SU1474526A1 - Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц - Google Patents

Abstract

Изобретение может быть использовано в электронной и химической промышленности, в гидрометеорологии дл  контрол  запыленности газов и жидкостей. Цель изобретени  состоит в повышении надежности и чувствительности устройства за счет упрощени  его конструкции и уменьшени  световых потерь. Это достигаетс  благодар  определенной форме выполнени  фокусирующего зеркала, выбору его параметров и ориентации по отношению к осветителю и фотоприемному устройству. 1 з.п.ф-лы,3 ил.

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  размеров и концентрации , взвешенных частиц микронного диапазона размеров и может использоватьс  в электронной, химической пррмышлен- ности, гидрометеорологии, дл  контрол  запыленности газов и жидкостей.

Цель изобретени  - повышение надежности за счет упрощени  конструкции и повышение чувствительности за счет уменьшени  световых потерь.

На фиг. 1 представлена блок-схема регистратора; на фиг. 2 - фокусирующее зеркало, вид в плоскости главного сечени ; на фиг. 3 - то же, в перпендикул рной ей плоскости, параллельной оптической оси осветител .

Регистратор содержит осветитель 1, формирующий световой пучок 2, ось которого проходит через первый фокус О, фокусирующего зеркала 3. Это зер- - кало выполнено в виде участка эллипсоида , образованного вращением вокруг большой полуоси О, 0 эллипса с большой осью 2А, фокусами О,, 0 и фокусным рассто нием f . Зеркало 3 установлено так, что его больша  ось перпендикул рна оси светового пучка 2. Фокус О, совпадает с точкой пересечени  оси пучка 2 и оси узла 4, формирующего с помсщью воздуходувки 5 поток исследуемой среды. Зеркало 3 выполнено таким образом, что его угловой размер относительно фокуса 0 равен (фиг. 1 и 2) дл  любого азимутального угла об, т.е. в любой плоскости, проход щей через ось светового пучка 2. Со стороны, ближайшей

4

Ј СЛ Ю

О5

к фокусу 04, в зеркале 3 выполнено от отверстие 6, соосное с большой осью эллипса, причем угловой размер отверсти  относительно фокуса 0 также ра- вен . Объектив 7 установлен соос- но с большой осью эллипса снаружи зеркала со стороны отверсти  и оптически св зывает плоскость, в которой расположена диафрагма 8 пол  зрени , с плоскостью, проход щей через фокус О, перпендикул рно большой оси эллипса . За диафрагмой 8 пол  зрени  установлен приемно-анализирующий блок 9.

Регистратор работает следующим об- разом.

Световой пучок 2 от осветител  1 проходит через поток исследуемой среды , формируемый узлом 4 с помощью воздуходувки 5. При наличии в потоке ,взвешенных частиц световой пучок частично рассеиваетс  на этих частицах. Рассе нный свет в пределах определенного телесного угла (близкого к 4 iTsincf0) фокусирующим зеркалом 3 направл етс  в отверстие 6. Далее этот свет объективом 7 собираетс  на диафрагму 8 пол  зрени , котора  ограничивает поле зрени  в направле- нии оси пучка 2. Прошедший через диафрагму 8 свет попадает на приемно- анализирующий блок 9. При этом о размерах частиц суд т по амплитудам импульсов рассе нного света, а о концентрации - по средней частоте повторени  указанных импульсов.

Рассмотрим подробнее ход световых лучей в зеркале 3 (фиг. 2). Положим, что взвешенна  частица находитс  в фокусе 0 . Поскольку зеркало симмет- рично относительно большой оси, рассмотрим ход лучей только в верхней половине зеркала. В плоскости главного сечени  (фиг. 2) световые лучи, вышедшие из фокуса 0( (за счет рас- се ни  на частице) под любым углом, в конце концов об зательно попадут в отверстие 6 непосредственно.

Лучи, рассе нные в пределах угла Ср(фиг. 2), отражаютс  зеркалом 3, проход т фокус Ог, вновь отражаютс  зеркалом 3 (нижней половиной), проход т фокус О , и выход т в отверстие 6. Возможное экранирование частицей этих световых лучей может иметь зна

чение лишь -дл  сравнительно крупных частиц (единицы микрометров), наход - .щихс  строго в фокусе О, зеркала идеальной формы. Но, поскольку части

0 о

д с

5

5

цы движутс  через световой пучок, то веро тность их пребывани  в фокусе несравненно меньше веро тности их пребывани  в окрестности фокуса (диаметр светового пучка в районе фокуса 01 много болыпе максимального размера частиц). Кроме того, неизбежные погрешности изготовлени  зеркала привод т к размытию изображени ,т.е. к уменьшению экранировани . Практически это экранирование на измерение не вли ет.

Лучи, рассе нные в пределах угла ср , отражаютс  зеркалом 3, проход т фокус Ог, отражаютс  зеркалом 3 (нижней половиной), проход т фокус О в пределах угла ср, . Далее эти лучи еще после двух отражений от зеркала 3 выход т через отверстие 6, испытав в общей сложности четыре отражени .

Наконец, лучи, рассе нные в пределах угла (фиг. 2), отразившись от зеркала 3 один раз, также проход т отверстие 6. При этом выход щий из отверстий 6 пучок имеет вид конуса с вершиной в фокусе 02 , в то врем  как выход щий из отверсти  6 пучок, обусловленный рассе нием в пределах угла Cf0 + Ср, + ср, имеет вид конуса с вершиной в фокусе Of .

Таким образом, максимальное количество отражений от зеркала равно четырем. Это  вл етс  следствием соотношени  fb a( + 1-tgCj)), а фиг. 2 соответствует случаю равенства в этом соотношении. Если изменить знак неравенства на противоположный , то максимальное количество отражений может быть равно шести и более. Ясно, что чем меньше количество отражений, тем меньше световые потери в зеркале и тем выше чувствительность измерений..

Рассмотрим ход световых лучей в пределах угла 2 в плоскости,проход щей через ось пучка 2 и составл ющей с большой осью эллипса некоторый угол;/ (фиг. 1). Если oi( + + if (фиг. 3), то световые лучи после отражени  зеркалом 3 и прохода через фокус 0 полностью попадает вновь на зеркало 3 и затем проход т через отверстие 6 (зеркало 3 имеет максимальный размер в направлении, параллельном оси пучка 2, как раз в том месте, где на него падают лучи, рассе нные под углом oi 1р0 + Ч1, )

Если oi + Ц( то световые лучи полностью попадают на зеркало 3 первый раз, но затем, после прохождени  фокуса 0, второй раз на зеркало попадает лишь часть лучей, а оставшиес лучи проход т мимо зеркала. В этом случае лучи распростран ютс  в напралении большой оси от фокуса О, к фо

кусу С , причем в указанном направле нии размер зеркала уменьшаетс  (фиг. 3), что приводит к потере части световых лучей. Потери эти увеличиваютс  с увеличением oL , тем более что аналогичные потери имеют место и при третьем попадании лучей на зеркало (после прохождени  фокуса О,).

-

В предельном случае, при Р 1Г , из света, рассе нного в пределах плоского угла 2ср0, через отверстие 6 пройдет лишь пучок, рассе нный в пределах угла .

В регистраторах подобного типа наиболее важным  вл етс  формирование достаточно резких границ пол  зрени  в направлении оси пучка. В перпендикул рном этой оси направлении так называемый счетный объем регистратора ограничен диаметром светового пучка, т.е. размер диафрагмы пол  зрени  в этом направлении существенной роли не играет, и соответствующее размытые границ допустимо сравнительно большое.

В рассматриваемом регистраторе в Плоскости, проход щей через ось осветител , световые лучи имеют апертур- ный угол и границы пол  зрени  вдоль указанной оси формируютс  в хоне именно этих лучей. В этом случае размытие границ определ етс  отступлением формы зеркала от формы фи- груры вращени , т.е. отступлением формы любого сечени  зеркала в плоскос

ти, перпендикул рной большой оси эллипса, от формы дуги окружности.Такие отступлени  значительно легче контролировать (и, соответственно, уменьшить до приемлемой величины),

чем отступление от формы эллипсоида, i ,

В репендикул рной плоскости (в

плоскости главного сечени ) апертурны угол рассе нных лучей близок к 21Г , и хот  выход щие из зеркала 3 лучи

эллипса . Однако размытие в указанной плоскости на погрешности измерений практически не вли ет.

Таким образом, в предлагаемом регистраторе значительно ниже требовани  к точности изготовлени  и установке оптических элементов, благодар  чаму повышаетс  надежность работы регистратора ,

Claims (2)

1. Фотоэлектрический регистратор взвешенных частиц, содержащий осветитель , оптически св занный через фокусирующее зеркало и диафрагму пол  зрени  с приемно-анализирующим блоком , а также узел формировани  потока исследуемой среды, причем фокусирующее зеркало выполнено в виде части эллипсоида вращени  и установлено так, что первый его фокус совпадает с точкой пересечени  оптической оси осветител  и оси потока исследуемой среды, отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности за счет упрощени  конструкции, регистратор дополнительно содержит объектив, фокусирующее зеркало установлено так, что больша  ось эллипсоида перпендикул рна оптической оси осветител , и выполнено таким образом, что угловой размер его относительно первого фоку- са одинаков в любой плоскости, проход щей через ось осветител , а в области , ближайшей к первому фокусу, в фокусирующем зеркале выполнено отверстие , соосно большой оси эллипсоида, угловой размер этого отверсти  относительно первого фокуса равен угловому размеру зеркала относительно его первого фокуса, объектив установлен между диафрагмой пол  зрени  и фоку- сирующим зеркалом на большой оси эллипсоида вращени  со стороны отверсти  в зеркале, а диафрагма пол  зре- ени  установлена в плоскости, оптически сопр женной объективом с плос- костью, проход щей чере первый фокус зеркала перпендикул рно большой оси эллипсоида.

2. Регистратор по п.1, о т л и - чающийс  тем, что, с целью

имеют в этой плоскости угол раствора gg повышени  чувствительности за счет

, границы пол  зрени  в направлении , перпендикул рном оси пучка, будут в значительной степени размыты вследствие неапланатичности фокусов

уменьшени  световых потерь, в фокусирующем зеркале фокусное рассто ни f и больша  полуось а эллипсоида вр щени  св заны соотношением

уменьшени  световых потерь, в фокусирующем зеркале фокусное рассто ние f и больша  полуось а эллипсоида вращени  св заны соотношением