Способ определения скорости и размеров частицы в движущейся среде

(19 1 й 15/ 11 ЯЯ 1; Г ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АТЕНТУ аци лодозации ои техс. 303 ТИИ ЕЙСЯ ьнодля ицв(71) Мелитопольский институт механсельского хозяйства(73) Мелитопольский институт механсельского хозяйства(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРРАЗМЕРОВ ЧАСТИЦЫ В ДВИЖУСРЕДЕ Изобретение относится к контрол измерительной технике, предназначено определения скорости и размеров част потоках жидкости или газа методами лазерной доплеровской аненометрии и может быть использовано в химической промышленности, в частности, при исследовании процессов электрофореза,Цель изобретения - повышение чувствительности измерения скорости и расширение функциональных возможностей путем одновременного определения скорости и эффективного диаметра движущейся частицы.Указанная цель достигается тем, что освещают зондируемую зону в исследуемой среде световыми когерентными пучками, регистрируют с помощью фотоприемника(57) Сущность изобретения; освещающие когерентные световые пучки направляют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси; формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника полевую диафрагму в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы; измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей указанного электрического сигнала. Затем по частоте доплеровского сигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амплитуды сигнала - эффективный диаметр частицы. 1 ил. рассеянное частицеи световое излучение, СО выделяют переменную составляющую алек- С) трического сигнала, полученного при реги- ф страции рассеянного светового излучения, О причем световые пучки направляют навстречу друг другу вдоль одной оптической оси, формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси световых пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприем-,(Д ника полевую диафрагму, выполненную в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей электрического сигнала, затем по частоте сигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амп(4) ч=2 ю,55 литуды сигнала - эффективный диаметр частицы.Предложенный способ обеспечивает повышение чувствительности измерения скорости и одновременное определение скорости и эффективного диаметра частицы в движущейся среде, Как известно, частота доплеровского сигнала м определяется вы- ражением где Л - длина волны используемого лазерного излучения;ч - скорость частицы;й - угол между оптическими осями освещающих пучков.Тогда скорость частицы равна Существует минимальная величина регистрируемой доплеровской частоты сигнала, для которой обеспечиваются достаточные помехозащищенность измерений и отношение сигнал/шум. Поэтому максимальная чувствительность, необходимая для измерения скорости, например, при исследовании процессов электрофореза, возможна при а = л, В этом случае освещение исследуемой среды производится пучками, направленными навстречу друг к другу, и при этом достигается максимальная чувствительность при измерении скорости; При формировании изображения зондируемой зоны в направлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков, и установке перед входным отверстием фотоприемника полевой диафрагмы, выполненной в виде щели, ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, время возрастания амплитуды доплеровского сигнала определяется следующим образом: где О - эффективный диаметр частицы;ч - скорость ее движения вдоль оптической оси освещающих пучков,Поэтому, измерив время т возрастания амплитуды переменной составляющей электрического сигнала с фотоприемника и 10 15 20 25 30 35 40 45 50 его частоты м, можно определить эффективный диаметр частицы: 0=2 чт= Л м т (5) Таким образом, предложенный способпозволяет повысить чувствительность измерения скорости и расширить функциональные возможности путем одновременногоопределения скорости и эффективного диаметра частицы,На чертеже представлена блок-схемаустройства для осуществления предлагаемого способа.Устройство содержит; источник 1 когерентного излучения - . лазер типа ЛГН - 215,светоделитель 2; зеркала 3,4; линзы 5,6; объектив 8; полевую диафрагму 9 в виде щели,ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы; фотоприемник10 (ФЭУ 84-5), выход которого электрическисвязан с блоком регистрации 11,Устройство работает следующим образом.Исследуемую движущуюся среду 7, например ячейку для электрофореза, освещают при помощи источника когерентногоизлучения 1 (лазер типа ЛГН). Светоделитель 2, зеркала 3,4, и линзы 5,6 формируют два освещающих когерентных пучка,направленных навстречу друг к другу вдольодной оптической оси; Объектив 8 формирует изображение зондируемой зоны с коэффициентом увеличения, равным 1, внаправлении, перпендикулярном к оптической оси освещающих пучков. Свет, рассе-янный в указанном направлении, черезполевую диафрагму 9 в виде щели, ширинакоторой заведомо больше эффективного диаметра частицы, регистрируется фотоприемником 10 (ФЭУ 84-5). Электрическийсигнал с выхода фотоприемника 10 подаютна вход блока регистрации 11, с помощьюкоторого выделяют переменную составляющую доплеровского сигнала, измеряют частоту у и длительность времени 1возрастания амплитуды указанного доплеровского сигнала.Затем определяют скорость частицы,направленную вдоль оптической оси освещающих пучков по формуле (3): где Л = 0,6328 мкм - длина волны используемого излучения гелий-неонового лазера Л ГН;и - доплеровская частота переменной составляющей электрического сигнала,1804608 О=Ли с,оставитель Н ехред М.Морге розовл Корректор С.Ю Реда кт каз 1077 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 Эффективный диаметр частицы О определяется по длительности времени возрастания амплитуды доплеровского сигнала с помощью формулы (5): Таким образом, предлагаемый способ позволяет одновременно измерять скорость и эффективный диаметр частицы в движущейся среде, что расширяет функциональные возможности предлагаемого способа измерений. Этим и определяется эффективность использования предлагаемого изобретения. Формула изобретения Способ определения скорости и размеров частицы в движущейся среде, заключающийся в том, что освещают зондируемую зону в исследуемой среде световыми когерентными пучками, регистрируют с помощью фотоприемника рассеянное частицей световое излучение, выделяют переменную составляющую электрического сигнала, полученного при регистрации рассеянного светового излучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения 5 чувствительности измерения скорости ирасширения функциональных возможностей путем одновременного определения скорости и эффективного диаметра частицы, световые пучки направляют навстречу 10 друг другу вдоль одной оптической оси, формируют в направлении, перпендикулярном к оптической оси световых пучков, изображение зондируемой зоны, устанавливают перед входным окном фотоприемника поле вую диафрагму, выполненную в виде щели,ширина которой заведомо больше эффективного диаметра частицы, измеряют частоту и длительность времени возрастания амплитуды переменной составляющей 20 электрического сигнала, затем по частотесигнала определяют скорость, а по длительности времени возрастания амплитуды сигнала определяют эффективный диаметр частицы.2 ъ