Устройство для определения скоростей и размеров движущихся частиц

(51 В 21/ ТЕНИЯ ОПИСА К АВТОРСКО ИЕ ИЗОБ ВИДЕТЕЛЬСТВ тся к измерительойствам.для измеов частиц, и может случае, если необизмерение этих еры частиц более является увеличеразмеров и скоротения рения на форма фоточувна фиг. 2 - струкого устройства; на ений в различных ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Ленинградский политехнический институт им. М, И. Калинина(56) . Иапц О, ) сшгог, Рапсе зде теазигегпепт 1981, 20, )Ф 8, р. 1367-1373. Арр)ебОрссз, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯСКОРОСТЕЙ И РАЗМЕРОВ ДВИЖУЩИХСЯЧАСТИЦ(57) Использование; изобретение относитсяк измерительной технике, точнее - к устройствам для измерения скоростей и размеровчастиц, и может быть использовано в томслучае, если необходимо одновременноеизмерение двух указанных параметров приразмерах частиц более 0,25 мм. Сущность:устройство снабжено дополнительно двумя Изобретение относи ной технике, точнее куст рения скоростей и разме быть использовано в том ходимо одновременно двух параметров и раз 0,25 мм,Целью изобре ние точности изме стей частиц,На фиг. 1 представле ствительных элементов; турная схема заявляем фиг. 3 - эпюры напряж точках устройства.фотоприемниками, усилителями 4, 5, компараторами 7, 8, ждущими мультивибраторами 9 и 10 и аналоговыми ключами 11, 12, один из фотоприемников имеет круговую форму фоточувствительной площадки, другой - форму кольцевого сектора, диаметр кольцевой площадки и ширину кольцевого сектора выбирают в 2 - 10 раз меньше среднего диаметра измеряемых частиц О расстояние между центром круговой площадки рабочим фотоприемником - В 2 в 20-200 раз превышающее Ос, промежуточный кольцевой сектор расположен на расстоянии Й 1, равном 0,3 82 - -0,9 В 2 от центра круговой площадки, угловая ширина кольцевого сектора равна углу, в пределах которого необходимо измерять параметры движущихся частиц (в предельном случае 180), угловая ширина рабочего фотоприемника выбрана в пределах (Т 2) агст 9(ОНИ 1), где Ол - максимальный диаметр измеряемых частиц. 3 ил.,Устройство состоит из трех фотопри- С емников, Первый имеет круговую форму фоточувствительного электрода, второй - л) форму кольцевого сектора с радиусами В 1 и В 2 соответственно. Электрическая часть устройства состоит из двух усилителей 4, 5; одного суммируощего усилителя 6; двух компараторов 7, 8; двух ждущих мультивибраторов 9, 10; двух аналоговых ключей 11, 12 и блока обработки 13,Принцип работы устройства следующий, Изображение движущихся частиц (или их тень, что зависит от методики измерения) последовательно пересекает различные фотоприемники, Назначением электрическойчасти устройства является усиление и фильтрация электрических импульсов таким образом, чтобы на выходе устройства формировался полезный сигнал только в том случае, если траектория движения частицы такова, что ее изображение последовательно пересекает фотоприемник 1, а затем фотоприемник 2, Геометрическое расположение фоточувствительных элементов таково, что в этом случае иэображение обязательно пересекает и фотоприемник 3 не задевает за его края, так как траекторию движения частиц в пределах фотоприемника можно считать линейной, Таким образом исключаются ошибки измерений, связанные с пересечением краев рабочего фотоприемника (ФП). Рассмотрим это более подробно. Для того, чтобы можно было считать траекторию движения изображения проходящей через точку, соответствующую второму ФП, размер фотоприемника 1 должен быть меньше диаметра измеряемых частиц. Однако при слишком маленьком диаметре фотоприемника на выходе устройства будет слишком маленький электрический сигнал, что затруднит измерения.Поэтому приемлемыми значениями диаметра кругового электрода является величина 0,50,1 от среднего диаметра измеряемых частиц (то есть в 2 - 10 раз меньше). Расстояние от фотоприемника 1 до рабочего фотоприемника 3 (радиус В 2) выбирают из следующих соображений, Чем больше величина В 2, тем точнее допущение, что изображение частиц пресекает рабочий ФП по радиусу. Соответственно точнее измерение скорости частицы, Однако при больших величинах В 2 увеличивается вероятность попадания изображения другой частицы, возможно пересекающих края ФП 3, То есть также возрастает вероятность ошибки. Если исходить из точности определения скорости 1-7, то приемлемыми значениями является величина В 2 в 20-200 раз превышающая средний диаметр измеряемых частиц. Фоточувствительный элемент 2 может быть расположен вблизи ФП 3, однако из-за электрических задержек при работе компаратора расстояние В 1 не желательно выбирать более 0,8 В 2, иначе может быть не зафиксировано начало импульса. При уменьшении В ухудшается угловая селекция, поэтому В выбрано в пределах 0,3 В 2- 0,9 В 2, Угловая ширина рабочего фотоприемника щ выбрана равной агс 19(Ом/В 1), где О - максимальный диаметр измеряемых частиц, При меньшем значении угловой ширины могут появитьсячастицы, задевающие за край рабочего фотоприемника, а при большей - ухудшаются шумовые свойства фотоприемника, так как увеличивается его площадь. Соответственно пределами являются 1,2 от агсщ(О/В 1), 5 Угол, в пределах которого регистрируютсячастицы, приближенно равен р 1.Электрическая часть схемы работаетследующим образом,Если изображение движущейся части- "0 цы пересекает ФП 1, то на выходе усилителя4 формируется импульс положительной полярности. Компаратор 7, настроенный на заданный уровень срабатывания, формирует импульсный сигнал (фиг. 3), запускающий ждущий мультивибратор 9 (ЖМВ), При этом открывается аналоговый ключ 11, позволяющий сигналу с выхода усилителя фототока второго канала 5 попасть на вход компаратора 8, Если же траектория движения частицы такова, что ее изображение пересекает первый фотоприемник, но не пересекает второй, то импульсный сигнал на вход компаратора 8 не поступает, и через некоторое время ЖМВ 9 закрывает аналоговый ключ 11, Независимо от того, пересекает далее изображение какой-либо частицы фотоприемник 3 или нет, на выходе устройства будет нулевой сигнал, так как аналоговый ключ 12 остается закрытым, Если же изображение 30 частицы пересекает ФП 2, то компаратор 8формирует сигнал, запускающий ЖМВ 10, При этом аналоговый ключ 11 закрывается, а 12 - открывается, что позволяет пройти полезному сигналу с выхода усилителя-сум матора б на выход устройства,Устройство длю опробовано на экспериментальных моделях: в лабораторных условиях с использованием капельного устройства и в условиях натурного экспери мента с использованием промышленногоразбрызгивающего сопла ЦОпри давлениях 0,1 - 0,15 МПа в различных точках факе.ла разбрызгивания. Изображение капель формировалось в параллельном световом 45 пучке, Радиус рабочего фотоприемника 70 мм. Размеры дополнительных элементов 1,2 соответствовали формуле изобретения В связи с тем, что динамический диапазон рабочего фотоприемника, позволял изме 50 рять размеры частиц в пределах 15 мм,а скорости - ч,5-15 м/с, диаметр элемента 1 был выбран 2 мм, толщина элемента 2-1,5 мм, угол р 1 =15", Длительность им пульса ждущего мультивибратора 9 (при отсутствии принудительного сброса) - около 100 мс, длительность импульса ЖМВ 10 - около 200 мс, В конструкции устройства имелась возможность регулировать длительность импульсов и уровни срабаты.вания компараторов, При работе в лабораторных условиях с одиночными каплями, создаваемыми капельным устройством, все электрические импульсы соответствовали указанным выше. Сбоев в работе устройства обнаружено не было. При работе с капельным потоком высокой плотности от разбрызгивающего устройства ЦОвероятность ошибки, вызванной пересечением изображения капли бокового края рабочего фотоприемника уменьшалась в 20 - 100 раз. Соответственно в 2-5 раз увеличилась точность измерений.Устройство может использоваться не только с прототипом, но и с любыми другими устройствами корреляционного и тенеВого типа,Формула изобретения Устройство для определения скоростей и размеров движущихся частиц. содержащее фотоприемный блок и схему обработки сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений за счет пространственной селекции, оно снабжено первым и вторым дополнительными фотоприемниками, схема обработки сигнала выполнена в виде последовательно соединенных первого усилителя, первого компаратора и первого ждущего мультивибратора, последовательно соединенных второго усилителя, первого аналогового 5 ключа, второго компаратора, второго ждущего мультивибратора и второго аналогового ключа, третьего усилителя, выход первого ждущего мультивибратора соединен с вторым входом первого аналогового ключа, его 10 вход - с вторым выходом второго компаратора, выход второго аналогового ключа является выходом схемы обработки сигнала, фотоприемный блок выполнен в виде трех фотоприемников, первый из которых выпол нен в виде круговой площадки, второй итретий - в виде концентрически размещен ных на расстоянии Р 1 и В 2 относительно первого фотоприемника кольцевых секторов, диаметр круговой площадки первого 20 фотоприемника и угловую ширину и кольце.вого сектора второго фотоприемника выби рают в 2-10 раз меНьше среднего размера измеряемых частиц. расстояние В 2 удовлет.воряет соотношение Я 2= 10-50011, входы 25 первого, второго и третьего усилителей то.ка соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего фотоприемни ков.1809303 Составитель Д.КизеветтерТехред М.Моргентал Корректор .М.Максимишинец Т.Пигина дакто Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина Заказ 1279 Тираж ВНИИПИ Государственного коми 113035, МосквПодписноеа по изобретениям и открытиям приЖ, Раушская н 4 б., 4/5