SU1508742A1

SU1508742A1 - Способ определени параметров дисперсных частиц

Info

Publication number: SU1508742A1
Application number: SU874298601A
Authority: SU
Inventors: И.А. Тихомиров; Ю.Д. Копытин; О.Г. Новиков; С.Ф. Баландин; В.Ф. Мышкин
Original assignee: Институт Оптики И Атмосферы Со Ан Ссср; Томский политехнический институт им.С.М.Кирова
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1987-08-19
Publication date: 1992-07-07

Abstract

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим дистанционным методам контрол параметров взвешенных дисперсных частиц,и может найти применение в плазмохимиче- ской технологии. Цепь изобретени состоит в расширении информа гивноИзобретение относитс к контрольно-измерительной технике, в частности к методам дистанционного оптического контрол параметров взвешен - ных дисперсных частиц, и может найти применение, например, в плаз- мохимнческой технологии. Цель изобретени состоит в расширении информативности за счет дополнительного определени распределени частиц по размерам. сти за счет дополнительного определени распределени частиц по рав мерам. Объем с дисперсными частицами зондируют пучком маломощного лазерного излучени о Излучение, отраженное частицами, назад, оптически смешивают с зондирующим измерением, регистрируют частотный спектр бие- НИИ, из которого наход т распределение частиц по скорост м, затем одновременно с зондирукицим лазерным излучением счетньй объем подвергают воздействию мощного лазерного импульса на длине волны, отличной от длин волны зондирующего лазерй. По изменению частотного спектра биений отраженного зондирующего лазерного излучени определ ют распределение частиц по размерам. Из- ; менение допплеровского спектра биений возникает за счет нелинейных эффектов взаимодействи мощного лазерного измерени с дисперсными частицами , в результате которого частицы приобретают дополнительную скорость . 1 ил. На чертеже изображена структурна схема устройства, реализующего спо- соб определени параметров дисперсных частиц. Устройство содержит зондирующий лазер 1, первое 2 и второе 3 зеркала телескопа, светоделитель1ную пластину 4, светофильтр 5, фотоприемник 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, цифроаналоговьвЧ преобразователь (ЦЛП) 8, aHajDi;iaTop 9 спектра. g (Л ел о 00 1Й1 N9

Description

мощиьй импульсный лазер 10, ЭВМ 11 и исследуемый объем 12 (условно). Устройство работает следуюпаж образом.

Излучение зондирующего лазера 1 направл етс в исследуемый объем 12. Отраженное от дисперсных частиц излучение, проход резонатор лазера 1, усиливаетс , отражаетс от све- тоделительной пластины 4, проходит через светофильтр 5 и попадает на фотоприемник 6. На фотоприемник 6 попадает также часть излучени непосредственно из резонатора лазера 1. Квадратичный фотоприемник 6 регистрирует спектр частот биени интенсивности отраженного и зондирующего излучений . Сигнал фотоприемника 6 запоминаетс в пам ти АЦП 7, воспроизводитс ПАП 8, разлагаетс по частотам анализатором 9 спектра импульсов анализируетс на ЭВМ 11 Импульс мощного лазерного излучени на другой длине волны попадает в исследуемую среду, сообща частицам дополнительную скорость в направлении распространени луча. Спектр частот биений интенсивности запоминаетс в блоке пам ти АЦП 7, а изменение спектра частот биений анализируетс на ЭВМ 11 о

Физический механизм движени частиц в оптическом поле мощного луча основан на эффекте светового далени .

Выбор диапазона интенсивности 1-10 МВт/см,воздействующего импульса лазерного излучени обусловлен .тем, что при меньших интенсивност х заметного изменени скорости не происходит , а при больших интенсивност х скорости частиц не зависит от их размера.

. Интенсивность зондирующего излучени ограничена величиной 100 КВт/см обусловленной тем, что при дальнейшем увеличении интенсивности происходит заметное воздействие излучени на частицы.

Расшифровка допплеровских частотных спектров биений ведетс с учетом того обсто тельства, что исходный (невозмущенный) спектр уже, чем возмущенный. Возможны два случа : частицы движутс навстречу и по направлению распространени лазерного излучени . В первом случае возмущенный спектр содержит частоты ниже, чем исходный (невозмущенный). Во

втором случае возмущенный спектр выт гиваетс только в сторону баль- пих частот. Дл получени истинной функции распределени по скорост м производитс операци вычитани из каждого значени скорости возмущенного спектра значени средней скорости невозмущенного ансамбл частиц .

Размер а,, частиц, принадлежащих к i-му размерному интервалу, определ етс с помощью соотношени

;

2716

I injCL 2 I . , , . , I

0

5

0

5

0

где

5

цg - динамическа в зкость

газовой среды; К - волновое число воздействующего лазерного излучени ; 1 - интенсивность воздействующего лазерного излучени ; р - плотность вещества частицы;

- комплексный показатель преломлени частиц; Д ., - длина волны зондирующего

лазерного излучени ; - частота, соответствующа максимуму невозмущенного спектра биений; j - частота в возмущенном

спектре биений, соответствующа частицам i-ro размерного интервала. Число NJ частиц, попавших в i-й размерный интервал, определ етс из соотношени

N SiSalС

(а V

где Р(а,-) - интерсивность излучени , I отраженного частицамл i-ro размерного интервала;

(л(а) - эффективное сечение рассе ни назад на частице , принадлежащей к 1-.му размерному интервалу; V - величина счетного объема;

С, - аппаратурна посто нна . Фор мула изобретени

Способ определени параметров дисперсных частиц, включающий зондирование исследуемого объема лазерным излучением с интенсивностью I, в пределах до 100 кВт/см, оптическое смешение отраженного назад исследуемыми дисперсными частицами лазерного излучени с зондирующим лазерным излучением, регистрацию частотного допплеровского спектра биейий и определ№ е по этому спектру распределени частиц по скорост м , отличающийс тем, что, с целью расширени информативное nt за счет дополнительного определени распределени частиц по размерам , исследуемый объем дополнительно подвергают воздействию импульса лазерного излучени с интенсивностью I, выбранной в пределах от 1 до 10 МВт/рм на длине волны, отличной

от дпины волны

зондирующего

лазерного излучени , регистрируют частотный, спектр отраженного зондирующего излучени , определ ют изменени в частотном спектре биений, возникшие .в результате воздействи импульса лазерного излучени , из которых наход т размеры а и число N. частиц, принадлежащих к i-му размерному интервалу, с помощью сле- дую1ф1х соотношений

JT. HL.

Sj. m«

+ 2

r-f-Uj(vrV,),

Pl§ji

(а,)

Cj

чч

где T.R динамическа в зкость

газовой среды; К - волновое число воздействующего лазерного из- лучени ;

р - плотность вещества частиI 9

цы; Юд - комплексный показатель

преломлени частицы;

ч) - частота, соответствующа максимуму невозмущенного спектра биений; 4 - частота в возмущенном

спектре биений, соответ- ствующа частицам i-ro

размерного интервала; Р(а,) - интенсивность излучени отраженного частицами i-ro размерного интерва- ла;

6с(в,) - эффективное сечение рассе ни назад на частице принадлежащей к i-му размерному интервалу;

V - величина счетного объегча; С, - аппаратурна посто нна .

12(iii

8

S

Claims

Фор мула изобретения Способ определения параметров дисперсных частиц, включающий зондирование исследуемого объема лазерным излучением с интенсивностью I, в пределах до 100 кВт/см^, оптиче1508742

схое смешение отраженного назад исследуемыми дисперсными частицами лазерного излучения с зондирующим лазерным излучением, регистрацию частотного допплеровского спектра биейий и определю^ по этому спектру распределения частиц по скоростям, отличающийся тем, что, с целью расширения информативности за счет дополнительного определения распределения частиц по размерам, исследуемый объем дополнительно подвергают воздействию импульса лазерного излучения с интенсивностью I, выбранной в пределах от 1 до 10 МВт/рм¹ на длине волны, отличной от длины волны А у зондирующего лазерного излучения, регистрируют частотный, спектр отраженного зондирующего излучения, определяют изменения в частотном спектре биений, возникшие в результате воздействия импульса лазерного излучения, из которых находят размеры а^ и число Ν. частиц, принадлежащих к ί-му размерному интервалу, с помощью следующих соотношений

где ' - динамическая вязкость

газовой среды;

К - волновое число воздействующего лазерного излучения ;

- плотность вещества части цы;

т_я комплексный показатель преломления частицы;

' - частота, соответствующая

максимуму невозмущенного спектра биений;

- частота в возмущенном спектре биений, соответствующая частицам ί-го размерного интервала;

Р(а,) - интенсивность излучения отраженного частицами ί-го размерного интервала;

6^(8,) - эффективное сечение рассеяния назад на частице, принадлежащей к ί-му размерному интервалу;

V - величина счетного объема; С, - аппаратурная постоянная.

,508742