Устройство для измерения размеров и концентрации аэрозольных частиц

(59 4 ЕНИЯ И РЬСТВ ТОРСКОМУ Сви л. М нный унявина сударст янова-Л и др Оптико-элекучения аэрозолей. - 1981, с. 232,етельство СССР 1 Б 15/02, 1980. нт- чатносится к ко ой технике, в вам оптического х сред, и может для определения кционного состав обретения - повы счет устранения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение о рольно-измерительн стносж к устройст контроля дисперснь быть использовано концентрации и фра аэрозолей, Цель иэ шение точности за ТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕНТРАЦИИ АЗРОЗОЛЬ%1 Х ЧАС влияния виньетирования и устраненияпогрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращениевремени анализа. Первый и второй Фотоприемники визируют первый счетныйобъем, расположенный внутри большегопо размерам второго. счетного объема,который визируется третьим фотоприемником. Использование первого блокасовпадений и специального блока селекции позволяет отличать одновременное попадание нескольких частиц всчетные обьемы от попадания однойкрупной частицы, что позволяет повысить точность измерений размеров иконцентрации. Использование второгосчетного объема, превосходящего по,размерам первый счетный объем, позволяет повысить скорость счета частици тем самым сократить время анализа.Устранение влияния виньетированиядостигается использованием вложенныхсчетных объемов. 1 э.п, ф"лы, 3 ил, 1453257Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам оптического контроля дисперсных сред, и может быть использовано для определения концен трации и фракционного состава аэрозолей.Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влияния Иньетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращение времени анализа.15На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измеренияразмеров и концентрации аэрозольныхчастиц;на фиг. 2 - сечение счетныхобъемов плоскостью, в которой лежатоптические оси осветителя и трех фотоприемников; на фиг. 3 - то же, вкоторой тежат.оптическая ось осветителя и ось аспирационного канала.Устройство содержит осветитель 1, 25счетные объемы 2, первую 3, вторую4 и третью 5 полевые диафрагмы, первый 6, второй 7 и третий 8 объективы, первый 9, второй 1 О и третий 11фотоприемники, первый 12, второй 13и третий 14 усилители, первый 15,второй 16 и третий 17 формирователи,первый 18 и второй 19 блоки совпадений, ключевой элемент 20, счетчик 21,блок 22 запоминания, амплитудныйанализатор 23, блок 24 селекции, диф 35ференциатор 25, реверсивный счетчик26, дешифратор 27, На чертеже изображены первая 28, вторая 29 и третья30 аэрозольные частицы.Устройство работает следующим образом,Аэрозольные частицы с помощьюаспирационного канала прокачиваютперпендикулярно плоскости, в которойразмещены оптически оси первого 9,второго 10 и третьего 11 фотоприемников, Зондирующий пучок осветителя1 и зоны визирования фотоприемников9 и 10, ограниченные соответственно50первой 3 и второй 4 диафрагмами, атакже первым 9 и вторым 10 объективами, формируют первый счетный объем,При этом первый счетный объем формируется вложенным во второй счетный55объем, больший по размеру, ограниченный зоной, визирования третьего фото"приемника 11, При прохождении аэрозольной частицей первого и второго счетных объемов, освещаемых зондирующих световым пучком осветителя 1, она рассеивает свет, который регистрируется соответствуюшими из фотоприемников 9-11, Если частица прошла через свободную от виньетирования зону, ограниченную первым счетным объемом, то рассеянный ею свет попадает на все Фотоприемники, которые преобразуют его в электрические сигналы, усиленные усилителями 12-14. Импульсы с выходом первого 5 и вто" рого 16 формирователей через первый блок 18 совпадений поступают на первый вход ключевого элемента 20, разрешая прохождение сигнала с выхода третьего усилителя 14 на амплитудный анализатор 23 и третий формирователь 17, выходной сигнал которого поступает на первый вход второго блока 19 совпадений. При попадании частицы во второй (больший) счетный объем на выходе третьего усилителя 14 появляется скачок напряжения, при этом на первом выходе дифференциатора 25 появляется короткий импульс, подаваемый на вход счетчика 21 и первьй вход реверсивного счетчика 26. Если реверсивный счетчик 26 находится в состоя 11 11нии 1 , ч то соответствует попаданию во второй сч етный объем одной ча стицы , то н а выходе дешифра то ра 2 7 поя вля ется сигнал , подаваемый на второй вход второго блока 1 9 совпадений , с выхода которого сигнал поступает на второй вход блока 2 2 з апомин ания , осуще ствляя запись кода размера части цы , подаваемого на е го первый вход с выхо да амплитудного ан алиэ ато ра 23 , При выходе аэро з ольной частицы из второго ( бол ьше го ) счетного о бъема на втором выходе дифференциато ра 2 5 появляется короткий импульс , по " даваемый на второй вход ( декр емен тации ) реверсивного счетчика 26 . Если аэрозольная частица пересечет зону второго (большого) счетного объема, в котором имеет место виньетирование, то сигналов на выходах фотоприемников 9 и 10 не будет и ключевой элемент 20 будет закрыт запирающим сигналом с выхода первого блока 18 совпадений. Анализ размеров частицы производиться не будет, а произойдет лишь счет частицы в счетчике 21.Если в счетные объемы попадут одновременно несколько частиц, например три частицы 28-30 (фиг. 3), то от частиц 29 и 30 при пересечении перво 5 го (меньшего) счетного объема на выходе ключевого элемента 20 появится импульсный сигнал с большей амплитудой, чем от одиночной частицы за счет суммирования интенсивностей рас О сеянного света от всех частиц, находящихся к этому времени во втором счетном объеме. Поскольку при входе в счетный объем очередной частицы происходит инкрементация реверсивно .го начетчика 2 б и декрементация при выхое частицы иэ этого объема, то в ситуации, приведенной на Аиг. 3, реверсивный счетчик 2 б находится в состоянии "0", на выходе дешифрато" 2 О ра 27 сигнал отсутствует и запись искаженных значений в блоке 22 запоминания не будет произведена, но произойдет подсчет частиц в счетчике 21. При выходе последней частицы из 25 счетного объема реверсивный счетчик 26 установится в исходное состояние "0". Таким образом, погрешность определения размеров при одновременном попадании в счетный объем нескольких З 0 частиц. уменьшится.Для снижения вероятности Р одновременного попадания в измерительный объем двух и более частиц до значения Р=0,1 размеры счетного объема выбира ют из условия 7=0,1 И, где И - максимальная концентрация частиц. Поскольку процесс попадания аэрозольных частиц в измерительный объем хорошо описывается законом Пуассона, то при та О ком выборе размера счетного объема за все время работы устройства в течение 10% времени в измерительном объеме будут находиться частицы, а в 90% не будут, При этом в среднем в 45 течение 9% всего времени работы в измерительном объеме будет находиться одна частица, в течение 1% всего времени - две и более.50Изобретение позволяет повысить точ" ность определения размера аэрозольной.частицы за счет исключения иэ анализа частиц, находящихся в зоне виньетирования, и частиц, попавших в счетный объем в количестве больше одной, производя при этом их раздельный счет, Это позволяет повысить точность определения счетной концентрации аэрозольных частиц, а разведение каналов определения размеров и концентрации позволяет сократить время анализа.Формула изобретения, Ус трой ство для из мер ения размеров и концентрации аэрозольных частиц, содержащее осветитель, на оптической оси которого в области пересечения с перпендикулярной к ней осью аспирационного канала размещен первый счетный объем, ограниченный областью пересечения зон визирования первого и второго фотоприемников с оптическими осями, наклоненными в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под равными углами 40-50 центр которого совмещен с центром второго счетного объема, ограниченного зоной визирования третьего фотоприемника с оптической осью, наклоненной относительно оптической осиосветителя в плоскости, перпендикулярной к оси аспирационного канала, под углом 90 , первый блок совпадений, первую полевую диафрагму и первый объектив, вторую полевую диафрагму и второй объектив, третью полевую диафрагму и третий объектив, размещенные на оптических осях соответственно первого, второго и третьего фотоприемников для формировапия соот" ветственно первого и второго счетных объемов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет устранения влпя:.я випьетирования и устранения погрешностей, вызванных одновременным попаданием в счетный объем нескольких частиц, а также сокращения времени анализа, в него введены ключевой элемент, блок селекции, первый, второй и третий усилители, первый и второй формирователи, счетчик, амплитудный анализатор. блок запоминания, при этом первая, вторая и третья полевые диафрагмы, а также первый, второй и третий объективы выбраны и размещены так, что размеры второго счетного объема превосходят размеры первого счетного объема, расположенного в центральной области второго счетного объема, а выходы первого и второго фотоприемников соответственно через первый усилитель, первый формирователь и второй усилитель и второй формировательсоединены с первым и вторым входами первого блока совпадений, выход второго блока совпадений соединен с первым входом ключевого элемента, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя и первым входом блока селекции, а выход - с входом амплитудного анализатора и вторым входом блока селекции, первый 10 выход которого соединен со счетчиком, а второй выход - с первым входом блока запоминания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного анализатора. 152, Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок се лекции содержит дифференциатор, ре-,версивной счетчик, дешифратор, третий формирователь и второй блок совпадений, при этом первый вход блокаселекции соединен с входом дифференциатора, первый выход которого соединен с первым выходом блока селекции и первым входом реверсивногосчетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом дифференциатора, а выход через дешифратор соединенс первым входом второго блока совпадений, выход которого соединен с вторымвыходом блока селекции, а второйвход через третий формирователь - свторым входом блока селекции.1453257 Составитель Р.Ивановдактор Л.Зайцева Техред М.Ходанич Корректор Н,Король роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,Заказ 7275/38 Тираж 788 НИИПИ Государственного комитета113035, Москва,Подписноео изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР35, Раушская наб., д. 4/5