Способ дисперсионного анализа частиц

,с,73.етельство С1 Н 15/02,Фуры-онтиССР 1975,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54) (57) СПОСОБ ДИСПЕРСИОННОГО АНАЛИЗА ЧАСТИЦ по авт. св. У 545174, о т - л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повьппения информативности, дополнительно регистрируют вторыедифракционные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц,51 гности измерений. Принятие мерпо предотвращению осаждения (нагрев насадки, подача электрического потенциалаи т.д.) не дает желаемых результатов,так как при этом нарушаются условия"невозмущения" рабочего объема оптической системы и увеличивается погрешность измерений,Цель изобретения - повьппение информативности способа и точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что дополнительно регистрируют вторыедифракционные кольца для частиц, находящихся перед плоскостью наводки .оптической системы, по наличию которых судят о направлении движения частиц.Сущность способа поясняется чертежом (фиг,1, 2).Микрообъекты 1, освещаемые плоской волной 2, находятся в поле зренияобъектива 3. Плоскость наводки 4объектива сопряжена с плоскостью регистратора 5, размер которого определяет рабочий размер поля зрения объектива 3. Объектив 3 собирает свет,рассеянный объектами в угле 26, определяющемся диаметром диафрагмы 6, установленной в его задней фокальнойплоскости. Этот свет содержит трисоставляющих: дифрагированную волну(волну, образующуюся вследствие ограничения предметом подающего волновогофронта 2), волну, отраженную от объекта, и волну, прошедшую через него.Последнюю составляющую в данномслучае мбжно не учитывать, посколькуона вызывает лишь уменьшение контрастности изображения и не вщяет наего характер. Если не учитывать ивторую составляющую, то, поле за объектом можно рассматривать как суперпоэицию падающей волны, т.е. прошедшей без искажения и дифрагированной,источникомкоторой служит край объекта, Причем амплитуда дифрагированной волны уменьшается при отклонении наблюдения от направления падающей волны пропорционально коэффи.циенту наклона.Объектив 3 собирает подающую световую волну в заднем фокусе в точку(вернее пятно, диаметр которого определяется разрешающей способностьюобъектива). Дифрагированная волнапреобразуется объективом в сходящуюсяи формирует изображение объекта такимобразом, что каждая точка изображения Р.7192Изобретение относится к техникеопределения дисперсного состава аэрозолей,. Известен способ дисперсиойного анализа частиц по основному авт. св.Р 545174, заключающийся в следующем.Исследуемые объекты освещают частично когерентным световым пучком,получают их изображЕния на экране регистратора, затем в зависимости от 10параметров регистратора подбирают.степень когерентности источника такимобразом, чтобы при смещении частицотносительно плоскости наводки (плоскость наводки - плоскость в пространстве предметов оптически сопряженнаяс плоскостью регистратора) как в сторону объектива, так и в противоположную сторону; вокруг их иэображенийпоявлялось одно дифракционное кольцо, 20яркость которого вьппе" яркости окружающего фона, интенсивность же последующйх Колец не превьппала"интенсивностифона, Измерение внутреннего и внешнего дйаметров этого кольца позволялосудить о размерах данной частицы иее удаления от плоскбсти наводки оптической системы.Недостатком способа является невозможность определения направления З 0смещеййя частиц по отношению к плоскости наводки, поскольку частицы,смещенные как в сторону объектива,так иот него дают только одно дифракционное кольцо, но которому можно судить лишь о том, на каком расстоянии от плоскости наводки находится частица, но не с какой стороныэтой плоскости. Поэтому в известномспособе для определения коордйнат 40частиц в прбстранстве и направлениятраекторий их движения объектив оптической системы снабжают специаль,. ной насадкой, предотвращающей попа дание частиц в пространство между 45объективом иплоскостью наводки.Применение насадки приводит к снижению информативности способа, таккак в этом случае используется лишьполовина рабочего объема. Кроме .того, 50, поверхность насадки, находящаяся непосредственно в плоскости наводки,должна быть оптически идеально чистойво избежание погрешностей измерений,а ее близость к исследуемым объектам, 55находящимся во взвешенном состоянииили в потоках, может привести к осаждению частиц на поверхность насадки9а следовательно, к увеличению погреш4бирая интенсивность освещающего пучка в точке Г , можно достичь такого положения, что при смещении объекта влево от плоскости наводки над уровнем шумов регистратора будут регистрироваться не одно, а два светлых кольца, в то время, как при смещении вправо - лишь одно кольцо,В предлагаемом способе необходимое соотношение между падающим и рассеянным пучками обеспечивается установкой в задней фокальной плоскости объектива 3 полупрозрачного фильтра, перекрывающего пятно, в которое сфокусирован свет от источника, и, следова 1тельно, ослабляющего только падающий пучок света. Диафрагма 6 устанавливается для упрощения распознаваниянаправления смещения объектов относительно плоскости наводки, особеннопри автоматизации процесса измерений.При отсутствии диафрагмы для аналйзаизображений (т.е, определения траекторий и направлений движения) необходимо разбиение всего поля зрения устройства по крайней мере на 4 квад/ ранта, поскольку в этом случае распределение интенсивности в кружке о будет зависеть еще и от положения объекта относительно оптической оси объектива.Предлагаемый способ дисперсионного анализа частиц может быть осуществлен на устройстве, описанном в способе- прототипе и содержащем источник электромагнитного излучения, оптические системы формирования рабочего объема и пучка излучения, освещающего этот объем, и регистрирующую аппаратуру. Причем, оптическая система снабжена устройством для изменения степени когерентности освещающего пучка. В качестве регистрирующей аппаратуры могут быть использованы фотоприставка или передающая телевизионная трубка.П р и м е р. Подбирают необходимую интенсивность и степень когерентности светового пучка, используемого для 1освещения рабочего объема оптической системы, и осуществляют градуировку. Для этого подложку с осажденными на ней частицами различных размеров помещают в рабочий объем оптической системы, объектив которой снабженкольцевой диафрагмой и либо путем изменения расстояния от источника светадоплоскости наводки, либо изменяя длину когерентности светового пучка при помощи полосовых фильтров доби" 3 719251(например а, Й на фнг.1 является ,центром сходящегося летучка лучей, интенсивность внутри которого максимальна вдоль луча Ка и уменьшаетсяк периферии пучка. При этом, еслиобъект находится в плоскости наводки4, то в плоскости регистратора 5 изображение оказывается сфокусированным,если же объект смещен относительно 4,то изображение в плоскости регистра- Юции формируется кружком рассеяния Я,диаметр которого определяется величиной смещения Ь, При этом в центрекружка интенсивность максимальна ипадает к его краю. Интерференция это го пучка света с падающим (исходящимиз точки Р ) дает дифракционную картину в виде светлых и темных колец(для круглых объектов),Интенсивность этих колец, их конт"20растность зависит от когерентностиосвещающего пучка и относительной интенсивности интерферирующих пучков(в данном случае дифрагирующего и падающего) в точке интерференции. 25В способе-прототипе когерентностьсветового пучка подобрана таким образом, что вьппе уровня шумов регистратора находится лишь интенсивностьпервого кольца при смещении объекта 30в любую сторону относительно плоскости наводки.На характер изображения влияеттакже волна, отраженная от объекта.Пусть объектом является сферическаячастица, тогда, как следует из фиг.2,на которой: 7 - частичка, 8 - плоскость наводки, 9 - объектив, в объектив в пределах апертурного угла 26попадает не только дифрагированный 40свет, но и лучи, отраженные от поверхности частицы, Причем эти лучиприсутствуют только во внешней (относительно центрального луча) частисветового пучка (на фиг.1 и 2 эта 45часть пучка заштрихована), В результате этого интенсивность в кружкерассеяния 6 (для расфокусированныхизображений) перераспределяется такимобразом, что для объектов, смещенных.относительно плоскости наводки влево(см, фиг.1) интенсивность внешнейчасти относительно центрального луча(на фиг.1 заштрихована) окажется выше, а при смещении вправо вьппе будетинтенсивность внутренней части кружка. А поскольку в образовании дифракционных колец принимает участие только внешняя часть кружка 8, то, под71925ваются такого положения, когда при смещении частицы от плоскостинаводки в сторону объектива в плоскости изображения первое дифракционное кольцо вокруг изображения частицы будет иметь яркость вьппе окружающего Фона, а йнтенсивность последующих колец не будет превьппать окружающего Фона (шумов регистратора), а При смещении в противоположную сторону от плоскости 10 каводки регистрируются над уровнем . шумов два дифракционных кольца.Перемещая подложку с осажденными на ней частицами известного размера в счетном объеме, для каждого ее по ложения измеряют диаметр изображения и ширину первого дифракциойного коль" ца вокруг изображений частиц.Затем "строят градуировочйую"зави- симость между шириной первого кольца, 20 а также усредненной величиной поправки на размер изображения и величиной удаления. После этих предварительных операций приступают к основным измерениям. 25Исследуемые частицы пропускают через освещаемый частично-когерентнымизлучением объем, регистрируют получаемое изображение, измеряют параметры изображений отдельных частиц и по З 0 ширине первого дифракционного кольца определяют величину смещения каждой Йз ййх"относительно плоскбсти Наводки " и корректируют размер.При определении скоростей, траекторий и направлений движения исследу-.емые объекты освещают серией импульсов света подобранной когерентпости 1 6и интенсивности. На экране регистратора (Фотопленка, Фотокатод телевизионной передающей камеры и т.д.) получают серию их изображений, каждое нэ которых. соответствует своему импульсу, и по наличию или отсутствию второго дифракционного конца вокруг каждого изображения судят о том, с какой сторонЫ от плоскости наводки находится объект в данный момент (момент следования данного импульса) времени. По ширине первого кольца определяют величийу удаления его от плоскости наводки оптической системы, определяя таким образом его траекторию, скорость и направление движения в пространстве.Для получения более высокой точности измерений весь диапазон измеряемых размеров разбивают на интервалы и вместо усредненной зависимости величины поправки на размер от удаления частицы от плоскости наводки, строят зависимость размера изображения частиц от их удаления для каждого интервала, по которым и определяют поправку на размер. Таким образом, предложенный способ позволяет повысить информативность иэмерейий, поскольку отпадает необходимость в ограничении рабочего объема при помощи специальной насадки и повысить точность измерений, поскольку в отсутствии насадки нет и осаждейий на ее поверхность частиц, находящихся в рабочем объеме и движущихся в произвольном направлении..Пат 778 По комитета СССй и открытийушская наб., д 1:40/4 Тираж ВНИИПИ Государственно по делам изобретен 113035, Москва, Ж, Рисн акай оектна Производственно"полиграфическое предприятие, г. Ужгород,