SU1548713A1

SU1548713A1 - Способ определени параметров функции распределени частиц по размерам

Info

Publication number: SU1548713A1
Application number: SU884462636A
Authority: SU
Inventors: Сергей Леонидович Ощепков; Николай Михайлович Макоед; Анатолий Петрович Пришивалко
Original assignee: Институт физики АН БССР
Priority date: 1988-07-18
Filing date: 1988-07-18
Publication date: 1990-03-07

Abstract

Изобретение относитс к области контрольно-измерительной техники, в частности к оптическим способам контрол микроструктуры веществ в дисперсном состо нии, и может найти применение дл контрол параметров дисперсности сред, например, в химической, пищевой промышленности, медицине, при контроле загр знени окружающей среды. Целью изобретени вл етс повышение верхнего предела полидисперсности анализируемых частиц и повышение информативности способа за счет дополнительного определени относительной полуширины функции распределени объемного содержани частиц по размерам. Сущность изобретени состоит в том, что среду с исследуемыми частицами зондируют монохроматическим световым пучком. Определ ют угловое распределение F(Θ) рассе нного частицами света в переменном телесном угле Δ Ω (Θ) ъ Θ², где Θ - угол регистрации рассе нного света. Далее наход т угловое положение первого максимума F(Θ_M), определ ют поток рассе нного света под углом Θ = 2Θ_M и наход т δ F = F(Θ_M)/F(2Θ_M). Величины наиболее веро тного модального радиуса R_V частиц и относительной полуширину δ_V функции распределени объемного распределени частиц по размерам определ ют из расчетных соотношений с использованием этих величин. 2 ил.

Description

31548713

средой, на фиг. 2 - блок-схема уст5

ройства, реализующего способ определени параметров функции распределени частиц по размерам.

Кривые 1-А соответствуют средам, характеризуемым относительными полуширинами 5у функции распределени объемного содержани частиц по размерам , которые равны соответственно 0.1, 0,4: 0,8; 2,П.

Устройство, реализующее способ, содержит оптическую кювету 5, гелий- неоновый лазер 6, конденсорную линзу 7, диафрагму 8, коллиматорную линзу 9. ловушку 10 излучени , собирающую линзу 11, первый 12. второй 137 третий 1, четвертый 15 и п тый 16 фотоприемники , первую 17, вторую 18, третью 19, четвертую 20 и п тую 21 полевые диафрагмы, блок 22 сопр жени и ЭВМ 23.

. Способ осуществл етс следующим образом.

Предварительно приготовленную суспензию порошка, например, титана бари BaTiO, внос т в оптическую кювету 5 с плоскопараллельными стенками , заполненную, например, смесью воды с глицерином в равнообъемном отношении . Частицы перемешиваютс в дисперсионной жидкости с помощью Mai нитной мешалки (не показана) и зондируютс лучом гелий-неонового лазера 6 с длиной волны 0,632 мкм. Зондирующее излучение направл етс на рассеивающую среду с помощью оптической системы, состо щей из кон- денсорной линзы 7, точечной диафрагмы 8 и коллим торной линзы 9

Пр мопроход щий свет собираетс в ловушку 10. Излучение, рассе нное системой частиц,фокусируетс собирающей линзой 10 на фотоприемники 12- 16 через полевые диафрагмы соответственно . установленные в плоскости рассе ни с учетом преломлени на границе вода - воздух. При этом размеры апертур полевых диафрагм выбраны таким образом, чтобы выполн лось соотношение

ьй(б) к,е2

где и Я. (9) - телесный угол, в котором фотоприемник регистрирует пбток рассе нного частицами cseTosjro излучени ;

4

0 - угол регистрации рассе нного светового излучени Фотоприемником относитель но направлени светового

зондировани ;

К,, - коэффициент пропорциональности .

В соответствии с этим соотношени- ем площади 5(9) отверстий полевых диафрагм 17-21 задаютс следующим выражением

5(0)

(cos9P

(1

где F - фокусное рассто ние собирающей линзы 11.

Сигналы с фотоприемников поступают в блок 22 сопр жени , выполненный, например, в виде усилителей и аналого-цифровых преобразователей. В ЭВМ 23 производитс обработка сигналов по заданному алгоритму„

Углова зависимость Р(б) потока рассе нного частицами светового излучени в переменном телесном угле Ьй(9) К,92 пропорционально угловой Функции S2(9) интенсивности света, рассе нного полидисперсной средой

5Л0) 0г(5(9

(2)

где G (0) - углова зависимость показател рассе ни среды. Установлено, что углова функци 52(б) определ етс характером функции V(r) распределени объемного содержани частиц по размерам

V(r) -v (r),

(3)

где г - размер частиц, п(г) - функци распределени частии по размерам.

В случае выполнени дифракционного приближени , справедливо дл достаточно больших оптически жестких частиц, когда

5

г

где 7

2iTr. 2иг

V 1 и у- По

га- 1)

- длина волны зондирующего

светового излучени ; й - показатель преломлени дисперсионной среды;

m - относительный комплексный показатель преломлени вещества частиц,

углова зависимостьG(0) может быть

описана соотношением

1548713

Расчетное выражение (5) может быть записано в виде, удобном дл вычислени наиболее веро тного модального размера часУиц

G(9) (

II, (k r9) , ,, г n(r)dr,

У

21Г

где k - -п0 , 11 (k r0) - функци Бессел первого пор дка .

Дл достаточно узких функций распределени частиц по размерам величина 8(0) будет иметь осциллирующий характер с убывающей пропорционально 9 амплитудой колебаний. При уширении спектра распределени V(r) осцилл ции функции 8(8) исчезают, остаетс только первый основной максимум, положение которого практически не измен етс (фиг. 1).

Угловое положение 9№ этого максимума может быть найдено из анализа выражений (2) на экстремум. Оно определ етс из соотношени

krv 9m

1,845.

где г.

v - наиболее веро тный модальный

размер частиц.

Как видно из хода кривых на фиг.1, максимально чувствительной характеристикой к степени полидисперсности светорассеивающих частиц вл етс относительное изменение функции S.(0) при переходе ее значений от первого локального максимума к первому локальному минимуму, что примеоно соответствует удвоению угла рассе ни .

от бм

где 0 у - полуширина функции распределени объемного содержани частиц по размерам, хорошо аппроксимируютс нормальной Функцией Гаусса вида

lg&F(lgSv) 1,7exp -0,78(lgSv+ + 1,)}(6)

в области lg uy - 1,4, откуда следует расчетное соотношение, позвол ющее вычислить полуширину 5V функции распределени объемного содержани частиц по размерам

Зависимости $ F ife)

b4./.Vm)

о,

lgSv clg

ll d

Ig&F

+ f

(4)

lgrv -alp

+ b

(8)

tO где a, b, с, d и f калибровочные коэффициенты.

Формула

зобретени

15

20

25

30

35

Способ определени параметров функции распределени частиц по размерам, включающий зондирование среды с исследуемыми частицами пучком монохроматического светового излучени , измерение угловых характеристик рассе нного частицами светового излучени и определение из этих угловых характеристик наиболее веро тного модального размера частиц, отличаю щийс тем, что, с целью повышени верхнего предела полидисперсности анализируемых частиц и повышени информативности способа за счет дополнительного определени относительной полуширины распределени объемного содержани частиц по размерам, в качестве угловых характеристик рассе нного частицами светового излучени используют угловую зависимость F(Q) потока рассе нного частицами светового излучени в переменном телесном угле

iQ(Q)

-к,б

0 40 гДе К, - коэффициент пропорциональности;

угол регистрации рассе нного светового излучени относительно направлени светового 45 зондировани ,

наход т величину первого максимума F(8m) этой угловой зависимости, соответствующего минимальному углу вт регистрации рассе нного светового 50 излучени , определ ют величину

F(29rn) рассе нного светового излуче- ни , соответствующего углу регистрации , равному 29,у,. наход т отношение &F F(9m)/F(29m) , при этом значение « наиболее веро тного модального радиуса гv частиц и относительной полуширины ov функции распределени объемного содержани частиц по размерам определ ют из соотношений

18Г, . -al8 ««sb t „

где

Ig&y Clg

til d

IgfrF

+ f,

J.

Фиг. 2

8

длина волны зондирующего светового излучени ; показатель преломлени дисперсионной среды;

- калибровочные коэффициенты.

Claims

формула изобретения;

I

15 Способ определения параметров функции распределения частиц по размерам, включающий зондирование среды с исследуемыми частицами пучком монохроматического светового излучения, измерение
2θ угловых характеристик рассеянного частицами светового излучения и определение из этих угловых характеристик наиболее вероятного модального размера частиц, отличающийся

25 тем, что, с целью повышения верхнего предела полидисперсности анализируемых частиц и повышения информативности способа за счет дополнительного определения относительной полуширины

30 распределения объемного содержания частиц по размерам, в качестве угловых характеристик рассеянного частицами светового излучения используют угловую зависимость F(Q) потока рассеян35 ного частицами светового излучения в переменном телесном угле iQ(Q) = κ,θ²

40 где К, - коэффициент пропорциональности;

Θ - угол регистрации рассеянного светового излучения относительно направления светового

45 зондирования, находят величину первого максимума F(8_m) этой угловой зависимости, соответствующего минимальному углу бтрегистрации рассеянного светового

50 излучения, определяют величину F(20_rn) рассеянного светового излуче ния, соответствующего углу регистрации, равному 29_т. находят отношение SF = F(0_m)/F(20_m), при этом значение

55 наиболее вероятного модального радиуса г_у частиц и относительной полуширины 8_V функции распределения объемного содержания частиц по размерам определяют из соотношений

7 1548713 8 . 2^6^, η _о где 9( - длина волны зондирующего lgr_v - -alg —? + b светового излучения; ⁿo ~ показатель преломления дис- 5 персионной среды; igS_Y « cig + f, a,b,c, d.f - калибровочные коэффициенты.