SU1179160A1 - Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц - Google Patents

Abstract

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающий соосно и последовательно установленные осветитель , объектив, фокусирующий элемент, выполненный в виде. усеченного эллипсоида вращени , оба фокуса которого лежат на оптической оси регистратора, диафрагму и приемно-анализирующий блок, а также узел формировани  потока частиц через первый фокус о, фокусирующего элемента, отличающийс  тем, что, с целью уменьщени  погрешности при сохранении чзвствительности измерений, в регистратор введены второй фокусирующий элемент и конический отражатель , причем второй элемент идентичен первому и установлен соосно с ним так, что его первый фокус совпадает с вторым фокусом первого фокусирующего элемента, конический отражатель вьшолнен с углом 90 при верщине и установлен так, что второй фокус второго фокусирующего элемента лежит между основанием и верщиной конического отражател , а верппша отражател  направлена в сторону приемно-анализирующего блока, диафрагма вьшолнена с кольцевым (О отверстием и установлена в плоскости, проход щей через вершину конического отражател , причем. средний радиус кольцевого отверсти  выбран равным рассто нию между вершиной конического отражател  и вторым фокусом второго фокусирующего элемента. ;о Од

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности в технике дл  измерени  размеров и концентрации взвешенных частиц, преимущественно аэрозолей микронного диапазона размеров, и может использоватьс  в метеорологии, биологии, медицине, химической технологии. Целью изобретени   вл етс  уменьшение ногрепшостей при сохранении чувствительност измерений за счет оптического формировани  счетного объема с достаточно резкими границами вдоль оси светового пучка. На чертеже представлен предлагаемый реги тратор. Регистратор содержит осветитель 1, объек тив 2, первый и второй фокусирующие элементы 3 и 4, выполненные в виде идентичных у(астков эллипсоида вращени  (вокруг его большой оси), зеркальный кони ческий отражатель 5, диафрагму 6 с кольцевым отверстием, фотоприемник 7 и анализат импульсов 8. Фокус объектива 2 совпадает с первым фокусом 0 первого фокусирующе элемента 3, 0 общий фокус элементов 3 и 4, Оз второй фокус второго фокусирующего элемента 4, С - вершина конического отражател  5, имеющего угол раствора (угол при вершине) - 90°. Диафрагма 6 установлена перпендикул рно оптической оси регистратора в плоскости, проход щей через вершину конического отражател  5 и выполнена с кольцевым отверстием с внутренним радаусом R g, и наружным радиусом R , при чем средний радиус отверсти  R г q где а - длина отрезка з - рассто Fme от вершины конического отражател  5 до второго фокусирующего элемента 4. Ширина отверсти  , где 1 требуемый размер счетного объема вдоль оси регистратора, причем R Р : а + 4 . Узел формировани  потока частиц ( не показан) имеет щирокую заборную трубку (диаметром не менее 1 см) и форми рует поток исследуемых частиц в направлени перпендикул рном плоскости чертежа, причем ось этого узла (ось потока частиц) проходит через фокус 0. Одинарными стрелками обозначены лучи света, рассе нного исследуемыми частицами, двойными - лучи пр мого светового пучка от осветител  1 (света, не рассе нного частицами). Регистратор работает следующим образом. Световой пучок о осветител  1 объективом 2 фокусируетс  в область фокуса 0. , через который пролетают исследуемые частицы Пр мой пучок (нерассе кный свет) поглощаетс  светоловушкой (внутренней частью кони ческого отражател  5), а свет, рассе нный частицами, фокусирующим элементом 3 собираетс  в область фокуса 02, затем попадает на фокусирующий элемент 4 и этим элементом направл етс  в область фокуса Од. В фокусе Og стигматическим будет лишь изображение точки О, , но не малой области вблизи нее, поскольку фокусы эллипса, хот  и  вл ютс  анаберрационными точками, но не  вл ютс  апланатическими. Вследствие этого с помощью только одного фокусирующего элемента 3 нельз  получить достаточно качественное изображение счетного объема. Второй же фокусирующий элемент 4 компенсирует погрешности изображени  в области фокуса 02, которые вносит первый элемент 3. В результате при отсутствии конического отражател  в фокусе Оз сформировалось . бы действительное изображение фокуса 0|, причем это изображение было бы стигматическим не только дл  точки 0 , но и дл  некоторой малой области вблизи точки OY , поскольку увеличение системы э элементов 3 и 4 единице, и в этом случае дл  точек и и и одновременно выполн етс  как условие синусов Аббе, так и условие Герщел . Таким образом, осевой отрезок в области Oj есть стигматическое изображение осевого отрезка в области 0.. При наличии конического отражател  5 изображение в области О у  вл етс  мнимым. Действительное же изображение строитс  в плоскости, перпендикул рной оптической оси и проход щей через точку (, причем изображение каждой осевой точки отражателем 5 трансформируетс  в окружность , центр которой лежит на оси регистратора , а радиус равен рассто нию от данной точки до вершины отражател . Осевой же отрезок трансформируетс  в кольцо, разность наружного и внутреннего радиусов которого равна длине отрезка. Следовательно, диафрагма 6, имеюща  кольцевое отверстие с - Q-I О 1  вл етс  в данной схеме полевой диафрагмой, и в области вдоль оптической оси границы пол  зрени  отсто т от точки OY на рассто ние Таким образом, диафрагма 6 поступает на фотоприемник 7 рассе нный свет только от тех частиц, которые пролетают от точки 0. на рассто нии вдоль оси, не большем -г (свет от частиц, пролетевших на большем рассто нии , задерживаетс  диафрагмой и на фотоприемник не попадает). Электрические импульсы с фотоприемника 7 анализируютс  анализатором 8. В направлении, перпендикул рном оп)« тической оси, счетный объем ограничен диаметром светового пучка. Таким образом, в данной оптической схеме реализуетс  оптическое ограничение счетного объема вдоль оси

светового пучка при достаточно больших апертурных углах фокусирующих элементов, т. е. при высокой чувствительности измерений .

Фокусирующие элементы 3 и 4 могут быть выполнены и в виде усеченных параболоидов вращени . В этом случае рассто  ние между ними может быть в .значительной мере произвольным, поскольку один из фокусов каждого с элемента находитс  на бесконечности .

Угол раствора конического отражател  5 может отличатьс  от 90° и быть равным некоторому значению . В этом случае изображение осевого участка представл ет не

кольцо, а участок конической поверхности с углом раствора 2 У . Дл  уменьшени  аберраций , обусловленных конечным диаметром светового пучка (т. е. конечными. размерами счетного объема в направлении, перпендикуг л рном оптической оси), кольцевое отверстие диафрагмы должно быть выполнено не в плоскости, а на поверхности конуса с углом раствора 2 У , причем плоскость, проход ща  через среднюю линию отверсти , должна находитьс  от вершины отражател  5 на рассто нии о sin (У- 90). При этом

R ; Q COS (V - 9О ) ; RH -Rfc- Pcos ( ,

Claims (1)

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РЕГИСТРАТОР ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ, включающий соосно и последовательно установленные осветитель, объектив, фокусирующий элемент, вы- _€ полненный в виде усеченного эллипсоида вращения, оба фокуса которого лежат на оптической оси регистратора, диафрагму и приемно-анализирующий блок, а также узел формирования потока частиц через первый фокус фокусирующего элемента, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности при сохранении чувствительности измерений, в регистратор введены второй фокусирующий элемент и конический отражатель, причем второй элемент идентичен первому и установлен соосно с ним так, что его первый фокус совпадает с вторым фокусом первого фокусирующего элемента, конический отражатель выполнен с углом 90° при вершине и установлен так, что второй фокус второго фокусирующего элемента лежит между основанием и вершиной конического отражателя, а вершина отражателя направлена в сторону приемно-анализирующего блока, диафрагма выполнена с кольцевым отверстием и установлена в плоскости, проходящей через вершину конического отражателя, причем. средний радиус кольцевого отверстия выбран равным расстоянию между вершиной конического отражателя и вторым фокусом второго фокусирующего элемента.

   SU ,.„1179160

   Iί 79160