Лазерный измеритель размеров и дисперсного состава частиц

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь ЗО зовано для измерения размера и дисперсного состава твердых частиц, присутствующих в жидкой или газообразной среде, оптическими средствами.Цель, изобретения - повышение помехоустойчивости, чувствительности иточности измерения размеров и дисперсного состава частиц.На Фиг,1 изображена блок-схемалазерного измерителя размеров и дисперсного состава частиц; на Фиг,2блок-схема расщепителя. 1 гЛазерный измеритель размеров идисперсного состава частиц содержитлазер 1, излучающий на частоте й,частотосдвигающий блок 2, блок 3 оптической коррекции,. коллиматор 4, рас щепитель 5, формирующий два световыхпучка 6 и 7 равной интенсивности, пересекающихся в зоне 8 измерений, полуволновую пластину 9, первую 10,вторую 11 и третью 12 собирающие линзы, аппертурную диафрагму 13, первый14 и второй 15 фотоприемники, блок 16регистрации, генератор 17, удвоитель18 частоты и поляризационный расщепитель 19.Блок 16 регистрации содержит первый 20, второй 21 и третий 22 фильтры верхних частот, смеситель 23, синхронный детектор 24 и амплитудныйанализатор 25,Частотосдвигающий блок 2 содержитпервую четвертьволновую пластину 26,злектрооптический кристалл 27 и вторую четвертьволновую пластину 28,Расщепитель 5 содержит расщепитель ную призму 29, поворотную призму 30и призму 31.Лазерный измеритель размеров идисперсного состава частиц работаетследующим образом,45Лазер 1 излучает линейно поляризованпый пучок с азимутом Ы= 45,которое направляется на вход частотосдвигающего блока 2, состоящего изпоследовательно установленных первойчетвертьволновой пластины 26, электрооптического кристалла 27 и второйчетвертьволновой пластины 28, причемпервая 26 и вторая 28 четвертьволновые пластинки установлены с азимутомоси, равным у = 0, а поворотная осьтретьего порядка электрооптическогокристалла 27 совпадает с направлением распространения лазерного пучка в двух взаимно перпендикулярных направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной оптической оси кристалла27. От генератора 17 на частоте1подаются два четвертьволновых напряжения, сдвинутых по Фазе на 90 . Таким образом, на выходе частотосдвигающего блока образуется суперпозициядвух пространственно-совмещенных пучков излучения с линейными взаимноортогональными состояниями поляризации (например, один горизонтально,а другой вертикально поляризованный),имеющих различные частоты Г и Е+Г,1где И - частота излучения лазера 1.Затем пучок излучения проходит оптическую корректирующую систему 3 иколлиматор 8 и поступает на расщепи-тель 5, па выходе которого формируют- .ся пучки 6 и 7, представляющие собойсуперпозицию двух пространственносовмещенных пучков излучения с различными частотами Г .и Г, причем излучения с согласованным состояниемполяризации пучков 6 и 7 также имеютразличные частоты Г, и Г что позво.ляет получить в зоне 8 измерения дваинтерференционных поля с одинаковымипериодами и взаимно ортогональнымисостояними поляризации, с движущимися с одинаковой скоростью в противоположных направлениях картинами интерференционных полей, При движениипотока с частицами через зону измерения необходимо обеспечить одночастотный режим работы схемы, что ограничивает концентрацию частиц, Размерчастиц должен быть меньше периода интерференционного поля.Рассеянное на движущейся в зоне 8измерения частице излучения собирается линзой 10, оптическая ось которойсовпадает с осью схемы в пределахапертурной диафрагмы 13, и после пространственного расщепления поляризационной призмой 19 горизонтально поляризованное излучение направляетсялинзой 11 на фотоприемник 14, а вертикально поляризованное излучениенаправляется линзой 12 на фотоприемник 15,В результате оптического гетеродинирования на выходе фотоприемника14 образуется переменная составляющаясигнала на частоте Г =аг.1 С) =А соэ Г(Ш, - д )" ьЗется пере ла на час 51015 20 25 Таким образом, на выходе фотоприемников 14 и 15 образуются высокочастотные сигналы одинаковой амплитуды, представляющие собой радиоимпульсы с огибающей, близкой к прямоугольной форме, имеющих различные частоты, величина которых определяется скоростью движения частицы, относительно интерференционных полей зоны 8 измерения. Следует отметить, что рассеивающие частицы расположены в потоке случайным образом, поэтому фазы рассеянных на них волн также случайны, что приводит к случайной фазовой модуляции высокочастотного сигнала на выходе фотоприемника, причем случайные фазы на выходах фотоприемников 14 и 15 равны по величине, но имеют противоположные знаки, что обеспечивается созданием в зоне 8 измерения двух интерференционных полей с взаимно ортогональными линейными состояниями поляризации и движением интерференционных картин в противоположные стороны.Сигналы с частотами Г и Гс выходов фотоприемников 14 и 15 выделяются фильтрами 20 и 21 верхних частот и поступают на первый и второй входы смесителя 23, на выходе которого с помощью фильтра 22 верхних частот выделяется сигнал суммарной частоты Г + Г= 2 Г, величина которой не зависит от скорости Ччас 2 И,1 Ф-е2 пГ =27/( К, - Х )Ч;ч(к, - к,);амплитуда высокочастотной составляющей сигнала, значение которой при равномерной освещенности зоны измерения определяется размеромчастицы, проходящей череззону измерения;волновой вектор облучающегопучка;скорость и-ой частицы, проходящей через зону измерения;момент вхождения п-ой частицы в зону измерения;доплеровская частота.оде фотоприемника 15 образуменная составляющая сигнатоте 1= Г,+ дГ 1 (с) = А(С) соз Г(Ы, +Яд) г + чи 3 30 35 40 45 50 тицы и, кроме того, этот сигнал не подвержен случайно фаэовой модуляции, что существенно упрощает дальнейшую обработку полезного сигнала. Далее сигнал с выхода смесителя 23 через фильтр 22 верхних частот поступает на первый вход синхронного детектора 24, на второй вход которого поступает сигнал через удвоитель 18 частоты с выхода генератора 17 высокой частоты. Выделенный с помощью синхронного детектора 24 сигнал с амплитудой, пропорциональной размеру частиц. поступает на вход амплитудного анализатора 25 импульсов.Расщепитель 5 работает следующим образом.Пучок света поступает на вход расщепительной призмы 29, делящего е 1 о на два пучка равной интенсивности, один из которых не изменяет своего направления, а второй направляется на поворотную призму 30, выполненную с возможностью создания на выходе параллельного пучка, которые направляются на призму 31, на выходе которой формируются два пучка 6 и 7 излучения с равной интенсивностью, симметричных оптической оси схемы и пересекающихся с ней в зоне 8 измерения, На выходе расщепителя 5 на пути одного из пучков излучения установлена полуволновая пластинка 9 с возможностью изменения состояния поляризации пучка излучения на взаимно ортогональное.1Таким образом, пучки 6 и 7 излучения представляют собой суперпозицию двух пространственно совмещенных пучков излучения, причем колебание электрического вектора одного из них перпендикулярно плоскости облучающих пучков, а другого вектора - параллельно этой плоскости, кроме того, параллельные колебания электрических векторов пучков 6 и 7 излучения, а также взаимно ортогональные колебания электрических векторов пространственно совмещенных пучков излучения имеют различные частоты Го и ГФормула изобретения1, Лазерный измеритель размеров и дисперсного состава частиц, содержащий лазер и последовательно размещенные на его оптической оси, опти"5 13630 чески сопряженные с ним частотосдвигающий блок, вход которого соединен с первым выходом генератора, расщепитель, первая и вторая собирающие линзы с аппертурной диафрагмой между5 ними, первый фотоприемник, выход которого соединен с первым входом блока регистрации, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, чувствительности и точности, в него введены блок оптической коррекции, коллиматор, полуволновая пластинка, поляризационный расщепитель, третья собирающая линза, второй фотоприемник, удвоитель частоты, причем блок оптической коррекции и коллиматор размещены последовательно на оптической оси лазера между частотосдвигающим блоком и расщепителем, поляриэационный расщепитель установлен между аппертурной диафрагмой и второй собирающей линзой, второй фотоприемник сопряжен оптически через третью со 25 бирающо линзу с расщепителем, расщепител.; выполнен с возможностью формирования двух пучков света, симметрично наклоненных относительно оптической оси лазера и пересекающихся на оптической оси лазера в зоне прокачки с исследуемыми частицами, полу- волновая пластина установлена между расщепителем и зоной пересечения его выходных пучков на пути одного из них, а второй выход генератора через блок удвоения частоты соединен с вторым входом блока регистрации, третий вход которого соединен с выходом второго фотоприемника.402. Измеритель по п,1, о т л и - ч а ю щ и й. с я тем, что блок ре 22 бгистрации содержит первый, второй и третий фильтры верхних частот, смеси- тель, синхронный детектор и амплитудный анализатор, причем первый и третий входы блока регистрации через соответственно первый и второй фильтры верхних частот соединены соответственно с первым и вторым входами смесителя, выход которого через третий фильтр верхних частот соединен с вто рым входом синхронного детектора, первый вход которого соединен с вторым входом блока регистрации, а выход - с входом амплитудного анализатора.3. Измеритель по пп.1 и 2, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что частотосдвигающий блок выполнен в виде последовательно установленных первой четвертьволновой пластинки, электро- оптического кристалла и второй четвертьволновой пластинки, причем электрический вход электрооптического кристалла соединен с входом частотосдвигающего блока,4. Измеритель по пп,1-3, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что расщепитель выполнен в виде расщепительной призмы, поворотной призмы и призмы, установленных так, что входная грань расщепительной призмы является входом расщепителя, первая входная грань призмы сопряжена оптически с первой выходной гранью расщепительной призмы, вторая входная грань призмы сопряжена оптически через поворотную призму с второй выходной гранью расщепительной призмы, а выходная грань призмы является выходом расщепителя.1363022 Составитель Р.ИвановРедактор А.Ревин Техред А.Кравчук Корректо бруч аказ 6395/31ВНИИ е По митета СССоткрыти я наб 5 1130 город, ул. Проектная Производственно-полиграфическое предприятие,ПИ Г о де Мос Тираж 776 ударственного м изобретений а, Ж, Рауш