Нефелометр для измерения индикатрисы рассеяния аэрозолей

(51) 4 С 01 И 21 4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР И 811108, кл, С 01 Н 15/02, 21/26, 1981.Авторское свидетельство СССР Нф 1383165, кл. С 01 Н 21/47, 1987. (54) НЕФКЛОМЕТР ДЛЯ ИЗМКРЕНИЯ ИНДИ КАТРИСЫ РАССЕЯНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ(57) Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в метеорологии при исследовании атмосферных аэрозолей, Цель изобретения - увеличение диапазона измеряемых углов рассеяния с одновременным расширением динамического диапаэора измеряемых плотностей аэрозолей. Нефелометр содержит источник зондирующего излучения, приемное устройство, которое состоит иэ зеркала и фотоприемника, причем зеркало наклонено на Изобретение относится к области приборостроения, а именно к технике определения параметров аэрозолей оптическими методами, и может быть использовано в метеорологии для исследования атмосферных аэрозолей.Целью изобретения является увеличение диапазона измеряемых углов рассеяния в сторону малых углов рассеяния с одновременным расширением дина" мического диапазона измеряемых аэрозолей. 2 45 к оптической оси объектива и вращается вокруг нее посредством механизма вращения и датчика углового положения. Новым является установка двух светозащитных экранов, расположенных между источником излучения и зеркалом таким образом, что они перекрывают часть действующего светового отверстия объектива для малых углов рассеяния, при этом один иэ экранов находится в геометрической тени другого экрана. Это позволяет увеличить диапазон измеряемых углов рассеяния в сторону малых углов. Чувствительность нефелометра уменьшается для минимального угла рассеяния. При повороте зер-кала в сторону больших углов рассеяния перекрытие светового отверстия экранами уменьшается до нуля, что компенсирует уменьшение интенсивности рассеяния. Это способствует уменьшеняо динамического диапазона входных сигналов и соответственному увеличению динамического диапазона измеряемых плотностей аэрозолей, 4 ил. На фиг.1 показана схема нефелометра; на фиг.2 - приемное устройство с механизмом вращения и датчиком углового положения, разрез; на фиг.3 - схема нефелометра, поясняющая расчетные соотношения; на фиг.4 - схема расположения экранов.Границы поля зрения приемного устройства показаны пунктиром.Нефелометр содержит источник 1 зондирующего изЛучения и приемное устройство 2, оптически связанныеРасстояние Г1)+2 1 =Е,=Е СВ Вмин Расстояние между зк раца м и 3 и 455обозначают а угол мжцу прмымиАА и ВБ обозначен, Тогд Сца= о/а иЬ -О/2о1+а 3 151691 между собой через рассеивающий объем, первый 3 и второй 4 светозащитные экраны, расположенные между приемным устройством 2 и источником 1 и пере 5 крывающие часть действующего отверстия приемного устройства для малых углов рассеяния.Приемное устройство 2 (фиг2) состоит из зеркала 5, объектива 6, 10 раздвижной диафрагмы 7 поля зрения, фотоприемника 8, механизма 9 вращения и датчика 10 углового положения, кинематически связанных с зеркалом 5. 15Нефелометр работает следующим образом.Приемное устройство 2 воспринимает рассеянное аэрозолем излучение зондирующего источника 1, Измерение 20 рассеянного излучения для разных углов рассеяния производится при вращении зеркала 5 (фиг.2) механизмом 9 вращения вокруг оптической оси объектива 6.Угловое положение зеркала 525 определяется с помощью датчика 1 О углового положения, После отражения от зеркала 5 рассеянное излучение фо. кусируется объективом 6 на фотоприемнике 8, Диафрагма 7 формирует угловое поле зрения объектива 6.Минимальный угол рассеяниямнн (фиг.З) определяется положением приемного устройства 2, коГда край поля зрения находится рядом с выходным 35 окном излучателя 1. Если приемное устройство 2 поворачивается еще немного против часовой стрелки, то в поле зрения попадает поверхность выходного окна источника 1, которая яв ляется источником световой помехи. Если уменьшить диаметр объектива 6, то минимальный угол уменьшается, но при зтом пропорционально квадрату отношения диаметров уменьшается и 45 чувствительность нефелометра, Введенные светозащитные экраны 3 и 4 (фиг.1) установлены таким образом, что они перекрывают ту часть поля зрения, которая направлена на выходное окно источника 1, т.е. уменьшает размер действующего отверстия объектива 6, что позволяет уменьшить минимальный угол рассеяния. Вследствие перекрытия поля зрения чувствительцос ть цс-.фенметра для угла В ид умецьшат, Прц повороте зеркала 5 по часови с трепке степень пеоекрытия умеи,а,."с, и чувствительность 2 4нефелометра увеличивается, что компенсирует уменьшение интенсивности рассеяния, свойственнпе почти всем аэрозолям.Описанная схема нефелометра и взаимодействие его частей способствуют уменьшению минимального угла рассеяния и уменьшению динамического диапазона рассеянного излучения, поступающего на фотоприемник, что способствует увеличению динамического диапазона плотностей аэрозолейизмеряемых нефелометром.На схеме расположения экранов 3 и 4 (фиг,4) оптическая ось источника зондирующего излучения обозначена как б и Ои, оптическая ось приемного устройства ОО, прямая, соединяющая рабочую кромку второго экрана 4 и ближний к оптической оси источника ООи край входного окна приемного устройства 2, - ВВ; прямая, проходя щая через кромку второго экрана 4 параллельно оптической оси источника ОИОи Зависимости, определяющие положе ние экранов 3 и 4, вытекают из следующего, Известны следующие величины (фиг.З): расстояние 1. от выходного окна .источника 1 зондирующего излучения до приемного устройства 2; размер Б выходного окна источника в плоскости измерения индикатрисы рассеяния; ,минимальный угол рассеяния, измеряемый нефелометром 6 рц, размер 1 - расстояние между линиями АА и ВВ в плоскости установки экрана 4; размер Ь - расстояние от оптической оси источника до ближнего края входного окна приемного устройства 2.15 69откуда.81 а--Ь -о - Р/2 Размер О зависит от конструктив 5 ных и технологических нособенностей нефелометра - от жесткости конструкции, от габаритов, от точности юстировки оптических элементов, от условйй эксплуатации.Размер Ь зависит от того, какую часть светового отверстия приемного устройства 2 можно перекрыть экранами 3 и 4.Рабочая кромка экрана 4 является источником рассеянного света. Рассеянаий свет, который мог бы попасть в приемное устройство, распространяется в конусе ограниченном пунктирными линиями ВВ и СС. Экран 3 эти лучи перекрывает. Если рабочая кромка экрана 3 ниже линии ВВ, то в приемное устройство попадает рассеянный свет, если кромка оказывается выше линии АА, то она попадает в зондирующий пучок и становится источником рассеянного света. Оптимальным является положение кромки посередине между линиями АА и ВВ, что соответствует расстоянию от оптической оси источникаР 3 0+8+щ - ф2 2 2Техническая эффективность нефелометра по сравненво с известным проиплюстрирована на примерах. Пустьразмеры известного нефелометра теже, что и предлагаемого, Минимальныйугол рассеяния для известного 8 30,В предлагаемом нефелометре при проведении измерения минимальный угол рассеяния равен 4 50, при этом чувствительность уменьшена в 8 раз, чтокомпенсиоует увеличение интенсивностирассеяния на этом угле. При поворотезеркала 5 действующее отверстие объектива 6 увеличивается, соответственно увеличивается чувствительностьонефелометра и, начиная с угла 15светозащитные экраны 3 и 4 перестают перекрывать световое отверстиеобъектива 6,Если в известном получить м сниомальный угол рассеяния 4 50 засчет уменьшения диаметров источника н объектива, ,то чувствительностьнефелометра уменьшена для всех углов 12 6рассеяния в 9,7 раза. уменьшение диаметров приводит лтакже к уменьшенво рассеивающих объемов, как следствие - к увеличению ошибок, обуслог - ленных неоднородностью плотности и структуры аэрозоля.Использование в предлагаемой оптической схеме нефелометра двух и более светозащитных экранов обеспечивает по сравнению с известным увеличение диапазона измеряемых углов рассеяния за счет уменьшения минимального угла рассеяния и расширение динамического диапазона измеряемых плотностей аэрозолей за счет уменьшения динамического днапазонд рассеянного излучения, поступающего на фотоприемник.Формула изобретения3Нефелометр для измерения нндикатрисы рассеяния аэрозолей, содержащий источник зондирующего излучения, оптически связанный через рассеивающий объем с приемным устройством, состоящим из последовательно расположенных по ходу оптического излучения зеркала, объектива, раздвижной диафрагмы поля зрения и фотоприемника, механизм вращения, кинематически связанный с зеркалом и раздвижной диафрагмой и датчик углового положения, кинематически связанный с зеркалом, при этом зеркало установлено под углом 45 к оптической оси объектива, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения диапазона измеряемых углов рассеяния с одновременньи расширением диапазона измеряемых плотностей аэрозолей, между зеркалом и источником зондирующего излучения установлены не менее двух светозащитных экранов, перекрывающих часть светового отверстия приемного устройства, прн этом первый экран установлен на расстоянии 1 от приемного устройства, равном3О+ -21 =1- -- )К мингде 0 - размер выходного окна источника зондирующего излучения в плоскости измерения индикатрисы рассеяния;эмпирическая величина, равная расстоянию между прямой, 1516912проведенной через кромкувторого экрана параллельнооптической оси источника,ипрямой, соединяющей кромку.;второго экрана и бликний коптической оси источникакрай входного окна приемного устройства, в плоскости,установки первого экрана,при этом величина 3 находится в диапазоне значений от0,0005 Ь до 0,0 б 5,Ь;Ь - расстояние от источника доприемного устройства;я ц - миннмапвиый регистрируемый угол рассеяния,причем рабочая кромка первого экрана,обращенная в сторону оптической осиисточника, расположена на расстоянии П - 6 )/2 от нее, . авторой экран расположен мезду первьвч экраном и источником на расстоянии а от перного экрана, равном1а0ь- -210 где Ь - эмпирическая величина, равнаярасстоянию от оптической осиисточника до блюкнего к нейкрая входного окна приемногоустройства, лекащая в диапазоне значений от 0,005 Ьдо 0,05 Ь,при этом рабочая кромка второго эМрана параллельна рабочей кромке первого экрана и располокена на расстоя нии Р/2 от оптической оси источника.11516912 Составитель В.КалечицРедактор Н.Бобкова Техред А.Кравчук Корректор Т. Колб Заказ 6383/45 Тираж 789 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарна, 101