RU2612199C1 - Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния - Google Patents
Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612199C1 RU2612199C1 RU2015151547A RU2015151547A RU2612199C1 RU 2612199 C1 RU2612199 C1 RU 2612199C1 RU 2015151547 A RU2015151547 A RU 2015151547A RU 2015151547 A RU2015151547 A RU 2015151547A RU 2612199 C1 RU2612199 C1 RU 2612199C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring
- radiation
- console
- scattering
- angle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение, в частности, в процессах измерения характеристик аэрозольных частиц в двухфазных средах оптическим методом, в химической технологии, коллоидной химии, в технологии диспергирования жидкости форсунками, при контроле загрязнения окружающей среды и в других отраслях техники. Технический результат - повышение точности. Для этого приемник излучения размещен на консоли, ось которой совмещена с центром измерительного объема. Соосно с приемником излучения на консоли установлена лазерная указка, излучение которой направлено от измерительного объема на измерительную шкалу. Измерительная шкала расположена от центра измерительного объема на расстоянии, определяемом неравенством , а угол рассеяния рассчитывается по формуле , где - смещение луча лазерной указки на измерительной шкале при повороте консоли на угол θ, мм; - расстояние между центром измерительного объема и измерительной шкалой, мм; - погрешность измерения на измерительной шкале, мм. 1 ил.
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для измерения характеристик аэрозольных частиц в двухфазных средах оптическими методами, и предназначено для определения функции распределения частиц по размерам. Изобретение может найти применение в химической технологии, коллоидной химии, в технологиях диспергирования жидкости форсунками, при контроле загрязнения окружающей среды и в других отраслях техники для определения характеристик аэрозольных систем.
Известен способ определения дисперсного состава аэрозольных частиц, основанный на измерении малоугловой индикатрисы рассеяния зондирующего излучения [1]. При этом индикатрису рассеяния J(θ) - угловое распределение интенсивности рассеянного частицами излучения - измеряют в диапазоне малых углов рассеяния (θ≤10 градусов), в качестве источника монохроматического зондирующего излучения используют оптический квантовый генератор (лазер), а функцию распределения частиц по размерам определяют решением обратной задачи оптики аэрозолей с использованием теории Ми для расчета факторов эффективности рассеяния одиночных частиц [2].
Обратная задача идентификации функции распределения частиц по размерам по измеренной индикатрисе рассеяния относится к классу «некорректно поставленных» задач математической физики [2]. Получение корректного решения обратной задачи возможно лишь при выполнении жестких требований к точности измерения входной экспериментальной информации, в данном случае - к точности измерения как интенсивности рассеянного излучения J(θ), так и угла рассеяния θ. При низкой точности измерения индикатрисы рассеяния возможно получение так называемых «фантомных» решений, не соответствующих реальной функции распределения частиц по размерам [2].
Известно устройство для измерения света, рассеянного под малыми углами [1], включающее выходную диафрагму и приемную линзу. Измерение интенсивности света, рассеянного частицами в измерительном объеме, проводят в фокальной плоскости линзы за пределами фокального пятна, в котором собран прямой пучок света. Свет, рассеянный под данным углом θ, приходит в фокальную плоскость на заданное расстояние от ее центра. Регистрация индикатрисы рассеяния J(θ) проводится на фотопленку с последующим фотометрированием. Недостатком данного устройства является низкая точность операции фотометрирования, а также искажения за счет рассеяния и преломления света в линзе.
Известны устройства для измерения интенсивности рассеянного зондирующего излучения под разными углами одновременно несколькими фотоприемниками [3], [4]. К недостаткам данных устройств относятся ограниченный дискретный набор углов рассеяния, а также необходимость градуировки каждого фотоприемника из-за разброса их рабочих характеристик.
Известны способы измерения малоугловой индикатрисы рассеяния [5, 6], в которых измерительное устройство включает наряду с прямым пучком зондирующего излучения дополнительный пучок опорного излучения, когерентного с прямым пучком, поступающим на рассеивающий образец. Для каждого угла рассеяния регистрируют и обрабатывают полученную интерференционную картину. Недостатком данных способов является сложная процедура определения J(θ), состоящая из пяти этапов для каждого угла рассеяния, а также сложность юстировки прибора и необходимость дополнительной математической обработки измеренных величин.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния [7], в котором зондирующее излучение гелий-неонового лазера, рассеянное аэрозолем в измерительном объеме, регистрируется одним фотоэлектронным умножителем. Фотоэлектронный умножитель помещен в светозащитный корпус с точечной диафрагмой. При перемещении фотоэлектронного умножителя в плоскости, перпендикулярной направлению зондирующего излучения, измеряют интенсивность рассеянного света под различными углами (индикатрису рассеяния). Недостатком этого устройства является низкая точность регистрации угла рассеяния.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности определения функции распределения аэрозольных частиц по размерам методом малоугловой индикатрисы рассеяния за счет снижения погрешности измерения как угла рассеяния θ, так и интенсивности рассеянного излучения J(θ).
Технический результат достигается тем, что разработано устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния, включающее источник зондирующего излучения - лазер и приемник излучения, рассеянного аэрозолями в измерительном объеме под малыми углами. Приемник излучения расположен на консоли с возможностью ее вращения вокруг оси, совмещенной с центром измерительного объема, на консоли расположена соосно с приемником излучения лазерная указка, излучение которой направлено от измерительного объема на измерительную шкалу, причем измерительная шкала расположена от центра измерительного объема на расстоянии, определяемом неравенством
а угол рассеяния рассчитывается по формуле
θ - угол рассеяния, град.
Полученный положительный эффект изобретения связан со следующими факторами.
1. Использование консоли позволяет плавно регулировать ее угол поворота и тем самым угол рассеяния θ лазерного излучения (Фиг. 1).
2. Использование одного приемника излучения, расположенного на консоли, позволяет повысить точность измерения интенсивности рассеянного излучения J(θ) по сравнению с использованием набора приемников с разбросом рабочих характеристик и упростить юстировку установки.
3. Угол рассеяния лазерного излучения рассчитывается по измеренным значениям расстояния - между центром измерительного объема и смещения луча лазерной указки при повороте консоли на угол θ (Фиг. 1):
4. Использование лазерной указки позволяет увеличить точность измерения угла рассеяния лазерного излучения.
Угол рассеяния рассчитывается по формуле
Поскольку , погрешность измерения θ определяется погрешностью измерения смещения , луча лазерной указки на измерительной шкале.
Тогда из (2) следует:
Подставим (3) в (1), получим
Для минимального значения угла рассеяния θ=1 град из (5) следует
Таким образом, для обеспечения погрешности измерения θ с погрешностью не более 1% расстояние должно удовлетворять неравенству
Пример реализации изобретения
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния, предназначенная для исследования дисперсности капель в факеле распыла форсунки.
Устройство состоит из форсунки для распыливания жидкости 1, создающей факел распыла 2 в измерительном объеме 3. Источник излучения - лазерный модуль 4. Луч лазера поступает в измерительный объем 3 и через систему диафрагм 5 поступает в приемник излучения 6, установленный на консоли 7, имеющей ось вращения 8. Вращение консоли обеспечивается микрометрическим винтом 9. Соосно с приемником излучения на консоли укреплена лазерная указка 10 с лучом, направленным в противоположную от измерительного объема сторону на укрепленную вертикально измерительную шкалу.
Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния работает следующим образом. После юстировки в форсунку 1 под давлением подается рабочая жидкость, в результате чего образуется факел распыла 2. Вращением микрометрического винта 9 изменяется угол наклона консоли 7, и приемник излучения 6 с диафрагмами 5 выходит из прямого лазерного луча. Теперь в приемник излучения 6 через его входную апертуру 5 может попадать только рассеянное под малым углом зондирующее излучение лазера. Регистрирующей аппаратурой измеряется интенсивность рассеянного под этим углом излучения. Лазерная указка 10, расположенная соосно с приемником излучения на консоли, покажет на измерительной шкале 11 точку отсчета, смещение которой от «нулевой» пересчитывается в угол рассеяния излучения. Продолжение этой процедуры по следующим углам вращения консоли позволяет определить индикатрису рассеяния излучения.
Таким образом, пример реализации показывает, что устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния обеспечивает повышение точности определения функции распределения аэрозольных частиц по размерам методом малоуглового рассеяния за счет снижения погрешности измерения угла рассеяния и интенсивности рассеяния излучения. Эффективность изобретения подтверждена измерениями дисперсности состава капель в факеле распыла эжекционной и центробежной форсунок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шифрин К.С. Изучение свойств вещества по однократному рассеянию // В сб. «Теоретические и прикладные проблемы рассеяния света» / Под ред. Б.И. Степанова и А.П. Иванова. - Минск: Наука и техника, 1971. - С. 228-244.
2. Архипов В.А., Бондарчук С.С. Оптические методы диагностики гетерогенной плазмы продуктов сгорания: Учебное пособие. - Томск: Изд-во Том. ун-та, 2010. - 265 с.
3. Kudryashova О.В., Akhmadeev I.R., Pavlenko А.А., Arkhipov V.A., Bondarchuk S.S. // Key Engineering Materials. 2010. Vol. 437. P. 179-183.
4. Пат. РФ 2525605, МПК G01N 15/02, G01N 21/47. Способ и устройство для оптического измерения распределения размеров и концентраций дисперсных частиц в жидкостях и газах с использованием одноэлементных и матричных фотоприемников лазерного излучения / В.Г. Певгов, Н.В. Певгова. - Опубл. 20.08.2014.
5. АС СССР 1323927, МПК GO1N 21/47. Способ измерения индикатрисы рассеяния / И.Л. Максимова, Л.П. Шубочкин, В.В.Тучин. Опубл. 15.07.1987. Бюлл. №26.
6. Пат. РФ 2183828, МПК GO1N 21/47. Способ определения малоугловой индикатрисы рассеяния / В.Ф. Мышкин, И.А. Тихомиров, В.Н. Цимбал, Б.П. Иваненко. - Опубл. 20.06.2002.
7. Лагунов А.С., Байвель Л.П., Гусев Б.А., Литвинов В.К. Универсальный электронно-оптический прибор для контроля спектра размеров частиц // Приборы систем управления. 1974, №6. С. 28-30.
Claims (8)
- Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния, включающее источник зондирующего излучения - лазер и приемник излучения, рассеянного аэрозолями в измерительном объеме под малыми углами, отличающееся тем, что приемник излучения расположен на консоли с возможностью ее вращения вокруг оси, совмещенной с центром измерительного объема, на консоли расположена соосно с приемником излучения лазерная указка, излучение которой направлено от измерительного объема на измерительную шкалу, причем измерительная шкала расположена от центра измерительного объема на расстоянии, определяемом неравенством
- а угол рассеяния рассчитывается по формуле
- θ - угол рассеяния, град.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151547A RU2612199C1 (ru) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015151547A RU2612199C1 (ru) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612199C1 true RU2612199C1 (ru) | 2017-03-03 |
Family
ID=58459264
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015151547A RU2612199C1 (ru) | 2015-12-01 | 2015-12-01 | Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612199C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1318856A1 (ru) * | 1985-10-23 | 1987-06-23 | Предприятие П/Я А-1928 | Устройство дл измерени индикатрис рассе ни света |
EP0418874A2 (en) * | 1989-09-20 | 1991-03-27 | Mitsubishi Rayon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for scattered light measurements |
RU2183828C1 (ru) * | 2000-12-25 | 2002-06-20 | Томский политехнический университет | Способ определения малоугловой индикатрисы рассеяния |
-
2015
- 2015-12-01 RU RU2015151547A patent/RU2612199C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1318856A1 (ru) * | 1985-10-23 | 1987-06-23 | Предприятие П/Я А-1928 | Устройство дл измерени индикатрис рассе ни света |
EP0418874A2 (en) * | 1989-09-20 | 1991-03-27 | Mitsubishi Rayon Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for scattered light measurements |
RU2183828C1 (ru) * | 2000-12-25 | 2002-06-20 | Томский политехнический университет | Способ определения малоугловой индикатрисы рассеяния |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
. * |
ЛАГУНОВ А.С. и др. Универсальный электронно-оптический прибор для контроля спектра размеров частиц. // Приборы систем управления. 1974. * |
ЛАГУНОВ А.С. и др. Универсальный электронно-оптический прибор для контроля спектра размеров частиц. // Приборы систем управления. 1974. ШИФРИН К.С., ГОЛИКОВ В.И. Исследование прибора для измерения частиц методом малых углов.- Труды ГГО, 1965, вып. 170, с.127-129. * |
ШИФРИН К.С., ГОЛИКОВ В.И. Исследование прибора для измерения частиц методом малых углов.- Труды ГГО, 1965, вып. 170, с.127-129. . * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2013327811B2 (en) | One-dimensional global rainbow measurement device and measurement method | |
Maaß et al. | Experimental comparison of measurement techniques for drop size distributions in liquid/liquid dispersions | |
US4251733A (en) | Technique for simultaneous particle size and velocity measurement | |
CN106556556B (zh) | 一种测量烟尘中颗粒的粒径和质量浓度的装置及方法 | |
Chien et al. | Upon correlating diameters measured by optical particle counters and aerodynamic particle sizers | |
US20030223063A1 (en) | Method and instrumentation for determining absorption and morphology of individual airborne particles | |
KR101857950B1 (ko) | 고정확 실시간 미세 입자 크기 및 개수 측정 장치 | |
US4737648A (en) | Apparatus for detecting fibrous particle sizes by detecting scattered light at different angles | |
CN104764680A (zh) | 双波长光学实时气溶胶粒子粒径检测装置 | |
US6104491A (en) | System for determining small particle size distribution in high particle concentrations | |
Hirleman | Laser-based single particle counters for in situ particulate diagnostics | |
RU2612199C1 (ru) | Устройство для измерения малоугловой индикатрисы рассеяния | |
Bachalo et al. | An instrument for spray droplet size and velocity measurements | |
Schwarz et al. | Investigations on the capability of the statistical extinction method for the determination of mean particle sizes in concentrated particle systems | |
US6104490A (en) | Multiple pathlength sensor for determining small particle size distribution in high particle concentrations | |
Kiselev et al. | White-light optical particle spectrometer for in situ measurements of condensational growth of aerosol particles | |
Mariani et al. | Single particle extinction and scattering allows novel optical characterization of aerosols | |
CN113720744B (zh) | 一种基于偏振检测技术的大气颗粒物含量实时监测方法 | |
RU2516581C1 (ru) | Способ оценки параметров факела распыла дисперсионноспособной технологической жидкости и установка для его осуществления | |
CN104330387A (zh) | 液面油污测量系统 | |
WO2018115052A1 (en) | Particle sensor and sensing method | |
US10942106B2 (en) | Particle characterization apparatus and method | |
EP3392644A1 (en) | Particle characterization apparatus and method | |
WO2020148776A1 (en) | Online device and method for optically measuring fly ash particulate in industrial stack emissions independent of moisture | |
RU2035036C1 (ru) | Способ определения размеров частиц |