Устройство для измерения размеров и концентрации частиц

Союз Советских Социалистических РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ по 741107(22) Заявлено 2103.78 (21) 2592566 /18-25с присоединением заявки Нов(51)М. Кл.2 С 0,1 0 15/02 Государственный комитет СССР по делам изобретениИ н открытнй(72) Автор изобретения Е,И.Афонин Морской инстИтут АН Украинской ССР(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ ЧАСТИЦИзобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности, к устройствам для определения размеров и концентрации частиц, взвешенных в струе жидкости или газа и может быть использовано, например в океанологии при изучении взвешенного днсперсного материала и донных осадков, содержащихся в морской воде.Известно устройство для обнаружения и счета частиц, находящихся в струе жидкости .или газа, основанное на измерении рассеянного частицей узкоколлИмированного пучка света 1.15 В этом устройстве приемная оптическая система улавливает и направляет на фотоприемник только небольшую часть рассеянного частицей света из одного или нескольких фиксированных телесных углов. Поэтому это устройство .применимо лишь для измерения частиц одинаковой Форьи и показателя преломления, селективно рассеивающих свет в определенные угловые интервалы.Наиболее близким к данному устрой-. ству по технической сущности является спектрометр для определения раэ-З 0 меров частиц, содержащий систему дляформирования струи жидкости с частицами, подлежащими измерению, источники приемник излучения, световую ловушку, систему для фокусировки пучкасвета на анализируемую частицу и камеру для сбора рассеянного частицейсвета, выполненную в виде диффузнорассеивающей сферической поверхности(сферы Ульбрихта) 2,Недостатком этого устройства является то, что в нем для исключения влияния технологических отверстий при многократных отражениях внутри сферической камеры, необходимо выбирать очень малой приемную апертуру Фото" приемника. Вследствие этого, на фото- приемник попадает значительно меньшее количество света, чем рассеянное частицей внутри сферы,что ведет к существенному уменьшению отношения сигнала к шуму, а значит, к ограничению возможности обнаружения частиц малых размеров.Цель изобретения - повышение чувствительности устройства к частицам малых размеров н повышение точности определения концентрации взвесиУказанная цель достигается тем,что в устройстве камера выпапнена ввиде параболического зеркального отражателя, закрытого линзовым конденсатором, передний фокус которогосовпадает с фокусом параболическогоотражателя, через который проходит5траектория движения измеряемых часГиц, а задний фокус конденсора нахо,цится в плоскости диафрагмы, за которой установлен фотоприемник, соединенный с электронным блоком обработки сигналов.На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг,2 - разрез А-.А нафиг.1;Устройство содержит источник 1 не" 15прерывного излучения, например, лазер,выдающий коллимиронанный пучок света.2, объектив 3 для Фокусировки света,камеру 4 с отражающей параболической поверхностью 5,через Фокус которой проходит траектория движения6, световую ловушку 7 для поглощения прямого нерассеянного света, систему 8 подачи частиц внутрь камеры,представляющую собой тонкиесуживаю- рщиеся трубки, вставленные одна вдругую, линзовый конденсатор 9, диафрагму 10, фотоприемник 11 (ФЭУ),блок обработки сигнала 12, включаю- .щий согласующую схему, многоканальный амплитудный анализатор и счетчик импульсов.Устройство работает следующимобразом,Анализируемая жидкость (газ) с час- З тицами, которые надлежит измерить и подсчитать, подается в камеру 4 с помощью системы 8 подачи частиц.При этом по внешней трубке поступает жидкость или газ, свободный от частиц, а по внутренней трубке прохо, ф дит жидкость (газ), содержащая частицы. На выходе трубок под действием гидродинамических сил Формируется очень тонкая струя, внутри которой движутся частицы, Эта струя пересе кает сфокусиронанный объективом 3 пучок света 2 от источника 1. Точка пересечения траектории движения частиц в струе находится н Фокусе отражающей параболической поверхности 5. Ц) Когда измеренная частица 6 попадает в сфокусированный луч 2, она рассеивает свет вполный телесный угол4 гс , Часть рассеянного частицей света непосредственно падает на линзовый кондвнсор 9, а другая часть попадает на него, отразившись от зеркальной поверхности 5. Конденсор направляет свет через отверстие диафрагмы 10 на фотоприемник (Фотоэлектронный умножитель) 11, на Фотокатоде кото- бО рого собирается практически весьсвет, рассеянный единичной частицей, в полном телесном угле, за исключением прямого пучка. Фотоприемникпреобразует световые вспьыки от про-, б 5 летающих частиц в электрические импульсы, которые поступают в электронный блок обработки сигнала 12, где осуществляется счет общего количества импульсов и распределение их по амплитуде, Так как амплитуда электрического импульса пропорциональна площади сечения частицы, то устройство предварительно калибруют, используя для этого частицы с известными размерами и формой.Концентрация частиц, содержащаяся в исследуемой среде, находится делением общего числа зарегистрированных импульсов на количество жидкости (газа), прошедшей через камеру.еРасчеты показывают, что в данном устройстве на фотоприемник поступает на порядок большее количество снета, рассеянное частицей, чем в сферической камере Ульбрихта с внутренней поверхностью из диффузно рассеивающего материала. Это дает возможностьувеличить отношение полезного сигналак шуму, а значит, повысить чувствительность устройства к свету, рассеянному малыми частицами,Использование устройства для анализа искусственных и естественных дисперсных сред позволяет измерить и:подсчитать частицы с размером до 0,1 мкм независимо от их Формы и оптических свойств, что существенно расширяет измеряемый спектр размеров частиц и, тем самым, повышает точность определения концентрации взвесив целом. Формула изобретенияУстройство для измерения размеров и концентрации частиц, содержащее источник коллимированного излучения, снетовую ловушку, объектив, камеру для сбора рассеянного частицами света, фотоприемник, систему подачи частиц в камеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышениячувствительности к частицам малых размеров и повышения точности определения концентрации взвеси, камера выполнена в виде параболического зеркального отражателя, закрытого линзовым конденсором, передний фокус которого совпадает с фокусом параболического отражателя;через который проходит траектория движения измеряемых частиц, а задний фокус конденсатора находится в плоскости диафрагмы, за котьрой установлен фотоприемник, соединенный с электронным блоком обработки сигналов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США .93869209,кл.356-103,опублик. 1975.2, Патент США Р 3869208,кл, 356 - 102, опублик, 1975 (прототип),741107 Составитель Е МаллерМакаревич Тех ер. дЖ.Кастелевич Корректор М,Вигула о 2/4 акаэ сное илиал ППП -Патент г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 1019 ЦНИИПИ Государственног по делам изобретени 3035, Москва, Ж, РаПодпикомитета СССРи открытийская наб., д. 4/5