Способ измерения размера частиц и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) И 1) 96 Й АНИЕ СТО то е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(1) .Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеровгражданской авиации(56) Каталог фирмы Коусо 1 изгышеп,США, 1978.АвторскоеВ 987474, кл свидетельство СССР С 01 М 15/02, 1981.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРА ЧАСТИЦИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ измерения размерачастиц, заключающийся в облучениипотока частиц двумя когерентнымипучками различной частоты и регистрации электрического сигнала, образуемого после оптического гетеродинирования рассеянного излучения, по которому судят о размере частиц, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измеренияпутем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью освещенности области измерения, облучающиепучки выбирают одинаковой интенсивности, вектора поляризации пучковориентируют в одном направлении иливзаимно ортогонально, рассеянноеизлучение собирают в направлении,не совпадающем с плоскостями колебаний электрического и магнитноговекторов излучений для каждого изоблучающих пучков, регистрируют постоянную и переменную составляющиерассеянного излучения, определяюткоэффициент.поляризационного согласования К двух смешиваемых волн,равный квадрату соотношения переменной и постоянной составляющихрассеянного излучения, и по значениюК судят о размере частиц,2. Устройство для измерения размера частиц, содержащее лазер, расположенные по оптической оси лазера два фокусирующих объектива, четвертьволновую пластинку, электрооптический кристалл и зеркало, а также собирающий объективоптическаяось которого расположена под углом 90 к оптической оси лазера,фотоприемник, расположенный на оптической оси собирающего объектива,генератор высокой частоты подключенный к электрооптическому кристаллу,селективный усилитель, подключенный кфотоприемнику, и амплитудный аналиьсов, о т л и ч а ю щ ечто, с целью повышения точности измерения, в нем дополнительно установлены второй собирающий объектив и фотоприемник, фильтр низкой частоты, линейный детектор огибающей, два усилителя, измеритель отношения напряжений и устройство возведения в квадрат, причем оптические оси двух собирающих объективов располагаются в плоскости, перпендикулярной оптической оси лазера, и симметрично относительно оси, лежащей в этой плоскости и проходящей через оптическую ось лазера перпендикулярно к плоскости поляризации излучения лазера, второй фотоприемник расположен на оптической оси второго собирающего объектива и выход его через фильтр низкой1208496 частоты и усилитель подключен кпервому входу измерителя отношения,выход селективного усилителя соединен с входом линейного детектораогибающей, выход которого черезусилитель подключен к второму входу 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размеров и кой-фе .центраций частиц в движущихся жидких и газообразных средах оптичес кими средствами.Целью изобретения является повышение точности измерения путем уменьшения погрешности, обусловленной неравномерностью, освещенности области измерения.На чертеже изображена схема устройства для осуществления способа измерения размеров частиц.Устройство состоит из лазера 1, 15 излучающего линейно поляризованный, например, в вертикальной плоскости луч 2, фокусирующего объектива 3, собирающего излучение в области измерения 4, через которую движет ся исследуемый поток частиц 5, второго объектива 6, четвертьволновой фазовой пластинки 7, электрооптического кристалла 8, помещенного в круговое четвертьволновое вращаю щееся электрическое поле, зеркала 9, отражающая поверхность которого перпендикулярна лучу лазера собирающие рассеянный свет 10 и 11 объективы 12 и 13, апертурные диаф- Зо рагмы 14 и 15, фотоприемники 16 и 17, селективный усилитель 18, линейный детектор огибающей 19, усилитель 20, измеритель 21 отношений напряжений, фильтр 22 низкой частоты,усилитель 23, устройство 24 возведе-ния в квадрат, амплитудный анализатор 25 импульсов, генератор 26.Сущность способа измерения размеров частиц заключается в следующем.Еыи движущаяся в потоке частица облучается двумя когерентными лучами различной частоты сд и м 3+и)м, где о) - разница частот этих лучей,измерителя отношения, выход измерителя отношения соединен с входомустройства возведения в квадрат выход которого соединенс амплитудным анализатором импульсов,причем вектор скорости потока направлен перпендикулярно раэностномуволновому вектору двух облучающихлучей, то в этом случае при оптическом гетеродинировании рассеянногоизлучения, принимаемого в определенном направлении, где на выходефотоприемника образуется сигнал 1: 1 =7 ГР+ Р+ К (Р+ Р )о где ( - коэффициент пропорциональностиР и Р - мощности рассеянного изб ВГлучения, регистрируемыефотоприемником при облучении частицы соответственно первым и вторымоблучающим лучом; 2 Р РьКд=в в ". - коэффициент амплиРз +Рзтудного согласования двух смешиваемых на фотоприемнике лучей;К, - коэффициент поляриэационного согласования двух смешиваемых на фотоприемнике волн, определяемый через элементы матрицы когерентности первой и второй рассеянной волны;01 - разность частот лучей;С - время;- фаза сигнаца.Если прием рассеянного излучения осуществляется в направлении распространения двух волн с равной интенсивностью, то КА= 1. Следовательно, измерив амплитуду переменной составляющей фототока1, =1 Кп(Рз,+ Рз и постоянную сос 1208496тавляющую Фототока 1 = (р+ р )1 2 можно рассчитать Кя по формупе Значение Кизменяется от нуля до единицы и зависит от,размеров частиц. Расчеты, выполненные на основе теории рассеяния М, показывают, что для заданного диапазона размеров частиц с известными оптическими свойствами существует своя градуированная характеристика, в соответствии с которой значение К монотонно возрастает в пределах измерительного диапазона размеров с увеличением размера частицРасчеты, выполненные на основе векторной теории рассеяния, показывают, что с учетом зависимости , 1 .и К от угла направления приема рассеянного излучения, для регистрации 1 и 1 достаточно выбрать два направления, симметричных относительно оси, расположенной перпендикулярно оптической оси облучающих лучей и вектору скорости потока частиц.Таким образом, рассчитав по результатам измерений 1 и 1 коэффициент поляриэационного согласования К с помощью соответствующих градуировочных графиков, можно одно" значно определить размер частиц.Устройство для осуществления способа измерения размера частиц работает следующим образом.Область измерений 4 в исследуемом потоке частиц 5 облучается когерентным лучом 2 от лазера 1 и отраженным от зеркала 9 после прохождения четвертьволновой фазовой пластинки 7 и электрооптического кристал" 5 ла 8, на который от генератора 26подаются два сигнала в квадратуре,имеющие одинаковую частоту и равныечетвертьволновые напряжения. Отражающий луч после повторного прохождения 10 через электрооптический кристалл 8и четвертьволновую фазовую пластинку 7 имеет линейную вертикальную поляризацию и сдвинут по частоте относительно частоты луча 2 на вели чинуш,)м Объективы 3 и 6 фокусируют обалуча в области 4 измерений, С помощью объективов 12 и 13 и апертурныхдиафрагм 14 и 15 рассеянное излучение собирается в направлениях, симметричных относительно оси, расположенной перпендикулярно оптическойоси облучающих лучей и вектору ско-.рости потока частиц, направляется нафотоприемники 16 и 17, причем амплитуда переменной составляющей фототока регистрируется с помощью селективного усилителя 18, линейного де 30 тектора огибающей 19 и усилителя 20,а постоянная составляющая фототокарегистрируется с помощью фильтра 22низкой частоты, усилителя 23, далееизмеритель 21 отношений напряжений,устройство 24 возведения в квадрати амплитудный анализатор импульсовпроизводят обработку составляющихфототока и определение размеров частиц,1 208496Составитель Г.ПлешковРедактор Л.Авраменко Техред С.Мигунова Корректор С,ШекмарЗаказ 252/55 тираж 778 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., д, 4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4