SE430828B - Anordning for att pavisa svevande partiklar - Google Patents

Description

?8Û82'38*7 2 förande vanligen är utbildad såsom en radkmktiv strâlnings- källa. Nu är det så att dylika jonisationskammare är föremål för statliga strålskyddsbestämmelser, och exempelvis i Tyska Förbundsrepubliken har nya sådana bestämmelser börjat gälla från och med 4.l.l977, där blaa. framhâlles att onödig strål- ning bör undvikas. I syfte att,i möjligaste mån begränsa den totala belastningen på invåndarna har skyddsföreskrifterna beträffande användning av radioaktiva ämnen generellt åtstra- mats. Speciellt sänktes gränserna för anmälningsskyldighet och för godkännande för de flesta radioaktiva ämnen med en faktor 10 i förhållande till tidigare gällande bestämmelser.

Visserligen är det i princip möjligt att hålla strålbe- lastningen från den radioaktiva källan inuti en jonisations- kammare under de nya tillåtna gränserna. Emellertid har så- dana jonisationskammare i praktiken visat sig antingen allt för okänsliga vid ringa koncentrationer av de svävande par- tiklar som skall detekteras eller vid motsvarande förskjutning av gensvarströskelnivån hos anslutna utvärderingsanordningar allt för känsliga för störstorheter och falska signaler.

Andra förfaranden för påvisning av svävande partiklar arbetar på optisk väg genom bestämning av den av partiklarna över en viss mätsträcka orsakade försvagningen av elektromagne- tisk strålning, exempelvis synligt ljus, infraröd eller ultra- violett strålning. Härvid kan absorptionen eller reflektionen respektive spridningen eller summan av absorption och sprid- ning, försvagningen eller extinktionen, mätas och utvärderas.

U Anordningar enligt detta förfarande levererar en utgângssig- nal, som dels är beroende av de svävande partiklarnas optiska egenskaper, dels är proportionell mot partikelantalet n, dels är beroende av kvadraten på partiklarnas genomsnittliga geo- metriska tvärmätt d och dels är beroende av den för den ak- tuella partikeltypen karakteristiska genomsnittliga verknings- faktorn QEXt: 3 2 <2) UA(Ext)'“n'1ïL 'W 'Qzxt ° 7808218-7 Verkningsfaktorerna QExt låter sig beräknas exakt enligt Mies teori. Jämför härvid följande artikel av R.H. Giese: 'Streuung elektromagnetischer Wellen an absorbierenden und dielektrischen, kugelförmigen Einzelteilchen und an Gemischen solcher Teilchen" i tidningen "Zeitschrift für Astrophysik" 51 (1961), sid. 119-147.

Ifall man inför följande dimensonslösa parameter Å 7 (3) som utgör en med avseende på våglängden A för den för mät- ningen använda elektromagnetiska strålningen normerad par- tikelstorlek, så visar räkningen, att verkningsfaktorerna QExt för större alfaområden uppvisar i hög grad konstanta värden. Allmänt låter sig visas, att för d < 0,67 värdet av QExt < l och att för a +-sv går QExt mot gränsvärdet QEXt = 2.

Såsom en första approximation låter sig således signal- förhållandena hos en optisk anordning enligt ekvation (2) för- enklat karakteriseras genom följande uttryck: fVIl'(E)2 - (4) Ur ekvationerna (l) och (4) framgår, att anordningar enligt jonisationsförfarandet för svävande partiklar av va- rierande partikelstorlek uppvisar ett i princip annorlunda signalförhållande än anordningar enligt extinktions~ eller strålspridningsförfarandet. Det är av stor betydelse för apparater, vilka skall påverkas av att signalen översti- ger en för viss 'partikelstorlek och/eller partikelkoncentra- tion ' karakteristisk tröskelnivå och vilka härur exempelvis skall alstra en indikeringssignal. Ifall man för en godtyck- lig partikelstorlek med diameter d eller för en kornstorleks- fördelning av partiklar med genomsnittlig diameter É sätter gensvarströskelnivån för en apparat enligt extinktionsför- farandet lika med gensvarströskelnivån för en apparat enligt jonisationsförfarandet, så blir apparaten enligt extinktions- 7808218-7 förfarandet till följd av beroendet av kvadraten på den genomsnittliga partikeldiametern Ä betydligt okänsligare för mindre svävande partiklar och kommer således att reagera betydligt känsligare för större partiklar. Följaktligen är en apparat som arbetar enligt jonisationsförfarandet mera fördelaktig, då ett linjärt beroende av den genomsnitt- liga partikeldiametern d är utslagsgivande.

I praktiken är enamæmat som alstrar en indikerings- signal enligt extinktionsförfarandet på basis av närvaron av svävande partiklar med dispersiv fördelning, behäftad med den nackdäen aüzden vid en karateristisk sammansättning av över- vägande små svävande partiklar endast påverkas vid mycket höga partikelkoncentrationer eller också icke påverkas alls, medan den för sammansättningar av större svävande partiklar påverkas mvcket tidigt. Speciellt ogynnsamt ter sig detta för- hållande vid närvaro av sådana svävande partiklar vars stor- lek överstiger det medelst apparaten registrerbara spektrumet och vilka därför verkar såsom störande partiklar och redan vid en ringa koncentration kan utlösa en falsk signal. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande och en anordning för genomförande av förfaran- det, vid vilket svävande partiklar kan detekteras eller pâ- visas med ett gynnsammare signalförhållande än det som upp- träder vid ett rent optiskt förfarande, speciellt med ett för jonisationsförfarandet karakteristiskt signalförhållande, emellertid utan nackdelen av den starka radioaktiva strålnings- belastningen som jonisationskammare med användbar känslighet medför. _ Enligt uppfinningen kännetecknas en anordning av det inled- ningsvis nämnda slaget av att den vidare innefattar en jonisa- tionskammare med svag strålningseffekt, och att de elektriska utgângarna på de båda kamrarna är anslutna till ett logiskt kom- _ binationsorgan, i vilket de båda signalerna multiplikativt kom- bineras med varandra.

Genom denna kombination av de bägge inledningsvis be- skrivna förfarandena erhåller man genom logisk kombination av de enligt de_håda karakteristiska ekvationerna vunna utgångs- 7808218-'7 5 signalerna en utgångssignal, som i huvudsak liksom den enligt jonisationsförfarandet vunna utgångssignalen har ett linjärt beroende av produkten av antalet n och genomsnittlig diameter É av de svävande partiklarna. Härvid är emellertid jonisations- kammaren icke avsedd för den egentliga detekteringen utan ute- slutande för styrningen av känsligheten eller reaktíOnStrÖSf keln för en efterkopplad utvärderingsanordning. Härigenom kan strâlningseffekten från den härvid använda radioaktiva strål- ningskällan hållas så låg att strålningsbelastningen av omgiv- ningen är obetydlig.

Detekteringsförfarandet enligt uppfinningen förenar så- ledes fördelarna med det optiska detekteringsförfarandet med jonisationsförfarandets fördelar utan att nackdelarna behöver bibehållas.

Det logiska kombinationsorganet består lämpligen av en elektroniskt styrbar resistiv spänningsdelare, vars styringång» är förbunden med jonisationskammarens utgång, och vars anslut- ningar, som leder spänningen, som skall delas, är anslutna till den optiska kammarens utgång. Det är även möjligt, att förstärk- ningen av en efter den optiska kammaren inkopplad förstärkare styres i beroende av jonisationskammarens utgångssignal. Pâ detta sätt låter sig relativt enkelt den logiska kombinationen enligt uppfinningen av utgângssignalerna från jonisationskamma- ren och den optiska kammaren genomföras.

Den logiska kombinationen av utgângssignalerna från den optiska kommaren och jonisationskammaren med varandra eller Styrningen av reaktionströskeln för en efter den optiska kammaren ansluten utvärderingsanordningsker härvid på ett sådant sätt att vid frånvaro av en tillräckligt hög och defi- nierad utgångssignal från jonisationskammaren är den optiska kammaren okänslig, vilket innebär att reaktionströskeln för utvärderingsanordningen är hög. Med ökande utgångssignal från jonisationskammaren sänkes utvärderingsanordningens ree- aktionströskeln så att vid samtidigt uppträdande av till-- räckliga utgångssignaler från den optiska kammaren och joni- sationskammaren reaktionströskeln kommer att överstigas.

Genom val av logisk kombinationsfunktion låter sig det karakteristiska signalförhållandet i hög grad tillskapas.

Härvid är det linjära förhållandet motsvarande en jonisa-' tionskammare en av ett flertal möjligheter. 7808218-7 6 I det följande skall uppfinningen belysas närmare under hänvisning till bifogad ritning, som visar ett utföringsexem- pel enligt uppfinningen.

Med l betecknas en optisk kammaren som är anordnad att leverera en elektrisk utgângssignal till följd av närvaro av svävande partiklar i ett medium. Kammaren arbetar härvid enligt ett rent optiskt förfarande medelst omvandling av spridning av elektromagnetisk strålning till en elektrisk storhet. Härvid_ används en strålningskälla 2 som exempelvis utgöres av en glöd- lampa eller en lysdiod med strålning inom det synliga eller det infraröda spektralområdet eller av en annan termisk strâlare, och en strålningsmottagare 3, exempelvis en fotodiod eller ett fotomotstånd eller en termisk detektor, medelst vilken en elektrisk utgångssignal alstras på basis av den mottagna op- tiska strålningen. En sådan optisk kammare har beskrivits t.ex. i den tyska utläggningsskriften l 598 226. Med Q betecknas en jonisationskammare, hos vilken ett medium innehållande de svä- vande partiklar, som skall detekteras, finns mellan två platt- elektroder 5,6. Mellan elektroderna 5 och 6 flyter en ström av joniserade molekyler eller atomer av mediumet och låter en yttre elektrisk ström flyta, ur vilken en utgångssignal alstras. En jonisationskälla 7 med svag radioaktiv strålning orsakar jonisationen.1är svävande partiklar är närvarande i mediumet, lagrar sig joniserade molekyler eller atomer på partiklarna, så att jontransporten fördröjs på grund av de svävande partiklarnas tröghet. Härigenom blir jonströmmen mindre. En sådan jonisationskammare har exempelvis beskrivits i den tyska utläggningsskriften l 900 888.

De elektriska utgångarna från den optiska kammaren l och jonisationskammaren 4 leder till en elektronisk resistiv spänningsdelare 8. Härvid levererar utgångssignalen från den optiska kammaren l den spänning som skall delas, medan jonisa- tionskammarens 4 utgångssignal bestämmer delningsförhållandet.

Spänningsdelarens 8 utgång leder till en utvärderingsanordning 9, som exempelvis består av en gränsvärdeškrets. Denna ger å sin sida en utgångssignal för ytterligare bearbetning, exem- pelvis för indikering av närvaro av karakteristiska antal och 7808218 *7 storlekar för de svävande partiklarna, när dess ingångssignal överstiger en på motsvarande sätt inställd tröskelnivå.

Vid frånvaro av svävande partiklar befinner sig anord- ningen i ett vilotillstånd. Såväl den optiska kammaren l som jonisationskammaren 4 levererar ingen utgångssignal. Anord- ningen är okänslig. Spänningsdelaren 8 är inställd på maximal delning, dvs. att spänningsdelningsförhållandet utgångsspän- ning/ingângspänning är litet. Vid närvaro av svävande partik- lar av mindre storlek ökar utgångssignalen från den härför känsliga jonisationskammaren 4 spänningsdelningsförhållandet, dvs. höjer känsligheten för den optiska kammaren eller höjer den till utvärderingsanordningen 9 kommande utgångssignalen från den optiska kammaren l relativt. Detta innebär med andra ord en ändring av utvärderingsanordningens 9 reaktionströs- kel. Ifall den till utvärderingsanordningen 9 kommande delen av utgångssignalen från den optiska kammaren l överstiger gen- svarströskelnivån, så avger utvärderingsanordningen 9 en mot- svarande utgångssignal.

Större svävande partiklar,.som icke passar in i det spektrum som skall detekteras och som skulle leda till fel- signaler, eftersom de orsakar en förhållandevis stor utgångs- signal från den optiska kammaren 1, tillåter således icke ut- värderingsanordningen 9 att påverkas så länge som koncentra- tionen icke blir så stor att även jonisationskammaren 4 leve- rerar en tillräcklig utgångssignal för att minska spännings- delningen, dvs. öka delningsförhållandet utgångsspänning/ ingångsspänning. I normala fall kommer vid sådana störpartiklar den optiska kammarens 1 utgångssignalspänning att delas starkt ned, så att utvärderingsanordningens 9 reaktionströskel icke överstiges. Å andra sidan kan störsignaler hos jonisationskammaren 4, vilka är betingade av det relativt starka grundbruset hos den med avseende på sin strålningseffekt starkt begränsade radio- aktiva strålningskällan 7, icke heller leda direkt till ett gensvar hos utvärderingsanordningen 9, eftersom den endast övergående höjer känsligheten för den optiska kammaren l, dvs. ökar spänningsdelningsförhållandet, varvid emellertid den optiska kammaren l inte levererar någon utgångssignal.

Härav framgår, att kombinationen enligt uppfinningen av 781138218-7 8 de båda förfarandena och den motsvarande anordningen med en optisk kammare l och en jonisationskammare 4 möjliggör en optimal lösning av den uppställda uppgiften: âstadkommande av ett linjärt signalförhållande i beroende av antal och medel- diameter av de svävande partiklar som skall detekteras och en höggradig ókänslighet gentemot störpartiklar. Radioaktiviteten hos den erforderliga strålningskällan 7 kommer ñärvid att ligga långt under ett värde av större betydelse.

Claims (2)

78-08218-7 9 PATENTKRAV

1. Anordning för att påvisa svävande partiklar med en optisk kammare (l) med minst en källa (2) för elektromagnetisk strål- ning och med minst en mottagare (3) för den av partiklarna spridda eller reflekterade strålningen, k ä n n e t e c k n a d av att den vidare innefattar en jonisationskammare (4) med svag strålningseffekt, och att de elektriska utgångarna på bå¿a kamrarna (l, 4) är anslutna till ett logiskt kombinationsorgan (8), i vilket de båda signalerna multiplikativt kombineras med varandra.

2. Anordning enligt kravet l, k ä n n e t e c k n d det logiska kombinationsorganet (8) består av en elektroniskt styrbar resistiv spänningsdelare, vars styringång är förbunden med jonisationskammarens (4) utgång, och vars anslutningar, som leder spänningen, som skall delas, är anslutna till den op- tiska kammarens (l) utgång. av att