SU1363022A1 - Лазерный измеритель размеров и дисперсного состава частиц - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  размера и дисперсного состава твердых частиц, присутствующих в жидкой или газообразной среде, оптическими средствами. Цель изобретени  сост-оит в повышении помехоустойчивости , чувствительности и точности измерени  размеров и дисперсного состава частиц. Анализируемые частшда облучают пучком когерентного света, содержащего две частотные ком- поренты, в результате чего в измерительной зоне создаютс  два интерфе- . ренционных пол  с взаимно ортогональными линейными состо ни ми пол ризаций и движением интерференционных картин в противоположные стороны. Положительный зффект достигаетс  за счет исключени  вли ни  случайной фазовой модул ции вьодел емого сигнала и исключением вли ни  допплеровского сдвига частоты частиц, движущихс  с большой скоростью. 3 з.п. ф-лы, 2 ил. (Л

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  размера и дисперсного состава твердых частиц, присутствующих в зкидкой или газообразной среде, оптическими средствами.

Цель .изобретени  - повьшение цоме- хоустойчивости, чувствительности и точности измерени  размеров и дисперсного состава частиц.

На фиг.1 изображена блок-схема лазерного измерител  размеров и дисперсного состава частиц; на фиг.2 - блок-схема расщепител .

Лазерный измеритель рйзмеров и дисперсного состава частиц содержит лазер 1, излучающий на частоте f, частотосдвигающий блок 2, блок 3 опдвух взаимно перпендикул рных направлени х , лежащих в плоскости, перпендикул рной оптической оси кристалла

10

27. От генератора 17 на частоте f подаютс  два четвертьволновых напр жени , сдвинутых по фазе на 90°. Таким образом, на выходе частотосдви- гающего блока образуетс  суперпозици  двух пространственно-совмещенных пучков излучени  с линейными взаимно ортогональными состо ни ми пол ризации (например, один горизонтально, а другой вертикально пол ризованный),

U

имеющих различные частоты f, и

fo+f .

где tg - частота излучени  лазера 1. Затем пучок излучени  проходит оптическую корректирующую систему 3 и коллиматор 8 и поступает на расщепитической коррекции,- коллиматор 4, рас-20 тель 5, на выходе которого формируют- щепитель 5-, формирующий два световых с  пучки 6 и 7, представл ющие собой

пучка 6 и 7 равной интенсивности, пересекающихс  в зоне 8 измерений, полуволновую пластину 9, первую 10, вторую 11 и третью 12 собирающие лин- зы, аппертурную диафрагму 13, первый 14 и второй 15 фотоприемники, блок 16 регистрации, генератор 17, удвоитель 18 частоты и пол ризационный расщепитель 19.

Блок 16 регистрации содержит первый 20, второй 21 и третий 22 фильтры верхних частот, смеситель 23, синхронный детектор 24-и амплитудный анализатор 25.

Частотосдвигающий блок 2 содержит первую четвертьволновую пластину 26, электрооптический кристалл 27 и вторую четвертьволновую пластину 28.

Расщепитель 5 содержит расщепитель ную цризму 29, поворотную призму 30 и призму 31.

Лазерный измеритель размеров и дисперсного состава частиц работает следующ1-ш образом.

Лазер 1 излучает линейно пол ризованный пучок с азимутом 0/ 45°, которое направл етс  на вход частото- сдвигающего блока 2, состо щего из последовательно установленных первой четвертьволновой пластины 26, электрооптического кристалла 27 и второй четвертьволновой пластины 28, причем перва  26 и втора  28 четвертьволновые пластинки установлены с азимутом

оси, равным р О , а поворотна  ось третьего пор дка электрооптического кристалла 27 совпадает с направлением распространени  лазерного пучка, в

13630222

двух взаимно перпендикул рных направлени х , лежащих в плоскости, перпендикул рной оптической оси кристалла

27. От генератора 17 на частоте f подаютс  два четвертьволновых напр жени , сдвинутых по фазе на 90°. Таким образом, на выходе частотосдви- гающего блока образуетс  суперпозици  двух пространственно-совмещенных пучков излучени  с линейными взаимно ортогональными состо ни ми пол ризации (например, один горизонтально, а другой вертикально пол ризованный),

U

имеющих различные частоты f, и

fo+f .

суперпозицию двух пространственно совмещенных пучков излучени  с различными частотами fp и f. , причем излучени  с согласованным состо нием пол ризации пучков 6 и 7 также имеют различные частоты f и f, что позво- -л ет получить в зоне 8 измерени  два интерференционных пол  с одинаковыми периодами и взаимно ортогональными состо ними пол ризации, с движущимис  с одинаковой скоростью в противоположных направлени х картинами интерференционных полей. При движении потока с частица1-1И через зону измерени  необходимо обеспечить одночас- тотный режим работы схемы, что ограничивает концентрацию частиц. Размер частиц должен быть меньше периода интерференционного пол .

Рассе нное на движущейс  в зоне В измерени  частице излучени  собираетс  линзой 10, оптическа  ось которой совпадает с осью схемы в пределах апертурной диафрагмы 13, и после пространственного расщеплени  пол ризационной призмой 19 горизонтально пол ризованное излучение направл етс  линзой 11 на фотоприемник 14, а вертикально пол ризованное излучение направл етс  линзой 12 на фотоприемник 15.В результате оптического гетеро- динировани  на выходе фотоприемника 14 образуетс  переменна  составл юща  сигнала на частоте f f - df,

Г

i( t)A(t)(uJ,-W )t -i/J,

е U), 2/if 1 ;

L0j 2;Mf 2T/ (K, - K) IP, V(K,- K,)t,; A(t)- амплитуда высокочастотной составл ющей сигнала, значение которой при равномерной освещенности зоны измерени  определ етс  размером частицы, проход щей через зону измерени ;

pi - волновой вектор облучающего 1,2 пучка;

V - скорость п-ой частицы, проход щей через зону измерени ;

момент вхождени  п-ой частицы в зону измерени ; доплеровска  частота.

Wu На выходе фотоприемника 15 образу-2о Щепительной.призмы 29, дел щего еГо на

етс  переменна  составл юща  сигнала на частоте f ci f , + f.

) A(t)cos((j,+W2)t .

Таким образом, на выходе фотоприемников 14 и 15 образуютс  высокочастотные сигналы одинаковой амплитуды , представл ющие собой радиоимпуль35

40

сы с огибающей, близкой к пр моуголь- зо Ричных оптической оси схемы и пере- ной форме, имеющих различные частоты, величина которых определ етс  скоростью движени  частицы, относительно интерференционных полей зоны 8 измерени . Следует отметить, что рассеивающие частицы расположены в потоке случайным образом, поэтому фазы рассе нных на них волн также случайны, что приводит к случайной фазовой модул ции высокочастотного сигнала на выходе фстоприемника, причем случайные фазы на выходах фотоприемников 14 и 15 равны по величине, но имеют противоположные знаки, что обеспечиваетс  созданием в зоне 8 измерени  двух интерференционных полей с взаимно ортогональными линейными состо ни ми пол ризации и движением интерференционных картин в противоположные стороны.

Сигналы с частотами f и f с выходов фотоприемников 14 и 15 выдел ютс  фильтрами 20 и 21 верхних частот и поступают на первый и второй входы смесител  23, на выходе которого с помощью фильтра 22 верхних частот вьщел етс  сигнал суммарной

45

50

секающихс  с ней в зоне 8 измерени . На выходе расщепител  5 на пути одного из пучков излучени  установлена полуволнова  пластинка 9 с возможнос тью изменени  состо ни  пол ризации- пучка излучени  на взаимно ортого-

нальное.

I

Таким образом, пучки 6 и 7 излучени  представл ют собой суперпози цию двух пространственно совмещенных пучков излучени , причем колебание электрического вектора одного из них перпендикул рно плоскости облучающих пучков, а другого вектора - параллельно этой плоскости, кроме того, параллельные колебани  электрических векторов пучков 6 и 7 излучени ,- а также взаимно ортогональные колебани  электрических векторов про странственно совмещенных пучков излу чени  имеют различные частоты f и f

55

Claims (3)

1. Лазерньш измеритель размеров и дисперсного состава частиц, содержащий лазер и последовательно размещенные на его оптической оси, оптичастоты f + f 1 2f, величина которой не зависит от скорости V час

630224

тнцы и, кроме того, этот сигнал не подвержен случайно фазовой модул ции, что существенно упрощает дальнейшую обработку полезного сигнала. Далее сигнал с смесител  23 через фильтр 22 верхних частот поступает на первый вход синхронного детектора 24, на второй вход которого поступа- 1Q ет сигнал через удвоитель 18 частоты с выхода генератора 17 высокой частоты . Выделенный с помощью синхронного детектора 24 сигнал с амплитудой , пропорциональной размеру частиц. 15,поступает на вход амплитудного анализатора 25 импульсов.

Расщепитель 5 работает следующим образом.

Пучок света поступает на вход расдва пучка равной интенсивности, один из которых не измен ет своего направлени , а второй направл етс  на поворотную призму 30, выполненную с 25 возможностью создани  на выходе па- .раллельного пучка, которые направл ютс  на призму 31, на выходе которой формируютс  два пучка 6 и 7 излучени  с равной интенсивностью, симмет

Ричных оптической оси схемы и пере-

секающихс  с ней в зоне 8 измерени . На выходе расщепител  5 на пути одного из пучков излучени  установлена полуволнова  пластинка 9 с возможностью изменени  состо ни  пол ризации- пучка излучени  на взаимно ортого-

нальное.

I

Таким образом, пучки 6 и 7 излучени  представл ют собой суперпозицию двух пространственно совмещенных пучков излучени , причем колебание электрического вектора одного из них перпендикул рно плоскости облучающих пучков, а другого вектора - параллельно этой плоскости, кроме того, параллельные колебани  электрических векторов пучков 6 и 7 излучени ,- а также взаимно ортогональные колебани  электрических векторов пространственно совмещенных пучков излучени  имеют различные частоты f и f .

55

Формула изобрете-ни 

1. Лазерньш измеритель размеров и дисперсного состава частиц, содержащий лазер и последовательно размещенные на его оптической оси, оптически сопр женные с ним частотосдви- гающий блок, вход которого соединен с первым выходом генератора, расщепитель , перва  и втора  собирающие линзы с аппертурной диафрагмой между ними, первый фотоприемник, выход которого соединен с первым входом блока регистрации, отличающий t   тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости, чувствительности и точности, в него введены блок оптической коррекции, коллиматор , полуволнова  пластинка, пол ри- зационньй расщепитель, треть  собирающа  линза, второй фотоприемник, удвоитель частоты, причем блок оптической коррекции и коллиматор размещены последовательно на оптической оси лазера между частотосдвигающим блоком и расщепителем, пол ризационный расщепитель установлен между аппертурной диафрагмой и второй собирающей линзой, второй фотоприемник сопр жен оптически через третью собирающую линзу с расщепителем, расщепителе , выполнен с возможностью формировани  двух пучков света, сим- метричио наклоненных относительно оптической оси лазера и пересекающихс  на оптической оси лазера в зоне прокачки с исследуемыми частицами, полуволнова  пластина установлена между расщепителем и зоной пересечени  его выходных пучков на пути .одного из них, а второй выход генератора через блок удвоени  частоты соединен с вторым входом блока регистрации, третий вход которого соединен с выходом второго фотоприемника.

2.. Измеритель поп,1, отличающийс  тем, что блок ре

гистрации содержит первый, второй и третий фильтры верхних частот, смеситель , синхронный детектор и амплитудный анализатор, причем первый и третий входы блока регистрации через соответственно первый и второй фильтры верхних частот соединены соответственно с первым и вторым входами смесител , выход которого через третий фильтр верхних частот соединен с вторым входом синхронного детектора, первый вход которого соединен с вторым входом блока регистрации, а выход - с входом амплитудного анализатора .

3. Измеритель по пп,1 и 2, о т - личающийс  тем, что часто- тосдвигающий блок выполнен в виде последовательно установленных первой четвертьволновой пластинки, злектро- оптического кристалла и второй четвертьволновой пластинки, причем элек- трический вход электрооптического кристалла соединен с входом частото- сдвигающего блока.

4, Измеритель по пп.1-3, о т л и - чающийс  тем, что расщепитель выполнен в виде расщепительной призмы , поворотной призмы и призмы, установленных так, что входна  грань расщепительной призмы  вл етс  входом расщепител , перва  входна  грань призмы сопр жена оптически с первой выходной гранью расщепительной призмы , втора  входна  грань призмы сопр жена оптически через поворотную призму с второй выходной гранью расщепительной призмы, а выходна  грань призмы  вл етс  выходом расщепител .

.

J 13

11

Фиг. 2

Редактор А.Ревин

Составитель Р.Иванов Техред А.Кравчук

Заказ 6395/31 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Корректор А.0бруча