Нефелометр для измерения индикатрисы рессеяния аэрозолей

СООЗ СО)Г 1 СКИХСОЦИА;ИС гИЧГ.,ки 168463 РЕСПУБЛИ 1 й 21/ Н СССР 1987, СССР 1989,ирующи и разно чем боль".Ствд до его расхоПри измеых углов ондирую 1 за счетвавйсходимоносится к технике оп в аэрозолей оптичес ет быть использован сследования атмосф иок-схе катрись ляется снижение итов и массы путочников излучеельности эа счет полосы эондирунныхдля измереглов, для которых рующим блока 1 я зонди ующего оптичес ез расс ки сопря- еиьающий ка 3 иэлу, располоющи ния р ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) НЕФЕЛОМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДИКАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ (57) Изобретение относит;технике определения характеристик аэрозолей оптическими методами и может быть использовано в метеорологии. Цель изобретения - уменьшение энергопотребления, гамбар(тов и мвс сы путем сокращения числа истоников излучения и увеличение чувствитель осчи путем формирования зондируощих пучков с разной расходимостью и разной спектральной шириной, Нефелометр содержит зондирующий блок, приемное устройство, механизм вращения, датчик углового полоИзобретение от деления параметро ми методами и мож метеорологии для и ных аэрозолей.Целью изобретения яв энергопотребления, габар тем сокращения числа ис ния и увеличение чувствит расшиоения спектральнойх пучков, предназнаце ассеяния в области у жения и последовательно соединенные с датчиком блоки программирования и управления. Зондирующий блок состоит иэ источника излучения и расположенных вокруг него зеркал и конденсоров так, что оптические -си конденсоров параллельны и лежат в плоскости измерения индикатрисы рассеяния, Каждый конденсор снабжен затвором, соединенным с блоком управления и полосовым ".ветофил т; ом Нефелометр обеспе.де получе(1 е 1 есн,.льк 1 х эо",ирующих пучко". от одного источника излучения и одновременное фрмирован, , зон пучков : разной рзсхоч 1 остью сгектральной шириной, При этом ше расстояние о, приемного .тр зондирующего пучка, тем больше цимость и спектральная шир;на рении индикатрисы для раэн рассеяния включаются разные з щие пучки. Включение и выключение пуч кое производится с помощью блока программирования, блока управления и затворов, 1 з,п. ф-лы, 1 ил,нтенсивность рассеяния мал спольэования пучков с разной На чертеже представлена б ефелометра для измерения инд ассеяния аэроэролей. Нефелометр с четырьм учками состоит из эондир риемного устройства 2,женных между собой чер бьем. Блок 1 состоит из источни ения, зеркал 4 и конденсаторов 5;кнных вокруг источника 3 излучения так, что оптические оси конденгоров 5 параллельны и лежат е плоскости измерения индикат рисы рассеяния. Каждый иэ конденсоров 5 снабжен полосовым светофильтром б и затвором 7, В состав нефелометра входят также блок 8 питания, мехдниэм 9 вращения приемного устройства. датчик 1 О углового положения приемного устройства и последовательно соединенные с датчиком блок 11 программирования и блок 12 управления, к выходам которого подключены затворы 7 Блок 8 питания осуществляет питание источника 3,В качестве источника 3 излучения может использоваться галогенная лампа КГМ 12-100. Тело свечения лампы представляет собой плоскую спираль с размерами 4 х 2 мм и толщиной 1 мм. В этом случае лампа 3 ориентирована так, что плоскость спирали расположена перпендикулярно оптическим осям конденсоров 5. Размер спирали (4 мм) определяет расходимость зондирующих пучков в плоскости измерения индикатрисы рассеяния, Расходимость зондирующих пучков выбирается, исходя иэ предполагаемого хода индикатрис рассеяния, Для известной индикатрисы рассеяния (полидисперсные водные облака) в диапазоне углов рассеяния 2-5 интенсивность рассеяния изменяется в 100-300 раз, поэтому для этих углов расходимость зондирующего пучка 13 выбрана равной 17 (в плоскости измерения индикатрисы), чему соответствует фокусное расстояние 200 мм и размер теле свечения 1 мм, Для углов 80-130 интенсивность рассеяния в 10 раз меньше и почти не зависит от угла, поэтому для пучка 14 расходимость выбрана равной 1120, чему соответствует фокусное расстояние 20 мм при размере тела свечения 4 мм, Расходимости пучков 15 и 16 выбраны 52 и 3 (фокусы 65 и 75 мм, размеры тела свечения 1 и 4 мм). Таким образом, по мере увеличения расстояния от приемного устройства 2 до оп ической оси конденсора 5 расходимость зондирующего пучка увеличивается, соответственно увеличивается мощность пучка,Зеркала 4 расположены вокруг источника 3 излучения так, чтобы они не экранировали световые пучки конденсоров 5, т.е. обеспечивали максимальный угол охвата источника 3 излучения при выбранных фо кусных расстояниях конденсоров 5. Полосовые светофильтры б оцредляют спектральную ширину иэлученич зндирующего пучка Ширина олосы процусканид снетофильтрое увели ива т. гю мере уг 5 1 О 15 20 25 30 35 4 г 45 50 г,личения рэсгтояния от приемноо устройства 2 до оптической оси конденсора (аланди. р гющего пучка), Спектральная ширина зондирующего пучка 13 равна 10 нм, пучка 15 20 нм, пучкаб50 нм и пучка 14 - 100 нм. Пропорционально ширине пучка изменяется мощность зондирующего пучка. Соедняя длина волны пропускания всех полосовых светофильтров б одинаковая и определяется фотоприемником и распределением мощности излучения источника по спектру, В случае использования фотоумножителя с мультищелочным фотокатодом средняя длина волны равна 600 нм,Нефелометр работает следующим образом,Датчик 10 углового положения при вращении приемного устройства 2 механизмом 9 вращения вырабатывает угловые метки, поступающие в блок 11 программирования, где метки считываются и определяется угловое положение приемного устройства 2, В ссответствии с программой, заложенной в блок 11 программирования, в зависимости от угла поворота приемного устройства,. включаются и выключаются зондирующие пучки с помощью блока 12 управления и затворов 7, Для малых углов рассеяния, где интенсивность рассеяния сильно зависит от угла, включается зондирующий пучок 13, имеющий минимальную расходимость. Минимальная расходимость излучения позволяет увеличить точность измерения индикатрисы, так как на малых углах рассеяния рассеивающий объем имеет максимальную величину и интенсивность рассеяния велика, При этом уменьшение мэщности зондирующего пучка вследствие уменьшения расходимости излучения не ухудшает чувствительности нефелометра в целом. При увеличении угла рассеяния рассеивающий объем уменьшается, интенсивность рассеяния также уменьшается, одновременно становится менее сильной зависимость интенсивности рассеяния от угла. Поэтому, чтобы комценсировать уюленьшение сигнала, включается зондирующий пучок 15 с большей расходимостью, большей спектральной полосой и, следовательно, большей мощностью, При этом увеличивается также и рассеивающий обьем. Таким образом, последовательно включаются и затем выключаются все четыре зондирующих пучка. Угла, на которых пучки включаются или выключаются, занисят от предполагаемой индикатрисы рассеяния из. меряемых аэрозолей. Программируя блок 1 1 программирондния, можно оцгимизи Гн еагь чувствительность н 4 ломтра для о,. нцх типов арозлей25 30 35 40 45 50 200 мм равна 10 нм, а с фокусол; 20 мм - 100 нм, то тогда соотношение ин; "о пеено 55 1:3200, и, при одноергл 1 енес 1 й п,1 ювсех Индикатрисы рассеяния аэрозолей зависят от длины волны зондирующего излучения, поэтому каждый конденсор снабжен полосовым светофильтром, выделяющим из сплошного спектра лампы спектральную полосу требуемой ширины. Известно, что рассеяние на малых углах сильнее зависит от длины волны зондирующего излучения, а на углах около 90 эта зависимость слабее, Это обстоятельство позволяет еще больше увеличить чувствительность нефелометра для углов рассеяния около 90 О, используя полосовые светофильтры с разной спектральной шириной (при этом средняя длина волны светофильтров одинакова). При увеличении расстояния от приемного устройства до зондирующего пучка полоса пропускания соответствующего светофильтра увеличивается и соответственно увеличивается мощность пучка, при этом увеличивается рассеянный аэрозолем поток, попадающий в приемное устройство. За счет сокращения числа источников излучения и блоков питания в нефелометре уменьшаются энергопотребление, габариты и масса, при этом использование зондирующих пучков с разной расходимостью излучения и разной спектральной шириной позволяет увеличить чувствительность нефелометра для тех углов, где интенсивность рассеяния мала, В качестве источника излучения, излучающего во все стороны, можно использовать лампы накаливания, импульсные лампы, дуговые лампы и т,д. П р и м е р. 8 схеме (см. чертеж) использована лампа КГМ 12 х 100 с размером свечения 4 х 2 х 1 мм, Фокусные расстояния конденсоров равны 20; 65; 75 и 200 мм, световые отверстия по 20 мм, при этом расходимость пучков равна 1120: 3; 53 и 17 . Угол охвата изменяется от 53 до 543 , Световой поток, излучаемый каждым конденсором, пропорционален произведению Я з 1 п а, где Б - площадь тела счечениягисточника; а - половина угла охвата. Тогда потоки излучения для пучков е относительных единицах равны 0,005; 0,046; 0,14 и 1,6, Соотношение потоков равно 1:320, При одновременной работе всех четырех конденсоров суммарный поток равен 1.8 отн,ед. Если спектральная ширина пучке с фгкусом 5 10 15 20 конденсоров можно получить соот ошение потоков около 1:3400,Такм образом, изобретение позволяет увеличить чувствительность нефелометрэ для углов около 90" в 3400 раз и более (для достижения такого же эффекта в прототипе потребовалось бы установить 3400 источников излучения с конденсорами и блоками питания, что нереально). Увеличение чувствительности в предлагаемом нефелометре получают при сокращении числа источников излучения и числа блоков питания, при этом увеличен суммарный угол охвата источника излучения, что позволяет снизить энергоемкость, его габариты и массу.Формула изобретения 1. Нефелометр для измерения индикатрисы рассеяния аэрозолей, содержащий зондирующий блок, включающий источник излучения, соединенный с блоком питания, не менее чем два конденсора, снабженное механизмом вращения приемное устройство, оптически связанное с зондирующим блоком через рассеивающий объем и кинематически связанное с датчиком углового положения приемного устройства, последовательно соединенные с датчиком углового положения блок программирования и блок управления, выходы которого соединены с зондирующим блоком, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, снижения энерогопотребления, габаритов и массы нефелометра, зондирующий блок дополнительно содержит п, где и - число конденсоров, оптических элементов, изменяющих направление оптических осей конденсоров так, что все оси конденсоров лежат в одной плоскости, совпадающей с плоскостью измерения индикэтрисы рассеяния, все конденсоры оптически связаны с источником излучения, каждый конденсор снабжен затвором, соединенным с блоком управления, и полосовым светофильтром, причем полоса пропускания светофильтров монотонно увеличивается с ростом расстояния от приемного устройства до оси соответствующего конденсорэ, при этом средние длины волн пропускания фильтров одинаковы.2, Нефелометр по и, 1, о т л и ч э ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чуьстеительности, угловые размеры источнике излучения в поле зрения каждого конденсорэ монотонно увеличиваются с рос 1 ол. расстояния от приемного устройства до ии соот ветствующего конденсорэ,1684631 Составитель В,КалечицТехред М. Моргентэл Корректор М,Кучерявая Редактор А,Лежнина Производсгеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 3500 Тираж Подписное ВНИИПИ Госарстеенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Рауаская нвб., 4/5