Устройство для определения размеров дисперсных частиц
Устройство для определения размеров дисперсных частиц – изобретение томских ученых Мышкина В. Ф., Власова В. А., Тихомирова И. А., Чернова Д. Г. Патент РФ № 2239173, 2003 г.
Сущность и применение
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для определения параметров запыленной атмосферы, и может быть использовано для определения дисперсности аэрозолей. Сущность: устройство содержит расположенные на плоскости, перпендикулярной оптической оси, через непрерывно увеличивающиеся расстояния триплеты. Плоскости указанных триплетов из красной, зеленой и синей полос и их изображения связаны с помощью двух объективов с плоскостью анализа изображений, а измеряемый аэрозоль размещен между двумя объективами. Технический результат изобретения заключается в создании портативного устройства для экспрессного определения гранулометрического состава аэрозольных частиц.
Задачей изобретения является создание портативного устройства для экспрессного определения размеров аэрозольных частиц.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для определения размеров дисперсных частиц содержит источник оптического излучения и расположенные вдоль прямой входную плоскость с расположенными на ней n параллельными светлыми полосами на темном фоне, счетный объем, расположенный между входной плоскостью и объективом, передняя фокальная плоскость которого совмещена с входной плоскостью, а задняя фокальная плоскость - с плоскостью анализа изображений. Согласно изобретению в качестве источника оптического излучения использован источник белого света. Между входной плоскостью и счетным объемом установлен второй объектив, передняя фокальная плоскость которого совмещена с входной плоскостью. Параллельные светлые полосы, расположенные на входной плоскости, сгруппированы в триплеты из трех размещенных вплотную друг к другу полос, выделяющих излучения красного, зеленого и синего цветов. Причем размеры триплетов, расположенных на разных расстояниях друг от друга, не превышают величины, при которой их изображения в плоскости анализа изображений имеют размеры менее расстояния визуального разрешения. При этом хотя бы два триплета расположены на расстоянии, равном их ширине.
Положительный эффект достигается за счет того, что пучки параллельных потоков оптического излучения в спектральных диапазонах красного, зеленого и синего цветов, формируемые с помощью второго объектива, после прохождения облака дисперсных частиц частично рассеиваются. Поэтому изображение каждой из трех пространственных полос триплета в плоскости анализа расплывается. Причем изображения полос, выделяющих излучения красного, зеленого и синего цветов, каждого триплета расплываются в разной мере, из-за чего изображение триплета по краям приобретает радужную окраску. При малых значениях расстояния между триплетами, для частиц заданного размера, расплывание изображений триплетов приводит к наложению изображений двух соседних триплетов. При этом радужная окраска не проявляется за счет взаимной компенсации соотношения цветов в промежутке между смежными триплетами. Минимальное расстояние между триплетами, при котором появляется радужная окраска, зависит от диаметра дисперсной частицы. Радужная окраска между двумя триплетами проявляется при условии превышения половины расстояния между ними над расстоянием до первого дифракционного минимума для рассматриваемых дисперсных частиц.
Для полидисперсного аэрозоля дифракционные картины от частиц разных размеров, рассмотренные выше, накладываются. Поэтому расстояние между триплетами, при котором проявление радужной окраски в изображении n:3 триплетов на темном фоне, соответствует частицам с "критическими" размерами. При этом суммарное эффективное сечение рассеяния частиц размерами меньше "критического" превышает суммарное эффективное сечение рассеяния более крупных дисперсных частиц. Таким образом, по началу появления радужной окраски полидисперсного аэрозоля может быть визуально определен максимум функции f(r2), где r - размер дисперсной частицы.
За счет одновременного использования n:3 триплетов, которые расположены между собой на разных расстояниях, отпадает необходимость в подвижных элементах для перестройки частоты пространственной модуляции и требуется минимальное количество механических узлов и деталей. Устройство позволяет определять размеры дисперсных частиц визуально, например по подписанной возле триплетов шкале. Следовательно, устройство для определения размеров частиц позволяет проводить экспресс-анализ аэрозольных частиц и может быть изготовлено в виде портативного прибора.
Формула изобретения
Устройство для определения размеров дисперсных частиц, содержащее источник оптического излучения и расположенные вдоль прямой входную плоскость с расположенными на ней n параллельными светлыми полосами на темном фоне, счетный объем, расположенный между входной плоскостью и объективом, передняя фокальная плоскость которого совмещена с входной плоскостью, а задняя фокальная плоскость - с плоскостью анализа изображений, отличающееся тем, что в качестве источника оптического излучения использован источник белого света, между входной плоскостью и счетным объемом установлен второй объектив, передняя фокальная плоскость которого совмещена с входной плоскостью, а параллельные светлые полосы, расположенные на входной плоскости, сгруппированы в триплеты из трех размещенных вплотную к друг другу полос, выделяющих излучения красного, зеленого и синего цветов, причем размеры триплетов, расположенных на разных расстояниях друг от друга, не превышают величины, при которой их изображения в плоскости анализа изображений имеют размеры менее расстояния визуального разрешения, при этом хотя бы два триплета расположены на расстоянии, равном их ширине.