Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1 М 1502 4(5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ. (прот ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕПАУ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯРАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ АЭРОЗОЛЬНЫХЧАСТИЦ, содержащее последовательновключенные осветитель с параллельным пучком света, вращающееся зеркало, объектив, узел Формированияпотока частиц и приемно-анализирующийблок, отличающеесятем, что, с целью уменьшения погрешностей измерений за счет увеличения частоты сканирования пучкабез увеличения частоты вращениязеркала, в устройство между зеркалом и .объективом введен отклоняющий блок, выполненный из отклоняю)19)ЯО 1122 щих световой пучок призм, установленных в плоскости сканирования и своими основаниями обращенных к оси объектива причем их угол отклонения пучка выбран таким,.что его тангенс равен отношению среднего расстояния каждой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования по крайней мере в два раза превышает диаметр светового пучка.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами, сравнимы" ми с длиной волны светового пучка, в устройство введены дополнительный объектив и положительная линза, причем дополнительный объектив установлен так, что Фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объективом с потоком частиц, а положительная линза установлена в Фокальной плоскости основного объектива.0 20 25 30 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике измерений размеров и концентрации вэьешенных частиц, и можетбыть использовано в метеорологии,биологии, химической технологиидля измерений размеров и концентрациу взвешенных частиц микронных размеров,Известно УстРойство аналогичного назначения, содержащее источник пучка света, узел сканирования этого пучка, объектив, кювету с исследуемой средой и приемную систему 1 3.В этом устройстве параметры узла сканирования выбраны такими, что световой пучок при сканировании пересекается с каждой частицей только один раэ, вследствие чего в нем значительны погрешности, связанные с неоднородностью освещенности частиц, поскольку профиль интенсивности пучка далек от прямоугольного (одинаковые частицы, пересекшие ,пучок в разных местах его поперечного сечения, дадут разные амплитуды)Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, вращающееся зеркало, объектив, узел формирования потока частиц и приемноанализирующий блок 12.В этом устройстве многогранноезеркало вращается с такой частотой,что одна и та же частица освещаетсямногократно, причем с увеличениемчастоты сканирования пучка погрешкости измерения уменьшаются. Однако,увеличение частоты сканирования приводит к сокращению длительностиимпульсов рассеянного частицамисвета и требует расширения полосыпропускания приемно-анализирующегоблока. Иэ-эа широкой полосы пропусканин для малых частиц ухшаетсяотношение сигнал - шум, возрастаютпогрешности измерения,Цель изобретения - уменьшение погрешностеи измерений эа счет увеличения частоты сканирования пучка беэ увеличения частоты вращения зеркала.Цель достигается тем, что в устройстве для измерения размеров и концентрации аэроэольных частиц, содержащем последовательно включенные осветитель с параллельным пучком света, зеркало, установленное с воэможностью вращения, объектив, учел формирования потока частиц и приемно-анализирующий блок, между зеркалом и объективом введен отклоняющий блок, выполненный иэ отклоняющих световой пучок призм, установленных в плоскости сканирования и своими основаниями обращенных к оси объектива, причем их угол отклонения пучка выбран таким, что его тангенс равен отношению среднего расстояния каждой призмы от оси объектива к расстоянию между центром вращения зеркала и центром отклоняющего блока, а размер каждой призмы в направлении сканирования по крайней иере в два раза превьпдает диаметр светового пучка.Для уменьшения погрешностей при измерении частиц с размерами,сравнимыми с длиной волны светового пучка, в устройство введены дополнительный объектив и положительная линза, причем дополнительный объектив установлен так, что фокальная плоскость основного объектива оптически сопряжена дополнительным объективом с потоком частиц, а положительная линза установлена в фокальной плоскости основного объектива.Схема устройства представлена на чертеже.Устройство для измерения размеров и концентрации аэроэольных частиц содержит осветитель 1, например лазер, многогранное зеркало 2, установленное с возможностью вращения в направлении, укаэанном стрелкой, на расстоянииот центра вращения зеркала установлен отклоняющий блок 3, выполненный иэ 2преломпяющих призм с пр еломляющими углами ч Ч1 2 фф (на чертеже М =3) и средним оасстоянием каждой призмы от оси объектива 4, равным 1,1 11 Все призмы расположены в плоскости сканирования (в плоскости чертежа) и своими основаниями обращены к оси объектива 4, установленного за отклоняющим блоком 3. Угловой размер каждой приэмы равен с, а углы 6; отклонения светового пучка каждой призмой выбраны иэ с.оотношения: 1 Д,-Линейный размерЬкаждой призмы, как минимум, вдвое больше диаметра светового пучка, В1122 3фокальной плоскости объектива 4 уста- новлена положительная линза 5, за которой установлен дополнительный объектив 6оптически сопрягающий фокальную плоскость объектива 4 с потоком частиц (перпендикулярным плоскости чертежа). На пути нерассеянного светового пучка установлена светоловушка 7, а на пути рассеянного частицами света установлен 10 приемно" анализирующий блок, состоя-. щий из объектива 8, диафрагмы поля зрения 9, фотоприемника 10 и анализатора 11, причем отклоняющий блок 3, объектив 4, положительная линза 5 15 и дополнительный объектив 6 установлены соосно со средним положением све тового пучка, обозначенным сплошной линией. Положения пучка, соответствующие его прохождению через цент- зр ры призм (эа счет поворота зеркала 2)обозначены штриховыми линиями.Устройство работает следующим образом, Световой пучок от осветителя 1 попадает на зеркало 2, имеющее и д граней и вращающееся с частотой М об/с. При этом на выходе зеркала угловая амплитуда поворота пучка в два раза превышающая угол поворота зеркала) равна 4 й/. Затем пучок по- ЗО падает на отклоняющий блок 3, угловой размер его в плоскости сканирования относительно центра сканирования равен 4 7/о, а угловой размер каждой призмы равен О-требуемой величине сканирования пучка в потокечастиц.ЪПоскольку 16;= - ,то пучок, проходящий через центр любой призмы, выйдет из нее параллельно оптической оси объектива 4 ( 6, и Ч, связаны известным соотношением для преломления света призмой. В частности, если 095 фЧ,(с 1, то 6, =( "1) где г - показатель преломления материала призмы) . В результате при повороте зеркала на угол 2 7/и (т.е, за один цикл сканирования пучка собственно зеркалом) на выходе блока 3 пучок совершит 2 м циклов сканирования, причем в каждом цикле пучок на выходе блока 3 будет перемещаться в пределах угла +(при .1). В.фокальной плоскости объектива 4 (с фокусным расстоянием) линейный размер области сканирования равен о, причем пучок будет перемещаться в этих пределах по одной и той же траектории, проходя через любую из призм, (диаметр фокального пятна равен где р - расходимость пучка, т,е, относительная амплитуда сканирования равна о/р). Объектив 6 переносит изображечия фокальной плоскости объектива 4 в поток частиц, где также осуществляется требуемое ска" нирование светового пучка. Линейный размер каждой грани в направлении сканирования как минимум вдвое превышает диаметр светового пучка. В этом случае длительность одного цикла сканирования будет не меньше интервала между соседними циклами, 1 Импульсы рассеянного частицами света регистрируются приемно-анализирующим блоком содержащим объектив 8, диафрагму 9 поля зрения фотоприемника 10 и анализатор 11. Поскольку амплитуды этих импульсов (для частиц с размерами порядка длины волны света и более) зависят от угла рассеяния света, то необходимо уменьшить изменение этого угла. С этой целью установлена положительная линза 5.1122095 Техред Ж.Кастелев Редактор сропо Подписно акаэ 2906 Патен г, Ужгород, ул. Проектная, 4 лиал/6 Тир аж НИИПИ Государственного по делам иэобретений 35, Москва, Ж, Рауш