Устройство для определения размеров и концентрации светорассеивающих частиц

ООз СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСК СПУБЛИН 51)5 С 01 И 15/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК Д ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с.твен ный(57) Иэобретрольно-измерности к опти О ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗТРАЦИИ СВЕТОРАССЕИВАОние относи тельной те аст нике, йства инте ским устр оПя парам может быт имии, био ов взвешен спользован рального кон ых частиц, иколлоидной 2 ил огии еди-,ния сисканиорой 1 уст ОСУДАРСТВЕНКЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П 1 НТ СССР 1(56) Сахаров А.Н., Шифрделение среднего размерции взвешенных частиц. иинтенсивности прошедшег Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим устройствам контроля параметров взвешенных частиц, и может бытьиспользовано в коллоидной химии, биологии и медицине.Целью изобретения является повышение точности и снижение нижнего предела размеров анализируемых частиц,На фиг.изображена блок-схема ройства для определения размеров и концентрации светорассеиваюших часцине. Целью изобретения является поышение точности и снижение нижнегопредела размеров анализируемых частиц, При прохождении плоскопараллельной высококогерентной световой волныот источника через кювету с исследуемой средой происходит рассеяние излу-.чения на частицах. С помощью интерферометра поперечного сканирования, содержащего поляризаторы, двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляю,щую пластину, создается интерференционное поле, возмущаемое в случаеприсутствия ансамбля исследуемых частиц. С помощью взаимного перемещения оптических клиньев достигаются последовательные измененные смещения между интерферирующими пучками света. При этом фоторегистратором определяется поперечная функция Г (о) когерентнос 3. )ти, из которой находят корреляционных функцию у( ), функцию Е(К) распределения частиц по размерам и кон-, центрацию частиц в исследуемой среде. тиц; на фиг. 2 - оптическая схема итерферометра поперечного сканированУстройство содержит высококогереный источник 1 излучения, блок 2 раширения пучка, оптическую кювету 3исследуемой средой, объектив 4, апетурную диафрагму 5, интерферометр 6поперечного сканирования, полевую дфрагму 7 и фотоэлектрический блокрегистрации.Интерферометр 6 поперечногорования включает первый 9 и втгде- угол падения;и - показатель преломления внешней среды;и ип - показатели преломления обыко Сновенного и необыкновенного пучков соответственно,Относительное смещение пучков о 40 и е зависит от расстояния между клиньями 11 и 12. Так как клинья идентичны и образуют плоскопараллельную пластину, то в клине 12 пучки распространяются коллинеарно, но смеще ны на расстояние р . Из геометрического построения, нафиг.2 следует, что 1(са с( - г.8 о( )созе, (2) 50 где 1 - расстояние между клиньями.На фиг. 2 рассмотрен случай, когда клинья находятся в иммерсии, т.е.когда ип. При этом один пучок распространяется прямолинейно, а второй преломляется. Продольное смещение между пучками о и е компенсируется пластиной 13.поляризаторы, первый 11 и второй 12 двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляющую плоскопараллельную пластину 13. Клинья 11 и 12 образуют. плос",5 копараллельную пластину толщиной, рФаной толщине пластины 13. Оптические оси клиньев одинаково ориентированы, перпендикулярны оптической оси плоскопараллельной пластины, образуют 10 угол 45 с плоскостями поляризацииполяризаторов и совместно с оптической осью двулучепреломляющей пластины расположены в плоскости, перпендикулярной направлению распространения )5 пучка.Плоскости поляризации поляризаторов образуют угол 90Система клиньев 1 и 12 делит пучок на два распространяющихся соосно пучка с взаимно ортогональными линейными поляризациями: обыкновенный о и необыкновенный е. На выходе клина 11о и е пучки, разделяются пространственно. Это происходит вследствие раз личия в показателях преломления дляо и е. Углы преломления оо и с этихпучков определяются из соотношений: Устройство работает следующим образом.Излучение высококогерентного источника 1 поступает на вход блока 2 расширения пучка, выполненного, например, в.виде телескопической систе-. мы из двух объектов и диафрагмы между ними и служащего для формированияволны с плоским фронтом. При прохождении этой волны через исследуемую среду, помещенную в плоскопараллельную кювету 3, происходитрассеяние излучения. Объектив 4 проектирует изображение светорассеивающих частиц в плоскость полевой диафрагмы 7, сразу за которой расположен фотоэлектрический блок 8 регистрации.Апертурная диафрагма 5 позволяет управлять спектром принимаемых пространственных частот поля рассеянного излучения. В интерферометре 6 происходит расщепление пучка на две равно- интенсивные составляющие, взаимное поперечное смещение расщепленных составляющих и последующее их смешение.Определение, размера и концентрации частиц в дисперсной среде заключается в следующем.Исследуемая оптическая кювета 3 с частицами облучается плоской волной Рассеянное излучение проходит через интерферометр б поперечного сканирования фиг. 2), исходное положение которого - нулевое поперечное смещение между расщепленными пучками и строго соосное их смешение. Объектив 4 проецируетиэображение рассеивающих частиц в плоскость полевой диафрагмы 7. Для "жестких";частиц величина апертурной диафрагмы 5 выбирается такой, чтобы она пропускала весь спектр пространственных частот рассеянного излучещя,В случае "мягких" частиц апертурная диафрагма уменьшается до .тех пор, пока. светлые пятна в центре изображений частиц не исчезнут (при условии, что контуры изображений чаетиц остаются четкими).Размер полевой диафрагмы 7 выбирается немного меньшим величины проецируемого изображения исследуемого объема.Далее путем измерения интенсивностей результирующего поля 1 и 1 ин для разностей хода пучков в плечах интерферометра соответственно 0 и(6)Р(К)К (К Я/2 определяется видность интерфере ,ционной картины, выражаемая попереч 1 ной Функцией Г 1(р) когерентности граничного поля излучения с помощью со- отношения г - --1 дко(кс 1 мин1 + 1мо(кС мин Поперечная функция Г (р) когерент- О ности граничного поля излучения, пр(ршедшего через светорассеивающую среду, несет информацию о корреляционной функции )(у) изображения системы частиц и связана с ней соотношением 15 Г- у) + Г, (4) где Г - когерентная составляющая,обусловленная нерассеяннымпучком. 20Поперечная корреляционная Функция изображения полидисперсного ансамбля ,частиц является сверткой корреляционной функции ( (ур К) одной частицы и функции Е(К) распределения частиц по 25 размерам и записывается в виде интегрального уравнениямаКСУ(р) . ) Р К)Р(КК, (5)2. Г 7(Я/4- )тессе(п Тк - радиус частицы;К . - максимальный радиусчастицы.По измеренной Гиз соотношения (4) определяется р), Решение уреянения (5) дает значение Е(К)..40Концентрацию С частиц в исследуемой среде можно определить из выраже- ния Р о ма кС причемЕ (К)Ы К 1. ьизобретения Устройство для определения размеров и концентрации светорассеивающих частиц, содержащее оптически сопря, женные объектив, апертурную диафрагму и источник высококогерентного светового излучения, на оптической оси которого последовательно размещены элемент расширения пучка и оптическая кювета с исследуемой средой, интерферометр поперечного сканирования, поле" вая диафрагма и приемный фоторегист" ратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и снижения нижнего предела размеров анали зируемьм частиц, объектив и апертурная диафрагма последовательно размещены на оптической оси источника высоко- . когерентного светового излучения между кюветой с исследуемой средой и интерферометром поперечного сканирования, при этом интерферометр поперечного сканирования выполнен в виде расположенных последовательно по ходу луча первого поляризатора, двух идентичных двулучепреломляющих клиньев, образующихплоскопараллельную пластину, двулучепреломляющей пластины и второго поляризатора, двулучепреломляющие клинья и двулучепреломляющая пластина выполнены иэ идентичного оп 1 ического материала таким образом, что толщина двулучепреломляющей пластины равна суммарной толщине лучепреломляющих клиньев, плоскости поляризации первого и второго поляризаторов взаимно перпендикулярны, одинаково ориентированные оптические оси двулучепреломляющих клиньев направлены перпендикулярно оптической оси двулу- чепреломляющей пластины, образуя уголо45 с плоскостями поляризации поляризаторов, и совместно с оптической осью двулученреломляющей пластины расположены в плоскости, перпендикулярной направлению распространения светового пучка.1578590 уу 1 и Сос тавит ель Р. Ивановктор А.Лежнина Техред М.Дидык Корректор Э.Лончакова сно стве 11Гагарина, 10 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород Заказ 1911 ВНИИПИ Гос Тираж 501 Под ого комитета по изобретениям 35, Москва, Ж, Раушская н открытиям при ГКНТ ССС д. 4/5