SU987474A1 - Лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  размера и численной концентрации микрочастиц в жидких и газообразных средах. Известен лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, основанный на рассе нии и регистрации света отраженного частицей под углом 90, содержащий источник света, коллимато фокусирующий объектив, кювету, собир ющий объектив, фотоприемник и регист рирующее устройство, представл ющее амплитудный анализатор импульсов .11 Недостатком такого устройства  вл етс  низка  чувствительйость, поскол ку рассе нный свет собираетс  под уг лом 90°. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  анализатор (ФС-112), содержащий источни света, например лазер, светоделитель диафрагму, фокусиру кидай объектив, капилл р, по которому протекает исследуема  жидка  среда, собирающий объектив, расположенный под углом 90° к оптической оси облучающего луча , фотоприемник, поглотитель облучающего луча, расположенный за капилл ром , а также канал дл  калибров ки измерител , состо щий из диафрагмы , двух поворотных зеркал, амплитудного модул тора излучени  и фокусирующего объектива, с поглэщью которого часть излучени  лазера через капилл р и собирающий объектив направл етс  на фотоприемник, а также усилитель , с помощью которого осуществл етс  автоматическа  регулировка коэффициента усилени  при калибровке измерител , и амплитудный анализатор импульсов t25. Однако известный измеритель имеет низкие чувствительность и помехоустойчивость , что ограничивает низкий диапазон измерени  размеров частиц вследствие фоновой засветки, фотоприемника , возникаювдай из-за рассе ни  излучени  на стенках капилл ра, а также в виду того, что интенсивность рассе нного под 90° излучени  на пор док и более меньме по сравнению с рассе нием вперед. Целью изобретени   вл етс  пввыыение чувствительности и помехоустойчивости измерений, что позволит расширить нижний диапазон измерени  раз-. меров частиц. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в лазерном анализаторе дисперсного состава аэрозолей, содержащем лазер, светоделитель, канал изме рени , включающий диафраг, фокусирующий объектив, капилл р, через который подаетс  исследуема  жидкость или газообразна  среда, собирающий ,объектив, оптическа  ось которого .расположена под углом 90 к оптической оси облучаю1:;его луча, фотоприемник , а также канал дл  калибровки из мерител , состо щий из диаЛрагми,дву ПОВОРОТН1-.1Х зеркал, амплитудного моду л тора излучени  и фокусирующего объ ектива, направл ющего опорный луч че рез капилл р и собирающий объектив н фотоприемник, к выходу которого подключены усилитель с автоматической регулировкой, усилени , амплитудный анализатор импульсов, дополнительно установлены второй фокусирую1аий объектив , расположенный на фокусном рассто нии от центра от центра измерени , четвертьволнова  пластинка, электрооптический кристалл и зеркало , которые расположены за капилл ром вдоль оптической оси облучающего луча, так7.{е генератор высокой частоты и синхронный детектор, причем выход генератора соединен с электрооптическим кристаллом с возможностью подачи двух четвертьволновых напр жений , сдвинутых по фазе на 90°, а также со вторым входом сийхронного детектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов , кроме того, усилитель выпол нен в виде избирательного усилител , а в качестве источника непрерывного излучени  используетс  лазер, излучение которого линейно пол ризовано в плоскости, перпендикул рной опти ческой оси собирающего объектива. На фиг.1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг.2 зависимость переменной составл ющей фотоприемника o - omcix ° изменени  направлени  приема рассе нного излучени  Ч в плоскости, перпендикул рной облучающему лучу. Устройство содерх ит лазер 1, выхо ное излучение 2 которого имеет высокук временную когерентность, светоделитель 3, дел щий ЛУЧ 2 на два луча 4 и 5, диафрагмы 6 и 7, которые механически св заны между собой, поворотные зеркала 8 и 9, амплитудный модул тор 10 излучени , фокусируюиий объектив 11, капилл р 12, по которому проходит исследуема  жидкость или газообразна  среда, собирающий объектив 13, фотоприемник 14, избирательный усилитель 15, два фокуси7 руюадихобъектива 16 и 17, четвертьволновую пластинку 18, электрооптическиП кристалл 19, на который подаютс  два сигнала, сдвинутые по фазе на 90, от генератора 20 высокой час тоты, зеркало 21, синхронный детектор 22 и амплитудный анализатор импульсов 23. Измеритель работает следующим образом . Люзер 1 излучает линейно-пол ризованный ;Луч 2, который с помощью светоделитгел  3 делитс  на два луча 4 и 5. Луч 5, имею1АИй интенсивность излучени  намного меньше облучающего луча 4, используетс  дл  калибровки устройства.-Дл  этого луч 5 проходит отверстие в диафрагме 6 и, отра вившись от зеркала 8, поступает на вход амплитудного модул тора 10, с помощью которого осуществл етс  модул ци  излучени  с частотой f. Затем луч 5 разворачиваетс  зеркалом 9 и направл етс  объективом 11 через капилл р 12 и собирающий объектив 13 на фотоприемник 14. Переменна  составл юща  фототока фотоприемника 14 выдел етс  избирательным усилителем 15, настроенным на частоту f. Кроме того , с помощью усилител  15, в котором предусмотрена схема автоматической регулировки усилени  (включаема  только при осуществлении цикла калибровки ) , добиваютс  посто нной величины сигнала на его выходе вне зависимости от изменени  мощности лазера, коэффициента поглощени  исследуемой жидкой среды, а также степени загр знений стенок капилл ра. После цикла калибровки происходит смещение механически св занных диафрагм б и 7 таким образом , чтобы луч 5 перекрывалс , а луч 4 проходил через отверстие в диафрагме 7, После этого устройство переходит в режим измерени . При этом луч 4 фокусируетс  объективом 16 в область измерени , котора  выдел етс  путем ввода узкой струи жидкости или газа через капилл р 12. Причем ось капилл ра 12 располагаетс  перпендикул рна оптической оси облучающего луча 4 таким образом,что все частицы,проход щие через капилл р,пересекают равномерно освещенный объем измерени ,ограниченный размером сечени  капилл ра. Облучающий луч 4 проходит через капилл р 12, объектив 17, расположенный на фокусном рассто нии от объема измерени , четвертьволновую пластинку 18, электрооптический кристалл 19и, отразившись от зеркала 21, которое расположено перпендикул рно оптической оси облучающего луча, оп ть проходит электрооптический кристалл 19, четвертьволновую пластинку 18 и затем фокусируетс  объективом 17 в ту же самую область измерени , огра- , ничейную капилл ром 12. На электрооптический кристалл 19 от генератора 20подаютс  два сигнала, имеющие одинаковую частоту и равные четвертьволновые значени  напр жени  «U. , но сдвинутые по фазе,90 . Поэтому облучаюпдай луч, фокусирус1 ип объективом 17, линейно пол ризован в плоскости, перпендикул рной оптической оси сойи рающего объектива 13, и сдвинут по частоте на величину f по отно1чению к частоте излучени  лазера. При прохождении жидкой или газооб разной среды через капилл р, частица попада  в область измерени , рассеивает свет, который собираетс  объективом 13 (оптическа  ось объектива 1 перпендикул рна оптической оси облучагацего луна) и направл етс  на фото приемник 14. Поскольку рассе ние излучени  частицей идет от двух лучей, имеющих различные частоты, и,кроме того, вектор скорости потока перпендикул рен оптической оси облучаомий лучей, то в результате оптического гетеродинировани  двух рассе нных сигналов на выходе фотоприемника по вл етс  переменна  составл юща  фототока на частоте f. На фиг.2 представлены результаты расчета на ЭВМ (по теории рассени  Мц) зависимости амплитуды переменной составл ющей фототока изменени  направлени  приема рассе нного излучени  / в плоскости, перпендикул рной облучающему лучу, из которой видно, что амплитуда переменной составл квдей сигнала имеет максимальное значение при приеме рассе нного излучени  в направлении , перпендикул рном плоскости пол ризации облучающих лучей. Поэтому дл  обеспечени  максимальной чувствительности необходимо выбирать направление приема рассе нного под 90 излучени  так, чтобы ось собирающего объектива 13 располагалась перпендикул рно плоскости пол ризации облучающего луча 4. Переменна  составл юща  сигнала фотоприемника 14 выдел етс  и усиливаетс  избирательным усилителем 15, настроенным н частоту f., направл етс  на первый вход синхронного детектора 22, на второй вход которого подаетс  сигнал от генератора 20,-После детектировани  импульсный сигнал с выхода синхронного детектора 22 поступает на вход амплитудного анализатора импульса . Устройство имеет более высокую чувствительность и помехоустойчивост что позвол ет также растаирить нижний диапазон измерени  размера частиц без существенного увеличени  мощности лазера. 1юрмула изобретени  Лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, содержаний лазер, светоделитель, канал измерени , включаюшлй диафрагму. Фокусирующий объектив, капилл р, собирающий объектив , оптическа  ось которого расположена под углом 90° к оптической оси облучающего луча, фотоприемник, а также кангш дл  калибровки, состо ний из диафраг 1ы, двух поворотных зеркал, амплитудного модул тора излучени  и фокусирующего объектива, направл ющего опорный луч через капилл р и собирающий объектив на фоТоприемник , к выходу которого подключены усилитель с автоматической регу ировкой усилени , амплитудный,- анализатор импульсов, отличаю щ и и с   уем, что, с целью повышени  чувствительности и помехоустойчивости измерений, в нем дополнительно установлены второй фокуеирукхций объектив, расположенный на фокусном рассто нии от центра измерени , четвертьволнова  пластинка, электрооптический кристалл и зеркало, которые расположены за капилл ром вдоль оптической оси облучанмцего луча, генератор высокой чатсоты и синхронный детектор, причем выход генератора соeдинe н с электрооптическим кристаллом , а также со вторым входом синхронного детектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов, причем усилитель выполнен в виде избирательного усилител , а в качестве источника излуче .нй  использован лазер, излучение которого линейно пол ризовано в плоскости , перпендикул рной оптической оси собирак цего объектива. Источники информации, при.н тые во внимание при эксперт зе 1.Каталог фирмы Royco Instruments (аЧА), 1978, с. 2. 2.Техническое описание прибора ФС-112, выпускаемого Тбилисским НПО Аналитприбор, 1978 (прототип).

7

ш

2

Фг/г. f

31Г

270

Фаг. г

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, содержащий лазер, светоделитель, канал измерения, включающий диафрагму, Фокусирующий объектив, капилляр, собирающий объектив, оптическая ось которого расположена под углом 90° к оптической оси облучающего луча, фотоприемник, а также канал для калибровки, состоящий из диафрагмы, двух поворотных зеркал, амплитудного модулятора излучения и фокусирующего объектива, направляющего опорный луч через капилляр и собирающий объектив на фо₍топриемник, к выходу которого подключены усилитель с автоматической регулировкой усиления, амплитудный, анализатор импульсов, отличаю** щ и й с я уем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости измерений, в нем дополнительно установлены второй фокусирующий объектив, расположенный на фокусном расстоянии от центра измерения, четвертьволновая пластинка, электрооптический кристалл и зеркало, которые расположены за капилляром вдоль оптической оси облучающего луча, генератор высокой чатсоты и синхронный детектор, причем выход генератора соединен с электрооптическим кристаллом, а также со вторым входом синхронного детектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов, причем усилитель выполнен в виде избирательного усилителя, а в качестве источника излучения использован лазер, излучение которого линейно поляризовано в плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива.