SU857812A1 - Фотоэлектрический счетчик дисперсных частиц - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к технике измерени  размеров и концентрации дисперсных частиц в газах и жидкост х и может быть применено в химии, метеорологии и др. Известен прибор дл  определени  размера и концентрации взвешенных в газе или жидкости дисперсных частиц основанный на измерении.количества излучени  (света), рассе нного частицами в рабочем объеме прибора, сос то щие из излучател  (осветител ), фотоприемника излучени , гасител  мешающего излучени  и амплитудного анализатора сигналов l. Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измерений вследствие неоднородности зондирующего излучени . Наиболее близким к предлагаемому устройству  вл етс  фотоэлектрический счетчик дисперсных частиц, содер жащий источник излучени , пучок кото рого пересекает поток частиц в рабочем объеме прибора, детектор рассе  нного или прошедшего излучени  и ан лизатор амплитуд сигналов 2. Недостатком известного устройства  вл етс  неоднородность облученности освещенностиJ их рабочего объема, так как дл  реализации точных приборов , предназначенных дл  измерени  TOHKOjmcnepcHHX и высококонцентрированных дисперсных частиц необходимо формировать интенсивные и сравнительно небольшие по поперечному сечению пучки света. Применение лазерных источников света обеспечивает высокую интенсивность пучка. Однако интенсивность лазерных пучков неоднородна по сечению (в центре она выше, по кра м ниже) и чаще всего распределена по гауссовскому закону. Известные сравнительно простые методы формировани  однородных узких пучков света и равномерно освещенных рабочих объемов не решают задачи как из-за про влени  эффекта виньетировани  на кра х пучка , так и вследствие про влени  подобного же эффекта в тракте приемника излучени . Поэтому прибегают к. механическому ограничению размеров струи дисперсных частиц, с тем чтобы частицы механически направл ть строго в однородную по интенсивности часть светового пучка осветител . Однако и этот прием не всегда дает нужные результаты особенно, если дисперсные частицы имеют широкий спектр размеров, так как по вл ютс  новые погрешности,св  занные с аспирацией и осаждением частиц в узких капилл рах. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем что в фотоэлектрический счетчик дисперсных частиц, содержащий источник излучени , пучок которого пересекает поток частиц в рабочем объеме прибора , детектор рассе нного или прошедшего излучени  и анализатор амплитуд сигналов, введена оптическа  система, образующа  дополнительный пучок меньшего, чем у первогю пучка диаметра в направлении, перпен дикул рном движению частиц, причем оптическа  система установлена так, что ось дополнительного пучка пересе каетс  с продольной ОСЬЮ- потока исследуемых частиц вне рабочего объема в поле зрени  детектора излучени  и расположена над или под зоной одноро ной освещенности первого пучка, а в анализатор амплитуд сигналов введены селектор пар импульсов и измеритель интервалов времени между ними, Кроме того, выход детектора излучени  подключен через селектор пар импульсов и измеритель интервалов времени к разрешающему и корректирую щему входам анализатора амплитуд сигнЕшову а выход измерител  интерва лов времени соединен со вторым входо селектора пар импульсов, причем селектор пар импульсов и измеритель интервалов времени подключены послед вательно к разрешающему входу сигна лизатора амплитуд сигналов, В предлагаемом приборе частица, прошедша  рабочий объем, может генер ровать два световых импульса: первый при пересечении основного пучка, а второй - спуст  определенное врем  дополнительного пучка. Но так как ; размер (диаметр) второго пучка мень ше, чем первого, то парный импульс по витс  только в том случае, если частица пройдет через основной пучок в строго определенных и однород но освещенных област х, Если пучок осветител  имеет гаус совый профиль, то область высокой и однор,одной освещенности имеет место /при движении частиц вблизи оси осно ного пучка. В этом случае ось допол нительного пучка должна находитьс  в одной плоскости с осью основного пучка в направлении движени  частиц Тогда все частицы одинакового размера, генерирующие два импульса, дадут одинаковый сигнал, образованный при пересечении основногогпучка Второй сигнал играет роль вспомогательного и не подвергаетс  амплитуд ному анализу. Другими словами, наличие последовательности из двух импульсов,разделенных определенным промежутком времени завис щим от степени разноса пучков), говорит о том, что основной сигнал от данной частицы  вл етс  неискаженным и может быть подвергнут амплитудному анализу,Указанное разрешение на проведение анализа выдает дополнительный селектор пар импульсов, размещенный между фотоприемником и разрешающим входом анализатора. Введение в счетчик оптической системы, формирующей второй дополнительный пучок, позвол ет реализовать еще р д других преимуществ, а именно возможность более точного измерени  концентрации частиц за счет контрол  длительности паузы между импульсами в паре, возможность уменьшени  ошибок измерени , св занных с виньетированием в тракте фотоприемника , а также возможность оптикоэлектронного формировани  апертуры фотоприемника. Первое преимущество реализуетс  с помощью счетчика, у которого упом нута оптическа  система размещена на выходе осветител  и выполнена, например, в виде бипризмы с диафрагмой на одном из ее выходов, а выход фотоприемника подключен также через селектор пар импульсов и измеритель интервалов времени к разрешающему и к корректирующему входам анализатора , а выход измерител  интервалов времени соединен также со вторым входом селектора. Вторым преимуществом обладает счетчик, у которого оптическа  система выполнена в виде вогнутой i отражающей поверхности, например сферического или параболического зеркала , установленного на выходе пучка осветител  из рабочего объема, причем фокус зеркала находитс  в плоскости движени  частиц-, а фотоприемник также подключен через селектор и измеритель интервалов к разрешающему входу анализатора. На фиг, 1 показана функциональна  схема счетчика, у которого оптическа  система формировани  дополнительного пучка расположена на выходе осветител , а пучок параллелен основному на фиг, 2 - сечение А-А на фиг,1) на фиг. 3 - схема счетчика, у которого эта система расположена на выходе пучка осветител  из рабочего объема, а дополнительный пучок имеет наклон по отношению к основному. Фотоэлектрический счетчик содержит источник света 1, световой пучок 2 которого пересекает поток дисперсных частиц 3 в рабочем объеме 4(а,б),прибора. Оптическа  система формировани  пучков включает узел 5 разделени  и ориентации пучка, узел

б уменьшени  размера дополнительног пучка 7 и гасител  8 света. Детекто 9 излучени  (рассе нного или прешедшего ) включен непосредственно через селектор 10 пар импульсов и измеритель 11 интервалов времени между импульсами в паре к анализатору 12 амплитуд сигналов.

Работают устройства следующим образом.

В устройстве на фиг. 1 пучок источника света 1 на его выходе делит на два параллельных пучка основной 2 и дополнительный 7 с помощью узла 5 разделени  и ориентации, в качестве которого могут быть использованы полупрозрачные призмы, делительные пластинки, специальные диафрагмы и т.д. С выхода узла б уменьшени  размера пучка, в качестве которого используютс , например, уменьшагацие объективы, полевые диaфpaг ы и т.д. формируетс  узкий дополнительный пучок , направленный параллельно основному до пересечени  с осью потока д персных частиц 3. (сечение А-А Обоих пучков).

Пучки света, прошедшие поток частиц , задерживаютс  (поглощаютс ) гасител ми света 8. Рассе нный частицами свет из основного 4а и дополнительного 46 объема воспринимаетс  детектором 9 излучени . Селектор па импульсов 10 идентифицирует наличие пар импульсов, разделенных заданным (нормированным) интервалом времени, близким времени Т пролета частищд между основным и дополнительным ; лучом. Такого рода функции может выполн  т ь, н апример, одн ост абиль ный триггер с линией задержки на врем  Т во врем  задающей цепи.

В этом случае, если спуст  врем  Т второй импульс не по вл етс , то селектор 10 пар импульсов не дает разрешени  на анализ первого (рабочего ) импульса (из каждой пары импульсов ) в анализаторе 12 амплитуд сигналов.

Наличие двух пучков света позвол ет достичь еще одного положительного эффекта,повышающего точность измерени  счетной концентрации. Показани  фотоэлектрических счетчиков завис т от объемного расхода частиц аэрозол , оперативный контроль которого представл ет весьма серьезную техническую задачу, особенно если датчик находитс  на рассто нии от Оператора. В счетчике (фиг. 1) эту трудность можно преодолеть, контролиру  степень отклонени  длительности интервала между импульсами в пар© от заданного и ввод  соответствующие поправки в показани  счетчика . С этой целью пары сигналов, прошедшие через селектор пар импульсов ,подвергаютс  временному анализу с помощью измерител  интервалов

времени 11, выход которого подключен к анализатору 12 амплитуд сигналов и селектору 10 пар импульсов.

Если объемный расход через прибор изменитс , то соответствующим образом изменитс  скорость движени  частиц через рабочие объемы 4а и 46 и длительность промежутка времени Т между попаданием частиц вэтиобъеь. Измеритель 11 интервалов времени определ ет усредненное значение веo личины отклонени  длительности паузы между импульсами в селектированных парах импульсов и выдает сигнал поправки в анализатор амплитуд сигналов и в селектор пар импульсов дл 

5 коррекции эталонного интервала времени .

Таким образом, наличие оптической системы (устройства 5 и 6), котора  формирует дополнительный пучок меньше0 го диаметра,расположенный параллельно основному в плоскости движени  частиц, позвол ет снизить погрешности в измерении размеров частиц (за счет селекции сигналов, от частиц, прошедших только через однородно ос5 вещенную область в рабочем объеме и дополнительный пучок) и в измерении концентрации частиц за счет контро л  интервалов времени между попаданием частицы в основной и дополни0 тельный рабочие объемы фотоэлектрического счетчика и введени  соответствующих поправок в показание анализатора амплитуд сигналов.

Дополнительные возможности повы5 сить точность измерени  размеров частиц по вл ютс , если упом нута  оптическа  система формирует дополнительный пучок меньшего размера но направленный под некоторым углом к

0 основному пучку (фиг. 2).

Пучок источника света вначале пересекает поток частиц 3 дисперсных в основном счетном объеме 4а,а затем поступает в систему 5 и 6, формирующую более узкий, по отношению к

5 основному, пучок и направленный под углом к последнему. Эту функцию может выполнить, например, плоское зеркало, установленное под углом к оси основного пучка, пучок, отраженO ный таким зеркалом, попадает далее на узел б изменени  размера пучка и направл етс  под заданным углом к основному пучку через ось потока частиц в направлении на гаситель 8

5 света, образу  дополнительный счетный объем 46. Однако можно совместить функции узлов 5 и б в одном элементе, если на выходе пучка из рабочего объема установить вогнутую отражащую

0 поверхность, в частности сферическое или параболическое зеркало, фокус которого находитс  в плоскости потока частиц, но вне основного рабочего объема. При этом образуетс  на , клонный (по отношени р к ocHOBHOMvJ

5

дополнительный пучок света меньшего диаметра именно н плоскости движени  частиц.

Свет, рассе нный частицами из основного и дополнительного счетных объемов, воспринимаетс  детектором 9 излучени . Сигнал.с выхода детектора излучени  поступает непосредственно в анализатор 12 амплитуд, сигналов и на селектор 10 пар импульсов , с выхода которого через измеритель 11 интервалов времени, подаетс  на стробирующий вход анализатора 12 амплитуд сигналов дл  предотвращени  анализа искаженных импульс в .

Фотоэлектрический счетчик обладает следующими преимуществами:

1. Способность этого счетчика селектировать пары импульсов от частицы, прошедшей только через однородно освещенную зону, сохран етс , но наличие угла наклона между пучками позвол ет получить еще один положительный эффект - дополнительно повысить точность измерений размеров частиц за счет селекции сигналов от частиц, прошедших только через определенные участки вдоль оси пучка Этим самым можно достичь уменьшени  ошибок из-за виньетировани  в тракте фотоприемника, и, кроме того, обеспечиваетс  возможность электрического регулировани  продольного (вдоль оси пучка) размера счетного объема 2

Дл  селекции пар импульсов по величине паузы между ними используетс  тот эффект, что длительность паузы Т.будет различной дл  частиц, удаленных на разные рассто ни  от оси потока. Если длительность интервалов Т, измеренных с помощью измерител  11 интервалов времени, укладываетс  в заданные рамки, то с выхода блока 11 в анализатор 12 амплитуд сигналов поступит сигнал разрешени  осуществить анализ амплитуды импульса.

Последовательное соединение блоков 10, 11 и 12 позвол ет, таким образом, вначале осуществить селекцию пар импульсов и, тем самым, устранить ошибки (вызванные неодно . родностью освещенности рабочего объема ) , затем вы вить пары импульсов, длительность паузы между которыми находитс  в строго определенных

пределах, и выдать сигнал разрешени  на амплитудный анализ импульса (первого из- пары).

Данный фотоэлектрический счетчик позвол ет повысить точность измерений.

Claims (3)

1.Фотоэлектрический счетчик дисQ персных частиц, содержащий источник

излучени , пучок которого пересекает поток частиц в рабочем объеме прибора , детектор рассе нного или прошедшего излучени , соединенный с анализатором амплитуд сигнсшов, о т 5 личающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, он снабжен оптической системой, Образукнцей дополнительный пучок меньшего , чем у первого пучка диаметра

0 в направлении, перпендикул рном движению частиц, причем оптическа  сист тема установлена так, что ось дополнительного пучка пересекаетс  с продольной осью потока исследуелих частиц вне рабочего оЗъема в поле зрени  детектора излучени  и расположена над или под зоной однородной освещенности первого пучка, а в анализатор амплитуд сигналов введены селектор

Q пар импульсов и измеритель интервалов времени между ними.

2.Счетчик поп.1, отличающийс  тем, что, выход детектора излучени , подключен через селектор

, пар импульсов и измеритель интервалов времени к разрешающему и корректирующему входам анализатора, амплитуд сигналов, а выход измерител  интервалов времени соединен со вторым входом селектора пар импульсов.

0

3. Счетчик поп.1, отличающийс  тем, что селектор пар импульсов и измеритель интервалов времени подключены последовательно к разрешающему входу анализатора амплитуд сигналов.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 486251, G 01 N 15/00, опублик.

0 1876.

2.Патент США 3614231,

G 01 N 15/00, опублик. 1971 (прототип ) .