and scattering, but is not able to completely eliminate it. In addition, these devices have another drawback - when working on the surface of the probe, a film is formed that distorts the measurement results due to backscattering of radiation, is difficult to control and shortens the life of the probe.
Известны способ и устройства измерения распределения частиц по размерам в широком диапазоне концентраций с обеспечением регистрации излучения, рассеянного на угол, близкий к 180° [Руководство пользователя прибора Zetasizer Nano, издание Malvern Instruments, 2007, стр.14-7, 14-8, www.malvern.com]. В упомянутом приборе выходной пучок лазера фокусируется линзой внутри кюветы с раствором и рассеивается частицами, причем ось пучка совпадает с оптической осью линзы и направлена перпендикулярно стенке кюветы. Рассеянный свет выходит из кюветы под углом 7° к оптической оси линзы, проходит через эту же линзу и попадает на детектор, работающий в режиме счета фотонов. Для кюветы, заполненной водным раствором (показатель преломления воды равен 1,33), угол рассеяния света составляет 175°. Расстояние от фокальной точки линзы (центра рассеивающего объема) до стенки кюветы изменяется перемещением линзы вдоль ее оптической оси, поэтому детектируемый рассеянный свет может проходить очень короткий путь в растворе (в зависимости от положения фокальной точки) и, следовательно, будет менее подвержен влиянию поглощения и многократного рассеяния. Это дает возможность значительно увеличить максимальную концентрацию частиц в растворе.A known method and device for measuring particle size distribution in a wide concentration range with the registration of radiation scattered through an angle close to 180 ° [Zetasizer Nano User Manual, Malvern Instruments, 2007, pp. 14-7, 14-8, www .malvern.com]. In the said instrument, the output laser beam is focused by the lens inside the cell with the solution and scattered by particles, the beam axis coinciding with the optical axis of the lens and directed perpendicular to the cell wall. The scattered light exits the cuvette at an angle of 7 ° to the optical axis of the lens, passes through the same lens, and enters the detector operating in the photon counting mode. For a cuvette filled with an aqueous solution (the refractive index of water is 1.33), the angle of light scattering is 175 °. The distance from the focal point of the lens (center of the scattering volume) to the cell wall changes by moving the lens along its optical axis, so the detected scattered light can travel a very short distance in the solution (depending on the position of the focal point) and, therefore, will be less affected by absorption and multiple scattering. This makes it possible to significantly increase the maximum concentration of particles in the solution.
Кроме того, при детектировании обратно рассеянного излучения рассеивающий объем будет значительно больше, чем при измерениях с углом рассеяния 90°. Это оказывается очень полезным при измерении размеров частиц, находящихся в растворе в малых концентрациях, так как при угле рассеяния 175° рассеивающий объем примерно в 10 раз превышает рассеивающий объем при угле рассеяния 90°, поэтому количество рассеивающих частиц в первом случае будет в 10 раз больше, чем во втором, что приводит к увеличению чувствительности прибора в 10 раз.In addition, when detecting backscattered radiation, the scattering volume will be much larger than when measuring with a scattering angle of 90 °. This turns out to be very useful when measuring the sizes of particles in solution in low concentrations, since at a scattering angle of 175 ° the scattering volume is about 10 times larger than the scattering volume at a scattering angle of 90 °, so the number of scattering particles in the first case will be 10 times larger than in the second, which leads to an increase in the sensitivity of the device by 10 times.
Таким образом, применение угла рассеяния, близкого к 180°, и изменение расстояния от точки фокусировки лазерного пучка до стенки кюветы позволяют значительно расширить пределы концентраций частиц в растворе как в сторону их увеличения, так и в сторону уменьшения.Thus, the use of a scattering angle close to 180 ° and a change in the distance from the focusing point of the laser beam to the wall of the cuvette can significantly expand the limits of particle concentrations in the solution both in the direction of their increase and decrease.
Тем не менее, эта схема обладает одним недостатком. Так как ось лазерного пучка совпадает с оптической осью линзы и направлена перпендикулярно стенке кюветы, то падающий свет после отражения от стенки может попасть в резонатор лазера. Это приводит к значительному увеличению уровня шумов лазера, которые искажают результаты измерений. Влияние обратно отраженного (или даже обратно рассеянного) излучения на уровень шумов лазера определяется прежде всего коэффициентом пропускания его выходного зеркала. Гелий-неоновые лазеры, имеющие выходные зеркала с пропусканием несколько десятых долей процента, мало подвержены возмущению обратно рассеянным или обратно отраженным излучением, тогда как полупроводниковые лазеры с коэффициентом пропускания выходных зеркал в десятки процентов чрезвычайно чувствительны к обратно рассеянному (и тем более, к обратно отраженному) свету [Тучин В.В. Флуктуации в инжекционных полупроводниковых лазерах, «Обзоры по электронной технике. Серия 11, Лазерная техника и оптоэлектроника». - М., ЦНИИ «Электроника», 1986 г., в. 8 (1212), 56 с., стр.28-37; Окоси Т и др. Волоконно-оптические датчики. Пер. с яп. Л., «Энергоатомиздат», 1990 г.. - 256 стр., стр.86-90]. Для уменьшения влияния обратно рассеянного или обратно отраженного света на лазер применяют специальные меры, например, наклон отражающей поверхности на небольшой угол (если это возможно), нанесение просветляющих покрытий, уменьшающих коэффициент отражения поверхности, использование оптических затворов, пропускающих свет только в одном направлении.However, this scheme has one drawback. Since the axis of the laser beam coincides with the optical axis of the lens and is directed perpendicular to the wall of the cuvette, the incident light after reflection from the wall can enter the laser cavity. This leads to a significant increase in the level of laser noise, which distort the measurement results. The effect of back-reflected (or even back-scattered) radiation on the noise level of a laser is determined primarily by the transmittance of its output mirror. Helium-neon lasers having output mirrors with a transmission of a few tenths of a percent are little susceptible to perturbation by backscattered or backward reflected radiation, while semiconductor lasers with a transmission coefficient of output mirrors of tens percent are extremely sensitive to backscattered ) light [Tuchin V.V. Fluctuations in injection semiconductor lasers, “Reviews on electronic technology.
Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству, изготовленному для реализации способа по совокупности существенных признаков, является способ измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций и устройства измерения распределения частиц по размерам в широком диапазоне концентраций [патент US 6016195, МПК7, G01N 21/00, 2000 г.].Closest to the proposed method and device manufactured to implement the method according to the set of essential features is a method for measuring particle size distribution in an extended concentration range and a device for measuring particle size distribution in a wide concentration range [patent US 6016195, IPC7, G01N 21/00 , 2000].
Известный способ измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, включающий фокусировку линзой лазерного пучка в кювете, содержащей жидкость с взвешенными частицами, рассеяние сфокусированного лазерного пучка взвешенными частицами, преобразование линзой света, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, выделение из параллельного пучка рассеянного излучения узкого пучка света, соответствующего пучку с углом рассеяния, близким к 180°, и регистрацию выделенного пучка фотодетектором.A known method for measuring the size distribution of particles in an extended concentration range, including focusing a laser beam by a lens in a cuvette containing a liquid with suspended particles, scattering a focused laser beam by suspended particles, converting the light scattered by the suspended particles into a parallel beam by the lens, and extracting the scattered light from the parallel beam radiation of a narrow beam of light corresponding to a beam with a scattering angle close to 180 °, and the registration of the selected beam by a photo detector.
Известное устройство для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, содержащее лазер, аттенюатор, блок сопряжения лазера с оптическим волокном, оптическое волокно для транспортировки лазерного излучения, на выходе которого расположена первая линза для формирования параллельного пучка лазерного излучения, линзу для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, вторую линзу, оптическое волокно для транспортировки рассеянного излучения к фотодетектору, работающему в режиме счета фотонов, коррелятор и компьютер, определяющий распределение частиц по размерам.A known device for measuring the size distribution of particles in an extended concentration range, comprising a laser, an attenuator, an interface unit for laser and optical fiber, an optical fiber for transporting laser radiation, at the output of which there is a first lens for forming a parallel laser beam, a lens for focusing a parallel beam laser radiation in a rectangular cell with a liquid containing suspended particles, and the conversion of radiation scattered by suspended particles , in a parallel beam, a second lens, an optical fiber for transporting scattered radiation to a photodetector operating in the photon counting mode, a correlator and a computer that determines the particle size distribution.
Известные способ и устройство не обеспечивают возможность измерения по двум (или более) оптическим каналам с использованием одного детекторного канала для регистрации рассеянного излучения и имеют повышенный уровень шумов лазера, обусловленных обратным отражением лазерного пучка от стенки кюветы.The known method and device do not provide the ability to measure over two (or more) optical channels using a single detector channel for recording scattered radiation and have an increased level of laser noise due to the back reflection of the laser beam from the cell wall.
Задачей группы изобретений является создание устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с увеличенной точностью измерений.The objective of the group of inventions is to create a device for measuring the distribution of particle sizes in an extended concentration range with increased measurement accuracy.
Техническим результатом при использовании предлагаемой группы изобретений является измерение распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, с увеличенной точностью, за счет регистрации нескольких узких пучков излучения, рассеянного на различные углы, и, следовательно, соответствующих различным рассеивающим объемам, посредством одного фотодетектора и снижения уровня шумов лазера, обусловленных обратным отражением лазерного пучка от стенки кюветы.The technical result when using the proposed group of inventions is to measure the particle size distribution in an extended concentration range, with increased accuracy, by registering several narrow beams of radiation scattered at different angles, and therefore corresponding to different scattering volumes, by means of one photodetector and lowering the level laser noise due to backward reflection of the laser beam from the cell wall.
Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способе измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, включающем фокусировку линзой лазерного пучка в кювете, содержащей жидкость с взвешенными частицами, рассеяние сфокусированного лазерного пучка взвешенными частицами, преобразование линзой света, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, выделение из параллельного пучка рассеянного излучения узкого пучка света, соответствующего пучку с углом рассеяния, близким к 180°, и регистрацию выделенного пучка фотодетектором, линзой фокусируют в кювете лазерный пучок, ось которого параллельна оптической оси линзы, из рассеянного в кювете света, преобразованного линзой в параллельный пучок, выделяют два или более узких пучка, соответствующих пучкам, рассеянным на различные углы, лежащие в интервале от 90 до 180°, и регистрируют выделенные пучки фотодетектором, при этом оси всех выделенных пучков лежат в одной плоскости с оптической осью линзы и осью лазерного пучка.The specified technical result in terms of the method is achieved by the fact that in the method of measuring the particle size distribution in an extended concentration range, which includes focusing the laser beam with a lens in a cuvette containing a liquid with suspended particles, scattering of a focused laser beam by suspended particles, conversion of light scattered by suspended particles by the lens , in a parallel beam, the emission from a parallel beam of scattered radiation of a narrow beam of light corresponding to a beam with a scattering angle is close m to 180 °, and registering the selected beam with a photodetector, the lens focuses the laser beam in the cuvette, the axis of which is parallel to the optical axis of the lens, two or more narrow beams corresponding to beams scattered into different angles lying in the range from 90 to 180 ° and register the selected beams with a photodetector, while the axes of all the selected beams lie in the same plane with the optical axis of the lens and the axis of the laser beam.
Указанный технический результат в части устройства достигается за счет того, что устройство для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, согласно варианту 1, содержащее лазер, аттенюатор, блок сопряжения лазера с оптическим волокном, оптическое волокно для транспортировки лазерного излучения, на выходе которого расположена первая линза для формирования параллельного пучка лазерного излучения, линзу для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, вторую линзу, оптическое волокно для транспортировки рассеянного излучения к фотодетектору, работающему в режиме счета фотонов, коррелятор и компьютер, определяющий распределение частиц по размерам, снабжено коммутирующим устройством для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор, расположенным между линзой для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, и второй линзой и выполненным или в виде диафрагм и отражательных призм, установленных с возможностью перемещения, или в виде диафрагм и пар зеркал, установленных с возможностью перемещения.The specified technical result in terms of the device is achieved due to the fact that the device for measuring particle size distributions in an extended concentration range, according to
Кроме того, в устройстве для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций аттенюатор выполнен или ступенчатым, или непрерывным; вторая линза установлена с возможностью подачи на нее узкого пучка света, рассеянного на максимальный угол; оптическое волокно для транспортировки лазерного излучения и оптическое волокно для транспортировки рассеянного излучения выполнены или одномодовыми, или одномодовыми, сохраняющие поляризацию, или многомодовыми.In addition, in the device for measuring particle size distributions in an extended concentration range, the attenuator is either stepped or continuous; the second lens is installed with the possibility of supplying to it a narrow beam of light scattered to the maximum angle; an optical fiber for transporting laser radiation and an optical fiber for transporting scattered radiation are either single-mode, or single-mode, preserving polarization, or multimode.
Указанный технический результат в части устройства достигается за счет того, что устройство для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, согласно варианту 2, содержащее лазер, аттенюатор, линзу для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, вторую линзу, оптическое волокно для транспортировки рассеянного излучения к фотодетектору, работающему в режиме счета фотонов, коррелятор и компьютер, определяющий распределение частиц по размерам, снабжено коммутирующим устройством для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор, расположенным между линзой для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, и второй линзой и выполненным или в виде диафрагм и отражательных призм, установленных с возможностью перемещения, или в виде диафрагм и пар зеркал, установленных с возможностью перемещения.The specified technical result in the device part is achieved due to the fact that the device for measuring particle size distributions in an extended concentration range, according to
Кроме того, в устройстве для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций аттенюатор выполнен или ступенчатым, или непрерывным; вторая линза установлена с возможностью подачи на нее узкого пучка света, рассеянного на максимальный угол; оптическое волокно для транспортировки лазерного излучения и оптическое волокно для транспортировки рассеянного излучения выполнены или одномодовыми, или одномодовыми, сохраняющие поляризацию, или многомодовыми.In addition, in the device for measuring particle size distributions in an extended concentration range, the attenuator is either stepped or continuous; the second lens is installed with the possibility of supplying to it a narrow beam of light scattered to the maximum angle; an optical fiber for transporting laser radiation and an optical fiber for transporting scattered radiation are either single-mode, or single-mode, preserving polarization, or multimode.
Указанный технический результат в части устройства достигается за счет того, что устройство для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций, согласно варианту 3, содержащее лазер, аттенюатор, линзу для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, фотодетектор, работающий в режиме счета фотонов, коррелятор и компьютер, определяющий распределение частиц по размерам, снабжено коммутирующим устройством для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор, расположенным между линзой для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок, и фотодетектором и выполненным или в виде диафрагм и отражательных призм, установленных с возможностью перемещения, или в виде диафрагм и пар зеркал, установленных с возможностью перемещения.The specified technical result in terms of the device is achieved due to the fact that the device for measuring particle size distributions in an extended concentration range, according to
Кроме того, в устройстве для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций аттенюатор выполнен или ступенчатым, или непрерывным; фотодетектор установлен с возможностью подачи на него узкого пучка света, рассеянного на максимальный угол.In addition, in the device for measuring particle size distributions in an extended concentration range, the attenuator is either stepped or continuous; the photodetector is installed with the possibility of supplying to it a narrow beam of light scattered to the maximum angle.
Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена схема устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с коммутирующим устройством для выделения и коммутации пучков рассеянного излучения, выполненным в виде диафрагм и отражательных призм (вариант 1);Figure 1 shows a diagram of a device for measuring the distribution of particle sizes in an extended concentration range with a switching device for separating and switching scattered radiation beams made in the form of diaphragms and reflective prisms (option 1);
на фиг.2 изображена схема устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с коммутирующим устройством для выделения и коммутации пучков рассеянного излучения, выполненным в виде диафрагм и пар зеркал (вариант 1);figure 2 shows a diagram of a device for measuring the distribution of particle sizes in an extended concentration range with a switching device for separating and switching scattered radiation beams made in the form of diaphragms and pairs of mirrors (option 1);
на фиг.3 изображена схема устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с коммутирующим устройством для выделения и коммутации пучков рассеянного излучения, выполненным в виде диафрагм и отражательных призм (вариант 2);figure 3 shows a diagram of a device for measuring the distribution of particle sizes in an extended concentration range with a switching device for isolating and switching scattered radiation beams made in the form of diaphragms and reflective prisms (option 2);
на фиг.4 изображена схема устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с коммутирующим устройством для выделения и коммутации пучков рассеянного излучения, выполненным в виде диафрагм и пар зеркал (вариант 2);figure 4 shows a diagram of a device for measuring the distribution of particle sizes in an extended concentration range with a switching device for separating and switching scattered radiation beams made in the form of diaphragms and pairs of mirrors (option 2);
на фиг.5 изображена схема устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с коммутирующим устройством для выделения и коммутации трех пучков рассеянного излучения, выполненным в виде диафрагм и отражательных призм (вариант 3);figure 5 shows a diagram of a device for measuring the distribution of particle sizes in an extended concentration range with a switching device for isolating and switching three beams of scattered radiation, made in the form of diaphragms and reflective prisms (option 3);
на фиг.6 изображена схема устройства для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций с коммутирующим устройством для выделения и коммутации пучков рассеянного излучения, выполненным в виде диафрагм и пар зеркал (вариант 3);figure 6 shows a diagram of a device for measuring particle size distribution in an extended concentration range with a switching device for extracting and switching scattered radiation beams made in the form of diaphragms and pairs of mirrors (option 3);
на фиг.7 изображена схема распространения лазерного и рассеянных пучков света в кювете с раствором (варианты 1-3).figure 7 shows the distribution pattern of laser and scattered light beams in a cuvette with a solution (options 1-3).
Устройство для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций (вариант 1, фиг.1, 2) содержит лазер 1, аттенюатор 2 для ослабления выходного лазерного пучка, блок 3 для сопряжения лазера 1 с оптическим волокном 4 для транспортировки лазерного излучения, на выходе которого расположена первая линза 5 для формирования пучка 6, параллельного оптической оси 7 линзы 8 для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок. Линза 8 предназначена для фокусировки пучка 6 в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в пучок, параллельный ее оптической оси 7.A device for measuring the size distribution of particles in an extended concentration range (
Передняя стенка кюветы 9 перпендикулярна оптической оси 7 линзы 8, а фокальная точка 10 линзы 8 является центром рассеивающего объема.The front wall of the
Расстояние между осью пучка 6 и оптической осью 7 линзы 8 равно l, что позволяет направить пучок 11, прошедший через линзу 8 с фокусным расстоянием f, на внешнюю стенку кюветы 9 (фиг.1, 2) под углом паденияThe distance between the axis of the
избежать возвращения излучения, отраженного от стенки кюветы 9, в резонатор лазера 1 и этим обеспечить невозмущенный режим его работы.to avoid the return of radiation reflected from the wall of the
Свет, рассеянный частицами, находящимися в растворе, линзой 8 преобразуется в пучок, параллельный ее оптической оси 7. Между линзой 8 и второй линзой 12 установлено коммутирующее устройство для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор, выполненное или в виде диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 и отражательных призм 14.1, 14.2 (фиг.1), или в виде диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 и пар зеркал 15.1, 15.2 (фиг.2), которое выделяет, например, узкие пучки 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, и подает любой выделенный пучок на вторую линзу 12. Диафрагмы 13.1, 13.2, 13.3, отражательные призмы 14.1, 14.2, пары зеркал 15.1, 15.2 установлены с возможностью перемещения.The light scattered by the particles in solution, the
Для выделения N узких пучков и их коммутации коммутирующее устройство содержит или N диафрагм и (N-1) отражательных призм, или N диафрагм и (N-1) пар зеркал, при этом каждая отражательная призма и каждая пара зеркал жестко связана с соответствующей диафрагмой. Вторая линза 12 расположена так, что излучение выделенного диафрагмой 13.1 пучка 16.1, соответствующего пучку 17.1, рассеянному на максимальный угол, непосредственно поступает на вторую линзу 12 (фиг.1). Оптическая ось 7 линзы 8, ось пучка 6 и оси всех выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 находятся в одной плоскости. Оси рассеянных пучков 17.1, 17.2, 17.3 образуют с оптической осью 7 линзы 8 углы β'1, β'2, β'3 соответственно (фиг.1, 2).To isolate N narrow beams and switch them, the switching device contains either N diaphragms and (N-1) reflective prisms, or N diaphragms and (N-1) mirror pairs, with each reflective prism and each pair of mirrors being rigidly connected to the corresponding diaphragm. The
Вторая линза 12 предназначена для ввода рассеянного излучения любого из пучков, например 16.1, 16.2, 16.3, в оптическое волокно 18 с целью передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключен к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения. С выхода коррелятора 20 корреляционная функция поступает в компьютер 21, который определяет распределение частиц по размерам.The
Первая линза 5 для формирования пучка 6 и вторая линза 12 для ввода рассеянного излучения в оптическое волокно 18 могут быть или обычными собирающими линзами, или градиентными линзами.The
Оптическое волокно 4 для транспортировки лазерного излучения и оптическое волокно 18 для транспортировки рассеянного излучения могут быть или одномодовыми, или одномодовыми, сохраняющими поляризацию, или многомодовыми.The
Устройство для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций (вариант 2, фиг.3, 4) содержит лазер 1, аттенюатор 2 для ослабления выходного лазерного пучка, ось которого параллельна оптической оси 7 линзы 8 для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок. Линза 8 предназначена для фокусировки пучка 6 в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в пучок, параллельный ее оптической оси 7.A device for measuring the size distribution of particles in an extended concentration range (
Передняя стенка кюветы 9 перпендикулярна оптической оси 7 линзы 8, а фокальная точка 10 линзы 8 является центром рассеивающего объема.The front wall of the
Расстояние между осью пучка 6 и оптической осью 7 линзы 8 равно l, что позволяет направить пучок 11, прошедший через линзу 8 с фокусным расстоянием f, на внешнюю стенку кюветы 9 (фиг.3, 4) под углом паденияThe distance between the axis of the
избежать возвращения излучения, отраженного от стенки кюветы 9, в резонатор лазера 1 и этим обеспечить невозмущенный режим его работы.to avoid the return of radiation reflected from the wall of the
Свет, рассеянный частицами, находящимися в растворе, линзой 8 преобразуется в пучок, параллельный ее оптической оси 7. Между линзой 8 и второй линзой 12 установлено коммутирующее устройство для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор, выполненное или в виде диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 и отражательных призм 14.1, 14.2 (фиг.3), или в виде диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 и пар зеркал 15.1, 15.2 (фиг.4), которое выделяет, например, узкие пучки 16.1, 14.1, 14.2, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, и подает любой выделенный пучок на вторую линзу 12. Диафрагмы 13.1, 13.2, 13.3, отражательные призмы 14.1, 14.2, пары зеркал 15.1, 15.2 установлены с возможностью перемещения.The light scattered by the particles in solution, the
Для выделения N узких пучков и их коммутации коммутирующее устройство содержит или N диафрагм и (N-1) отражательных призм, или N диафрагм и (N-1) пар зеркал, при этом каждая отражательная призма и каждая пара зеркал жестко связана с соответствующей диафрагмой. Вторая линза 12 расположена так, что излучение выделенного диафрагмой 13.1 пучка 16.1, соответствующего пучку 17.1, рассеянному на максимальный угол, непосредственно поступает на вторую линзу 12 (фиг.3). Оптическая ось 7 линзы 8, ось пучка 6 и оси всех выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 находятся в одной плоскости. Оси рассеянных пучков 17.1, 17.2, 17.3 образуют с оптической осью 7 линзы 8 углы β'1, β'2, β'3 соответственно (фиг.3, 4).To isolate N narrow beams and switch them, the switching device contains either N diaphragms and (N-1) reflective prisms, or N diaphragms and (N-1) mirror pairs, with each reflective prism and each pair of mirrors being rigidly connected to the corresponding diaphragm. The
Вторая линза 12 предназначена для ввода рассеянного излучения любого из пучков, например 16.1, 16.2, 16.3 в оптическое волокно 18 с целью передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключен к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения. С выхода коррелятора 20 корреляционная функция поступает в компьютер 21, который определяет распределение частиц по размерам.The
Вторая линза 12 для ввода рассеянного излучения в оптическое волокно 18 может быть или обычной собирающей линзой, или градиентной линзой.The
Оптическое волокно 16 для транспортировки рассеянного излучения может быть или одномодовым, или одномодовым, сохраняющим поляризацию, или многомодовым.The optical fiber 16 for transporting scattered radiation can be either single-mode, or single-mode, polarization-preserving, or multi-mode.
Устройство для измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций (вариант 3, фиг.5, 6) содержит лазер 1, аттенюатор 2 для ослабления выходного лазерного пучка, ось которого параллельна оптической оси 7 линзы 8 для фокусировки параллельного пучка лазерного излучения в прямоугольной кювете с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в параллельный пучок. Линза 8 предназначена для фокусировки пучка 6 в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, и преобразования излучения, рассеянного взвешенными частицами, в пучок 10, параллельный ее оптической оси 7.A device for measuring particle size distribution in an extended concentration range (
Передняя стенка кюветы 9 перпендикулярна оптической оси 7 линзы 8, а фокальная точка 10 линзы 8 является центром рассеивающего объема.The front wall of the
Расстояние между осью пучка 6 и оптической осью 7 линзы 8 равно l, что позволяет направить пучок 11, прошедший через линзу 8 с фокусным расстоянием f, на внешнюю стенку кюветы 9 (фиг.5, 6) под углом паденияThe distance between the axis of the
избежать возвращения излучения, отраженного от стенки кюветы 9, в резонатор лазера 1 и этим обеспечить невозмущенный режим его работы.to avoid the return of radiation reflected from the wall of the
Свет, рассеянный частицами, находящимися в растворе, линзой 8 преобразуется в пучок, параллельный ее оптической оси 7. Между линзой 8 и второй линзой 12 установлено коммутирующее устройство для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор, выполненное или в виде диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 и отражательных призм 14.1, 14.2 (фиг.5), или в виде диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 и пар зеркал 15.1, 15.2 (фиг.6), которое выделяет, например, узкие пучки 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, и подает любой выделенный пучок на вторую линзу 12. Диафрагмы 13.1, 13.2, 13.3, отражательные призмы 14.1, 14.2, пары зеркал 15.1, 15.2 установлены с возможностью перемещения.The light scattered by the particles in solution, the
Для выделения N узких пучков и их коммутации коммутирующее устройство содержит или N диафрагм и (N-1) отражательных призм, или N диафрагм и (N-1) пар зеркал, при этом каждая отражательная призма и каждая пара зеркал жестко связана с соответствующей диафрагмой. Фотодетектор 19 расположен так, что излучение выделенного диафрагмой 15.1 пучка 13.1, соответствующего пучку 14.1, рассеянному на максимальный угол, непосредственно поступает на фотодетектор 19 (фиг.5). Оптическая ось 7 линзы 8, ось пучка 6 и оси всех выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 находятся в одной плоскости. Оси рассеянных пучков 17.1, 17.2,17.3 образуют с оптической осью 7 линзы 8 углы β'1, β'2, β'3 соответственно (фиг.5, 6).To isolate N narrow beams and switch them, the switching device contains either N diaphragms and (N-1) reflective prisms, or N diaphragms and (N-1) mirror pairs, with each reflective prism and each pair of mirrors being rigidly connected to the corresponding diaphragm. The
Любой из выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 с помощью коммутирующего устройства подают на фотодетектор 19, работающий в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключен к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения. С выхода коррелятора 20 корреляционная функция поступает в компьютер 21, который определяет распределение частиц по размерам.Any of the selected beams 16.1, 16.2, 16.3 using a switching device serves on the
В устройствах (3 варианта) (фиг.1-7) угол α' падения пучка 11, прошедшего через линзу 8, на переднюю стенку кюветы 9 и угол α преломления пучка 11 в растворе (фиг.7) связаны соотношением: sinα'=nsinα, где n - показатель преломления раствора.In devices (3 variants) (Figs. 1–7), the angle of incidence α ′ of the
Углы β1, β2, β3 падения пучков 17.1, 17.2, 17.3 на внутреннюю поверхность стенки кюветы 9 и углы преломления β'1, β'2, β'3 этих же пучков при выходе из стенки кюветы 9 (фиг.7) связаны соотношениями:The angles β 1 , β 2 , β 3 of the incidence of beams 17.1, 17.2, 17.3 on the inner surface of the wall of the
sinβ1'=nsinβ1,sinβ 1 '= nsinβ 1 ,
sinβ2'=nsinβ2,sinβ 2 '= nsinβ 2 ,
sinβ3'=nsinβ3,sinβ 3 '= nsinβ 3 ,
где n - показатель преломления раствора.where n is the refractive index of the solution.
Расстояния l1, l2, l3 между осями пучков 16.1, 16.2, 16.3 и оптической осью 7 линзы 8 определяются фокусным расстоянием f линзы 8 и углами β'1, β'2, β'3:The distances l 1 , l 2 , l 3 between the axes of the beams 16.1, 16.2, 16.3 and the
l1=ftgβ'1 l 1 = ftgβ ' 1
l2=ftgβ'2,l 2 = ftgβ ' 2 ,
l3=ftgβ'3.l 3 = ftgβ ' 3 .
Оптическая ось 7 линзы 8, пучок 6, рассеянные пучки 17.1, 17.2, 17.3 и остальные рассеянные пучки находятся в одной плоскости. Угол рассеяния пучка 17.1 равен φ1=180°-α+β1, пучка 17.2 - φ2=180°-α-β2, пучка 17.3 - φ3=180°-α-β3, причем φ1>φ2>φ3.The
В устройстве вместо линзы 8 может использоваться система линз с большим апертурным углом в пространстве изображений, которая позволяет увеличить угол α падения пучка 11 на стенку кюветы и соответственно увеличить интервал углов рассеяния.Instead of
При детектировании различных рассеянных пучков 16.1, 16.2, 16.3 положение в кювете фокальной точки 10 линзы 8, которая является центром рассеивающего объема, изменяют программно или оператором посредством перемещения линзы 8 вдоль ее оптической оси 7.When various scattered beams 16.1, 16.2, 16.3 are detected, the position in the cuvette of the
Аттенюатор 2 выполнен или ступенчатым, или непрерывным.The
Размеры отражательных призм 14.1, 14.2 коммутирующего устройства зависят от расстояния l1, l2, l3 между осями пучков 16.1, 16.2, 16.3 и оптической осью 7 линзы 8 и равны соответственно l1+l2 и l1+l3, расстояния между зеркалами 13.1, 13.2 каждой пары равны соответственно l1+l2 и l1+l3.The dimensions of the reflective prisms 14.1, 14.2 of the switching device depend on the distance l 1 , l 2 , l 3 between the axes of the beams 16.1, 16.2, 16.3 and the
Способ измерения распределения частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций осуществляется следующим образом.A method for measuring particle size distribution in an extended concentration range is as follows.
Пример 1.Example 1
Выходной пучок лазера 1 ослабляют аттенюатором 2 и посредством блока 3 сопряжения вводят в оптическое волокно 4, на выходе которого расположена первая линза 5 для формирования пучка 6, параллельного оптической оси 7 линзы 8. Посредством линзы 8 фокусируют параллельный пучок 6 лазерного излучения в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, которые рассеивают сфокусированный пучок 11. Свет, рассеянный частицами, находящимися в растворе, линзой 8 преобразуют в пучок, параллельный ее оптической оси 7, из которого посредством диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 выделяют узкие пучки, например 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, при этом пучок 17.1 рассеян на угол, близкий к 180°, пучок 17.3 рассеян на угол близкий к 90°, остальные пучки, например пучок 17.2, рассеяны на углы, лежащие в интервале углов 90-180°. Затем выделенный диафрагмой 13.1 пучок 16.1 направляют на вторую линзу 12, перекрывая при этом все оставшиеся пучки, и вводят излучение выделенного пучка 16.1 в оптическое волокно 18 для передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключают к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения, которую обрабатывают компьютером 21 и определяют распределение частиц по размерам.The output beam of the
Так как максимальный рассеивающий объем соответствует пучку, рассеянному на угол, близкий к 180°, то при измерениях в растворах с низкой концентрацией частиц детектируют этот пучок. Пучку, рассеянному на минимальный угол, соответствуют минимальный рассеивающий объем и минимальное расстояние, которое проходит в растворе рассеянный свет, поэтому этот пучок направляют на детектор при измерениях в растворах с большой концентрацией частиц. При детектировании различных рассеянных пучков положение точки фокусировки в кювете изменяется программно или оператором посредством перемещения фокусирующей линзы 8 вдоль ее оптической оси 7.Since the maximum scattering volume corresponds to a beam scattered through an angle close to 180 °, this beam is detected when measuring in solutions with a low concentration of particles. A beam scattered to the minimum angle corresponds to the minimum scattering volume and the minimum distance that scattered light travels in the solution, therefore this beam is directed to the detector when measuring in solutions with a high concentration of particles. When detecting various scattered beams, the position of the focus point in the cuvette is changed programmatically or by the operator by moving the focusing
Пример 2.Example 2
Выходной пучок лазера 1 ослабляют аттенюатором 2 и посредством блока 3 сопряжения вводят в оптическое волокно 4, на выходе которого расположена первая линза 5 для формирования пучка 6, параллельного оптической оси 7 линзы 8. Посредством линзы 8 фокусируют параллельный пучок 6 лазерного излучения в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, которые рассеивают сфокусированный пучок 11. Свет, рассеянный частицами, находящимися в растворе, линзой 8 преобразуют в пучок, параллельный ее оптической оси 7, из которого посредством диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 коммутирующего устройства для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор выделяют узкие пучки, например 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, при этом пучок 17.1 рассеян на угол, близкий к 180°, пучок 17.3 рассеян на угол близкий к 90°, остальные пучки, например пучок 17.2, рассеяны на углы, лежащие в интервале углов 90-180°. Узкий пучок 16.2, выделенный диафрагмой 13.2, посредством коммутирующего устройства для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор направляют на вторую линзу 12, перекрывая при этом все оставшиеся пучки. Посредством второй линзы 12 излучение выделенного пучка 16.2 вводят в оптическое волокно 18 для передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключают к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения, которую обрабатывают компьютером 21 и определяют распределение частиц по размерам.The output beam of the
Пример 3.Example 3
Выходной пучок лазера 1 ослабляют аттенюатором 2 и посредством блока 3 сопряжения вводят в оптическое волокно 4, на выходе которого расположена первая линза 5 для формирования пучка 6, параллельного оптической оси 7 линзы 8. Посредством линзы 8 фокусируют параллельный пучок 6 лазерного излучения в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, которые рассеивают сфокусированный пучок 11. Свет, рассеянный частицами, находящимися в растворе, линзой 8 преобразуют в пучок, параллельный ее оптической оси 7, из которого посредством диафрагм 13.1, 13.2, 13.3 выделяют узкие пучки, например 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, при этом пучок 17.1 рассеян на угол, близкий к 180°, пучок 17.3 рассеян на угол близкий к 90°, остальные пучки, например пучок 17.2, рассеяны на углы, лежащие в интервале углов 90-180°. Узкий пучок 16.3, выделенный диафрагмой 13.3, посредством коммутирующего устройства для выделения узких пучков и подачи их на фотодетектор направляют на вторую линзу 12, перекрывая при этом все оставшиеся пучки. Посредством второй линзы 12 излучение выделенного пучка 16.3 вводят в оптическое волокно 18 для передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключают к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения, которую обрабатывают компьютером 21 и определяют распределение частиц по размерам.The output beam of the
Устройство для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций (вариант 1) работает следующим образом.A device for measuring particle size distributions in an extended concentration range (option 1) works as follows.
Кювету 9 заполняют жидкостью, содержащей частицы, предназначенные для измерения, и включают устройство. Выходной пучок лазера 1 проходит через аттенюатор 2 и посредством блока 3 сопряжения вводится в оптическое волокно 4, на выходе которого расположена первая линза 5 для формирования пучка 6, параллельного оптической оси 7 линзы 8. Линза 8 фокусирует параллельный пучок 6 лазерного излучения в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, которые рассеивают сфокусированный пучок 11, и преобразует свет, рассеянный частицами, в пучок, параллельный ее оптической оси 7. Из последнего диафрагмы 13.1, 13.2, 13.3 коммутирующего устройства выделяют узкие пучки, например 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, при этом пучок 17.1 рассеян на угол, близкий к 180°, пучок 17.3 рассеян на угол близкий к 90°, остальные пучки, например пучок 17.2, рассеяны на углы, лежащие в интервале углов 90-180°. Любой из выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 посредством коммутирующего устройства подают на вторую линзу 12, перекрывая все оставшиеся пучки, при этом пучки 16.2, 16.3 выделяют диафрагмами 13.2, 13.3 и подают на вторую линзу 12 отражательными призмами 16.2, 16.3 или парами зеркал 17.2, 17.3, пучок 16.1 выделяют диафрагмой 13.1 и подают непосредственно на вторую линзу 12. Вторая линза 12 вводит излучение одного из выделенных пучков в оптическое волокно 18 для передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключают к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения, которую обрабатывают компьютером 21 и определяют распределение частиц по размерам.The
Непосредственная подача на вторую линзу 12 пучка 16.1, детектируемого при измерениях в растворах с низкой концентрацией частиц и имеющего при этом низкую интенсивность, позволяет избежать дополнительного ослабления его интенсивности, связанного с отражением от каких-либо оптических элементов (отражательной призмы или зеркал).The direct supply to the
Устройство для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций (вариант 2) работает следующим образом.A device for measuring particle size distributions in an extended concentration range (option 2) works as follows.
Кювету 9 заполняют жидкостью, содержащей частицы, предназначенные для измерения, и включают устройство. Выходной пучок лазера 1, параллельный оптической оси 7 линзы 8, проходит через аттенюатор 2. Линза 8 фокусирует параллельный пучок 6 лазерного излучения в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, которые рассеивают сфокусированный пучок 11, и преобразует свет, рассеянный частицами, в пучок, параллельный ее оптической оси 7. Из последнего диафрагмы 13.1, 13.2, 13.3 коммутирующего устройства выделяют узкие пучки, например 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, при этом пучок 17.1 рассеян на угол, близкий к 180°, пучок 17.3 рассеян на угол, близкий к 90°, остальные пучки, например пучок 17.2, рассеяны на углы, лежащие в интервале углов 90-180°. Любой из выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 посредством коммутирующего устройства подают на вторую линзу 12, перекрывая все оставшиеся пучки, при этом пучки 16.2, 16.3 выделяют диафрагмами 13.2, 13.3 и подают на вторую линзу 12 отражательными призмами 16.2, 16.3 или парами зеркал 17.2, 17.3, пучок 16.1 выделяют диафрагмой 13.1 и подают непосредственно на вторую линзу 12. Вторая линза 12 вводит излучение одного из выделенных пучков в оптическое волокно 18 для передачи его к фотодетектору 19, работающему в режиме счета фотонов. Фотодетектор 19 подключают к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуаций интенсивности рассеянного излучения, которую обрабатывают компьютером 21 и определяют распределение частиц по размерам.The
Непосредственная подача на вторую линзу 12 пучка 16.1, детектируемого при измерениях в растворах с низкой концентрацией частиц и имеющего при этом низкую интенсивность, позволяет избежать дополнительного ослабления его интенсивности, связанного с отражением от каких-либо оптических элементов (отражательной призмы или зеркал).The direct supply to the
Устройство для измерения распределений частиц по размерам в расширенном диапазоне концентраций (вариант 3) работает следующим образом.A device for measuring particle size distributions in an extended concentration range (option 3) works as follows.
Кювету 9 заполняют жидкостью, содержащей частицы, предназначенные для измерения, и включают устройство. Выходной пучок лазера 1, параллельный оптической оси 7 линзы 8, проходит через аттенюатор 2. Линза 8 фокусирует параллельный пучок 6 лазерного излучения в прямоугольной кювете 9 с жидкостью, содержащей взвешенные частицы, которые рассеивают сфокусированный пучок 11, и преобразует свет, рассеянный частицами, в пучок, параллельный ее оптической оси 7. Из последнего диафрагмы 13.1, 13.2, 13.3 коммутирующего устройства выделяют узкие пучки, например 16.1, 16.2, 16.3, соответствующие узким пучкам 17.1, 15.1, 17.3 рассеянного излучения, при этом пучок 17.1 рассеян на угол, близкий к 180°, пучок 17.3 рассеян на угол, близкий к 90°, остальные пучки, например пучок 17.2, рассеяны на углы, лежащие в интервале углов 90-180°. Любой из выделенных пучков 16.1, 16.2, 16.3 посредством коммутирующего устройства подают на фотодетектор 19, перекрывая все оставшиеся пучки, при этом пучки 16.2, 16.3 выделяют диафрагмами 13.2, 13.3 и подают на фотодетектор 19 отражательными призмами 16.2, 16.3 или парами зеркал 17.2, 17.3, пучок 16.1 выделяют диафрагмой 13.1 и подают непосредственно на фотодетектор 19. Фотодетектор 19, работающий в режиме счета фотонов, подключают к коррелятору 20, определяющему корреляционную функцию флуктуации интенсивности рассеянного излучения, которую обрабатывают компьютером 21, и определяют распределение частиц по размерам.The
Непосредственная подача на фотодетектор 19 пучка 16.1, детектируемого при измерениях в растворах с низкой концентрацией частиц и имеющего при этом низкую интенсивность, позволяет избежать дополнительного ослабления его интенсивности, связанного с отражением от каких-либо оптических элементов (отражательной призмы или зеркал).The direct supply to the
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011122219/28A RU2460988C1 (en) | 2011-06-01 | 2011-06-01 | Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011122219/28A RU2460988C1 (en) | 2011-06-01 | 2011-06-01 | Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2460988C1 true RU2460988C1 (en) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011122219/28A RU2460988C1 (en) | 2011-06-01 | 2011-06-01 | Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2460988C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560142C1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method of aspiration optical spectrometry of disperse medium |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6016195A (en) * | 1997-06-15 | 2000-01-18 | Alv-Laser Vertriebsgesellschaft Mbh | Fiber optic device for detecting the scattered light or fluorescent light from a suspension |
| RU2351912C1 (en) * | 2007-11-20 | 2009-04-10 | Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук | Method of measuring sizes of particles in fluid and device for its realisation |
| RU2370752C1 (en) * | 2008-08-22 | 2009-10-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" | Device for measuring distribution of size and concentration of nanoparticles in liquids and gases |
-
2011
- 2011-06-01 RU RU2011122219/28A patent/RU2460988C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6016195A (en) * | 1997-06-15 | 2000-01-18 | Alv-Laser Vertriebsgesellschaft Mbh | Fiber optic device for detecting the scattered light or fluorescent light from a suspension |
| RU2351912C1 (en) * | 2007-11-20 | 2009-04-10 | Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской академии наук | Method of measuring sizes of particles in fluid and device for its realisation |
| RU2370752C1 (en) * | 2008-08-22 | 2009-10-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" | Device for measuring distribution of size and concentration of nanoparticles in liquids and gases |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2560142C1 (en) * | 2014-04-21 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method of aspiration optical spectrometry of disperse medium |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6016197A (en) | Compact, all-optical spectrum analyzer for chemical and biological fiber optic sensors | |
| US8743368B2 (en) | Optical sensor system and method of sensing | |
| JP2911877B2 (en) | Fiber detector for detecting scattered light or fluorescence of suspension | |
| US6798508B2 (en) | Fiber optic apparatus for detecting light scatter to differentiate blood cells and the like | |
| US5999256A (en) | Particle measurement system | |
| EP3376203B1 (en) | Particle characterisation | |
| JPH05340865A (en) | Measuring instrument | |
| US5572321A (en) | Detector for measuring the luminous intensity scattered by thin films of colloidal media | |
| US6894779B2 (en) | Apparatus for detecting back-scatter in a laser-based blood analysis system | |
| JP2014522968A (en) | Method for measuring scattered light of particles in a medium | |
| RU2460988C1 (en) | Method of measuring particle size distribution in wide range of concentrations and apparatus for realising said method (versions) | |
| CN105393106B (en) | Device for measuring scattering of a sample | |
| JP2013088138A (en) | Refraction factor measuring device, concentration measuring device and method thereof | |
| WO2001063248A1 (en) | Fluorescence measurement apparatus and method | |
| JP2002257706A (en) | Probe for measuring light scattering | |
| CN108572160A (en) | A kind of refractometer of profile measurement | |
| EP3332277A1 (en) | Backscatter reductant anamorphic beam sampler | |
| EP0579829B1 (en) | Particle measurement system | |
| Pandey et al. | Bessel-beam interferometry for turbidity with refractive index, attenuation coefficient, and loss | |
| JP7170954B1 (en) | Particle measurement sensor | |
| CN212844874U (en) | Liquid measurement system based on optical cavity enhancement | |
| WO2023139777A1 (en) | Particle measurement device, particle measurement method, sample container | |
| EP1821095A2 (en) | Sensor utilizing attenuated total reflection | |
| Rahim | Lens Integrated Based Optical Tomography System: The Selection of Optical Sensor and Projection Arrangement | |
| Abed et al. | DETECTION OF THE LEVEL OF HUMAN ALT LIVER ENZYME CONCENTRATION BY USING LASER BIOSENSOR MULTIMODE FIBRES (MMF) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130602 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140820 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160602 |