Лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ по 987474 Союз СоветскияСоциалистическивреспублик(22) Заявлено 10.07. 81(21) 3315230/18-25 Р 1 М К з с присоединением заявки Йо 0 01 М 15/02 Государственный комнтет СССР по делам нзобретеннй н открытнй(23) Приоритет 331 УДК 543. 275, 31068. 8) Опубликовано 0701.83, Бюллетень йо 1 Дата опубликовання описания 070183(71 ) Заявитель рдена Трудового Красного Знамени Ъйсженеров гражданской авиации Киевски ки измерителя, состоящий из диафрагмы, двух поворотных зеркал, амплитудного модулятора излучения и фокусирующего объектива, с помощью которого часть излучения лазера через капилляр и собирающий объектив направляется на фотоприемник, а также усилитель, с помощью которого осуществляется автоматическая регулировка коэффициента усиления при калибровке измерителя, и амплитудный анализатор,импульсов (,2),Однако известный измеритель имеетнизкие чувствительность и помехоустойчивость, что ограничивает низкийдиапазон измерения размеров частицвследствие фоновой засветки, фотоприемника, возникающей иэ-за рассеянияизлучения на стенках капилляра, атакже в виду того, что интенсивностьрассеянного под 90 о излучения на порядок и более меньше по сравнениюс рассеянием вперед,Целью .изобретения является певышение чувствительности и помехоустой. чивости измерений, что позволит расширить нижний диапазон измерения размеров частиц,Поставленная цель достем, что в лазерном анал Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размера и численной концентрации микрочастиц в жидких и газообразных средах.Известен лазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, основанный на рассеянии и регистрации света, отраженного частицей под углом 90 ь, .1 О содержащий источник света, коллиматор фокусирующий объектив, кювету, собирающий объектив, фотоприемник и регист-. рирующее устройство, представляющее амплитудный анализатор импульсов 11Недостатком такого устройства является низкая чувствительность, поскольку рассеянный свет собирается под углом 90Наиболее близким по технической сущности к изобретению является анализатор (АС), содержащий источник света, например лазер, светоделитель, диафрагму, фокусирующий объектив, капилляр, по которому протекает исследуемая жидкая среда, собирающий объектив, расположенный под углом 90 о к оптической оси облучающего луча, фотоприемник, поглотитель облучающего луча, расположенный за капилляром, а также канал для калибров З тигаетсяизаторе дис 54) ЛАЗЕРНЫЙ АНАЛИЗАТОР ДИСПЕРСНОГО СОСТАВ АЭРОЗОЛЕЙУстройство содержит лазер 1, выходное излучение 2 которого имеет высокую временную когерентность, светоделитель 3, делящий луч 2 на два луча 4 и 5, диафрагмы б и 7, которыемеханически связаны между собой, поворотные зеркала 8 и 9, амплитудныймодулятор 10 излучения, Фокусирующий объектив 11, капилляр 12, по которому проходит исследуемая жидкостьили газообразная среда, собирающийооъектив 13, фотоприемник 14, избирательный усилитель 15, два Фокусирующих объектива 16 и 17, четвертьволновую пластинку 18, электрооптический кристалл 19, на который подаются два сигнала, сдвинутые по фазе 50 55 60 на 90 ф, от генератора 20 высокой частоты, зеркало 21, синхронный детек- у персного состава аэрозолей, содержащем лазер, светоделитель, канал измерения, включающий диафрагму, фокусирующий объектин, капилляр, через который подается исследуемая жидкостьили газообразная среда, собирающий,объектив, оптическая ось которого,расположена под углом 90 к оптической оси облучающего луча, Аотоприемник, а также канал для калибровки измерителя, состоящий иэ диафрагмы,двух 0поворотных зеркал, амплитудного модулятора излучения и Фокусирующего объектива, направляющего опорный луч через капилляр и собирающий объектив нафотоприемник, к выходу которого подключены усилитель с автоматическойрегулировкой усиления, амплитудныйанализатор импульсов, дополнительноустановлены второй фокусирующий объектив, расположенный на фокусномрасстоянии от центра от центра измерения, четвертьволновая пластинка,электроолтический кристалл и зеркало, которые расположены за капилляром вдоль оптической оси облучающеголуча, также генератор высокой частоты и синхронный детектор, причем выход генератора соединен с электрооптическим кристаллом с возможностьюподачи двух четвертьволноных напряжений, сдвинутых по фазе на 90 О, 30а также со вторым входом синхронногодетектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов, кроме того, усилитель выполнен в виде избирательного усилителя, 35а в качестве источника непрерывногоизлучения используется лазер, излучение которого линейно поляризованов плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива. 40На фиг.1 представлена блок-схемапредложенного устройства на фиг.2зависимость переменной составляющейФотоприемника Э /3 ,от изменениянаправления приема рассеянного излученияв плоскости, перпендикулярной облучающему лучу,тор 22 и амплитудный анализатор импульсов 23.Измеритель работает следующим образом.Люзер 1 излучает линейно-поляризованный,луч 2, который с помощью снетоделителя 3 делится на дна луча 4 и 5. Луч 5, имеющий интенсивность излучения намного меньще облучающего луча 4, используется для калибровки устройства,.Для этого луч 5 проходит отверстие в диафрагме б и, отразившись от зеркала 8, поступает на вход амплитудного модулятора 10, с помощью которого осуществляется модуляция излучения с частотой Г . Затем луч 5 разворачивается зеркалом 9 и направляется объективом 11 через капилляр 12 и собирающий объектив 13 на Фотоприемник 14, Переменная составляющая фототока фотоприемника 14 выделяется избирательным усилителем 15, настроенным на частоту Г,. Кроме того, с помощью усилителя 15, в котором предусмотрена схема антоматической регулировки усиления (включаемая только при осуществлении цикла калибровки), добиваются постоянной величины сигнала на его выходе нне зависимости от изменения мощности лазера, коэффициента поглощения исследуемой жидкой среды, а также степени загрязнений стенок капилляра. После цикла калибровки происходит смещение механически связанных диафрагм б и 7 таким образом, чтобы луч 5 перекрывался, а луч 4 проходил через отверстие в диафрагме 7. После этого устройство переходит в режим измерения. При этом луч 4 Фокусируется объективом 1 б в область измерения, которая выделяется путем ввода узкой струи жидкости или газа через капилляр 12. Причем ось капилляра 12 располагается перпендикулярна оптической оси облучающего луча 4 таким образом,что все частицы,проходящие через капилляр, пересекают равномерно освещенный объем измерения, ограниченный размером сечения капилляра.Облучающий луч 4 проходит через капилляр 12, объектин 17, расположенный на фокусном расстоянии от объема измерения, четвертьволновую пластинку 18, электрооптический кристалл 19 и, отразивщись от зеркала 21, которое расположено перпендикулярно оптической оси облучающего луча, опять проходит электрооптический кристалл 19, четвертьволновую пластинку 18 и затем фокусируется объективом 17 в ту же самую область измерения, ограниченную капилляром 12. На электрооптический кристалл 19 от генератора 20 подаются два сигнала, имеющие одинаковую частоту и равные четвертьнолновые значения напряжения,О ноосдвинутые по фазе 90 . Поэтому облу50 чающий луч, Фокусируеиюй объективом 17, линейно поляризован в плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива 13, и сдвинут по частоте на величину 1, по отношению к частоте излучения лазера. 5При прохождении жидкой или газообразной среды через капилляр, частица, попадая в область измерения, рассеквает свет, который собирается объективом 13 (оптическая ось объектива 1310 перпендикулярна оптической оси облучающего луча) и направляется на Фотоприеьоик 14. Поскольку рассеяние излучения частицей идет от двух лучей, имеющих различные частоты, и,кроме того, вектор скорости потока перпендикулярен оптической оси облучающий лучей, то в результате оптического гетеродинирования двух рассеянных сигналов на выходе Фотоприемника появляется переменная составляющая Фототока на частоте Г, На Фиг.2 представлены результаты расчета на ЭВМ (по теории рассения М) зависимости амплитуды переменной составляющей фототока от изменения направления приема рассеянного излучения Ч в плоскости, перпендикулярной облучающему лучу, из которой видно, что амплитуда переменной составляющей сигнала имеет максимальное значение при приеме рассеянного излучения в направлении, перпендикулярном плоскости . поляризации облучающих лучей. Поэтому для обеспечения максимальной чувствительности схемы необходимо выбн 35 рать направление приема рассеянного под 90 о излучения так, чтобы ось собирающего объектива 13 располагалась перпендикулярно плоскости поляризации облучающего луча 4. Переменная 40 составляющая сигнала фотоприемника 14 выделяется и усиливается избирательным усилителем 15, настроенным на частоту 1., направляется на первый вход синхронного детектора 22, на 45 второй вход которого подается сигнал от генератора 20, После детектирования импульсный сигнал с выхода синхронного детектора 22 поступает на вход амплитудного анализатора импульса.Устройство имеет более высокую чувствительность и помехоустойчивость, что позволяет также расширить нижний диапазон измерения размера частиц без существенного увеличения мощности лазера.Формула изобретенияЛазерный анализатор дисперсного состава аэрозолей, содержащий лазер, светоделитель, канал измерения, включающий диафрагму, бокусирующий объектив, капилляр, собирающий объектив, оптическая ось которого расположена под углом 90 к оптической оси облучающего луча, фотоприемник, а также канал для калибровки, состоящий иэ диафрагмы, двух поворотных зеркал, амплитудного модулятора излучения и Фокусирующего объектива, направляющего опорный луч. через капилляр и собирающий объектив на фо,топриемник, к выходу которого подключены усилитель с автоматической регу,лировкой усиления, амплитудный, анализатор импульсов, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и помехоустойчивости измерений, в нем дополнительно установлены второй Фокуаирующий объектив, расположенный на Фокусном расстоянии от центра измерения, четвертьволновая пластинка, электрооптический кристалл и зеркало, которые расположены эа капилляром вдоль оптической оси облучающего луча, генератор высокой чатсоты и синхронный детектор, причем выход генератора соединен с электрооптическим кристаллом, а также со вторым входом синхронного детектора, включенного между усилителем и амплитудным анализатором импульсов, причем усилитель выполнен в виде избирательного усилителя, а в качестве источника излуче.ния использован лазер, излучение которого линейно поляризовано в плоскости, перпендикулярной оптической оси собирающего объектива.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Каталог фирмы "йоусо пвсгцеепз" (СИЛ), 1978, с. 2.2, Техническое описание прибора ФС,.выпускаемого Тбилисским НГО "Аналитприборф, 1978 (прототип).987474 Ро7 олто 70 Составитель В.Ваг 1 анкинВ.Данко Техред О.Неце Корректор М. Шароши Ред аказ 1 ППП "Патент", г.ужгород, ул, Проектная фил 4/30 Тираж 871 ВНИИПИ Государственнопо делам иэобретени 113035, Москва, Ж,Подписноео комитета СССРи открытийРаушская наб., д.4/