SU1208496A1 - Способ измерени размера частиц и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ измерени  размера частиц, заключающийс  в облучении потока частиц двум  когерентньми пучками различной частоты и регистрации электрического сигнала, образуемого после оптического гетеродини- ровани  рассе нного излучени , по которому суд т о размере частиц, о т- лича ющий с  тем, что, с целью повьшени  точности измерени  путем уменьшени  погрешности, обусловленной неравномерностью освещенности области измерени , облучающие пучки выбирают одинаковой интенсивности , вектора пол ризации пучков ориентируют в одном направлении или взаимно ортогонально, рассе нное излучение собирают в направлении, не совпадающем с плоскост ми колебаний электрического и магнитного векторов излучений дл  каждого из облучающих пучков, регистрируют посто нную и переменную составл ющие рассе нного излучени , определ ют коэффициент пол ризационного согласовани  Kfj двух смешивав№1х волн, равный квадрату соотношени  переменной и посто нной составл ющих рассе нного излучени , и по значению Кп суд т о размере частиц. 2, Устройство дл  измерени  размера частиц, содержащее лазер, расположенные по оптической оси лазера два фокусирующих объектива, четвертьволновую пластинку, электрооптический кристалл и зеркало, а также собирающий объектив, .оптическа  ось которого расположена под углом 90 к оптической оси лазера, фотоприемник, расположенный на оптической оси собирающего объектива, генератор высокой частоты, подключенный к электрооптическому кристаллу, селективный усилитель, подключенный к фотопри емнику, и амплитудный анализатор импульсов, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в нем дополнительно установлены второй собирающий объектив и фотоприемник, фильтр низкой частоты, линейный детектор . огибающей, два усилител , измеритель отношени  напр жений и устройство возведени  в квадрат, причем оптические оси двух собирающих объективов располагаютс  в плоскости, перпендикул рной оптической оси лазера , и симметрично относительно оси, лежащей в этой плоскости и проход щей через оптическую ось лазера перпендикул рно к плоскости пол ризации излучени  лазера, второй фотоприемник расположен на оптической оси второго собирающего объектива и выход его через фильтр низкой i СЛ С tc о 00 4;;tk со О5

Description

частоты и усилитель подключен к первому входу измерител  отношени j выход селективного усилител  соединен с входом линейного детектора огибающей, выход которого через усилитель подключен к второму входу

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  р азмеров и кой центраций частиц в движущихс  жидких и газообразных средах оптичес- }:.ими средствами.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  путем уменьшени  погрешности, обусловленной неравномерностью .ocвeщe нocти области изйерени .

На чертеже изображена схема устройства дл  осуществлени  способа измерени  размеров частиц.

Устройство состоит из лазера 1 излучающего линейно пол ризованный, например, в вертикальной плоскости луч 2, фокусирующего объектива 3, собирающего излучение в области измерени  4, через которую движет- с  исследуемый поток частиц 5, второго объектива 6, четвертьволновой, фазовой пластинки 7, электрооптического кристалла 8, помещенного в круговое четвертьволновое вращаю- щеес  электриче скоа поле, зеркала 9, отражающа  поверхность которого перпендикул рна лучу лазера„ собирающие рассе нный свет 10 и 11 объективы 12 и 13, аперту1жые диаф- рагмы 14 и 15, фотоприемники 16 и 17, селективный усилитель 18, линейный детектор огибающей 19, усилитель 20, измеритель 21 отношений напр жений, фильтр 22 низкой частоты усилитель 23, устройство 24 возведе ни  в квадрат, амплитудный анализатор 25 импульсов, генератор 26.

Сущность способа измерени  размеров частиц заключаетс  в следующем.

lEeJ и движ уща с  в потЪке частдаа; облучаетс  двум  когерентными лучами различной частоты u) и ), где разница частот этшС лучей.

измерител  отношени , выход измерител  отношени  соединен с входом устройства возведени  в квадрат , выход которого соединен с амплитудным анализатором им- , пульсов.

причем вектор скорости потока направлен перпендикул рно разностному волновому вектору двух облучающих лучей, то в этом случае при оптическом гетеродинировании рассе нного излучени , принимаемого в определенном направлении, где на выходе фотоприемника образуетс  сигнал I:

( Ps)cosao,t +

. , CD

коэффициент пропорциональности;

мощности рассе нного излучени , регистрируемые фотоприемником при облучении частицы соответственно первым и вторым облучающим лучом;

к- 2JaZ; &jL

%. PS,

коэффициент амплитудного согласовани  двух смешиваемых на фотоприемнике лучей;

Кр, - коэффициент пол ризационного согласовани  двух смешиваемых на фотоприемнике волн, определ емый через элементы матрицы когерентности первой и второй рассе нной волны;

- разность частот лучей; t - врем ; t - фаза сигнада. Если прием рассе нного излучени  осуществл етс  в направлении распространени  двух волн с равной интенсивностью, то Кд 1. Следовательно , измерив амплитуду переменной составл ющей фототока 1л/ |1 f KnCPs PS и посто нную соетавл ющую фототока 1, (Pj, Р ),

, - Д о J

МОЖНО рассчитать Kj по формупе

кп (-i- )

(2)

Значение Kfj измен етс  от нул  до единицы и зависит от размеров частиц. Расчеты, выполненные на основе теории рассе ни  Мц, показывают , что дл  заданного диапазона размеров частиц с известными оп- Фическими свойствами существует сво  градуированна  характеристика, в соответствии с которой значение К/й монотонно возрастает в пределах измерительного диапазона размеров с увеличением размера частиц.

Расчеты, выполненные на основе векторной теории рассе ни , показывают , что с учетом зависимости 1л, и К от угла направлени  приема рассе нного излучени , дл  регистрации 1 и I- достаточно выбрать два направлени , симметричных относительно оси, расположенной перпендикул рно оптической оси облучающих лучей и вектору скорости потока частиц.

Таким образом, рассчитав по результатам измерений 1 и I- коэффициент пол ризационного согласовани  К с помощью соответствующих градуировочных графиков, можно однозначно определить размер частиц.

Устройство дл  осуществлени  способа измерени  размера частиц работает следующим образда.

Область измерений 4 в исследуемом потоке частиц 5 облучаетс  когерентным лучом 2 от лазера 1 и отраженным от зеркала 9 после прохождени  четвертьволновой фазовой пластинки 7 и электрооптического кристалла 8, на который от генератора 26 подаютс  два сигнала в квадратуре, имеющие одинаковую частоту и равные

четвертьволновые напр жени . От1 ажаю- щий луч после повторного прохождени 

через электрооптический кристалл 8 и четвертьволновую фазовую пластинку 7 имеет линейную вертикальную по- л ризацию и сдвинут по частоте относительно частоты луча 2 на величинуи )| . .

Объективы 3 и 6 фокусируют оба луча в области 4 измерений. С помощью объективов 12 и 13 и апертурных

диафрагм 14 и 15 рассе нное излучение собираетс  в направлени х, симметричных относительно оси, расположенной перпендикул рно onти ikcкoA оси облучающих лучей и вектору скот- рости потока частиц, направл етс  на фотоприемники 16 и 17, причем амплитуда переменной составл ющей фототока регистрируетс  с помощью селективного усилител  18, линейно го детектора огибающей 19 и усилител  20, а посто нна  составл юща  фототока регистрируетс  с помощью фильтра 22 низкой частоты, усилител  23, далее измеритель 21 отношений напр жений,

устройство 24 возведени  в квадрат и амплитудный анализатор импульсов производ т обработку составл ющих фототока и определение размеров частиц .

Редактор Л.Авраменко

Составитель Г.Плешков

Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 252/55Тираж 770 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ПГШ Патент, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

Claims (2)

1, Способ измерения размера частиц, заключающийся в облучении потока частиц двумя когерентными пучками различной частоты и регистрации электрического сигнала, образуемого после оптического гетеродинирования рассеянного излучения, по которому судят о размере частиц, о тлича'ющий ся тем, что, с целью повышения точности измерения путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью освещенности области измерения, облучающие пучки выбирают одинаковой интенсивности, вектора поляризации пучков ориентируют в одном направлении или взаимно ортогонально, рассеянное излучение собирают в направлении, не совпадающем с плоскостями колебаний электрического и магнитного векторов излучений для каждого из облучающих пучков, регистрируют постоянную и переменную составляющие рассеянного излучения, определяют коэффициент, поляризационного сог ласования двух смешиваемых волн, равный квадрату соотношения переменной и постоянной составляющих рассеянного излучения, и по значению судят о размере частиц.

2. Устройство для измёрения размера частиц, содержащее лазер, расположенные по оптической оси лазера два фокусирующих объектива, четвертьволновую пластинку, электрооптический кристалл и зеркало, а также собирающий объектив, .оптическая ось которого расположена под углом 90° к оптической оси лазера, фотоприемник, расположенный на опти- В ческой оси собирающего объектива, генератор высокой частоты, подключенный к электрооптическому кристаллу, селективный усилитель, подключенный к фотопрйемнику, и амплитудный анализатор импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем дополнительно установлены второй собирающий объектив и фотоприемник, фильтр низкой частоты, линейный детектор огибающей, два усилителя, измеритель отношения напряжений и устройство возведения в квадрат, причем оптические оси двух собирающих объективов располагаются в плоскости, перпендикулярной* оптической оси лазера, и симметрично относительно оси, лежащей в этой плоскости и проходящей через оптическую ось лазера перпендикулярно к плоскости поляризации излучения лазера, второй фотоприемник расположен на оптической оси второго собирающего объектива и выход его через фильтр низкой

SU ,,„1208496 частоты и усилитель подключен к первому входу измерителя отношения, выход селективного усилителя соединен с входом линейного детектора огибающей, выход которого через усилитель подключен к второму входу измерителя отношения, выход измерителя отношения соединен с входом устройства возведения в квадрат, выход которого соединен с амплитудным анализатором им- , пульсов.