SU1718041A1

SU1718041A1 - Method for particles dimensions determination in flowing medium

Info

Publication number: SU1718041A1
Application number: SU894732970A
Authority: SU
Inventors: Евгений Казимирович Чехович; Игорь Михайлович Лакоза
Original assignee: Институт электроники АН БССР
Priority date: 1989-09-01
Filing date: 1989-09-01
Publication date: 1992-03-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к способам измерени размеров микрообъектов, и может быть использовано дл определени размеров и концентраций частиц в воздухе, техно- логических газах и жидкост х. Целью изобретени вл етс повышение точности измерений в случае совпадени скоростей частиц и среды. Цель достигаетс благодар формированию в исследуемой среде измерительной зоны, превосход щей ло размерам максимальный размер частиц, выделению рассе нного частицами излучени при прохождении ими измерительной зоны, пространственному делению рассе нного частицами потока так, что граница раздела перпендикул рна направлению движени среды, выделению центральной части сечени одного из разделенных потоков вдоль направлени движени среды в соответствии с размером заданной зоны, фотоэлектрическому преобразованию световых сигналов, вычитанию последних и суждению о прохождечии частицами заданной измеритедьной зоны и их размерах по равенству разнопол рных импульсов и длительности перехода между максимальными разнопол рными уровн ми разностного сигнала. 1 ил. ЁThe invention relates to a measurement technique, in particular, to methods for measuring the size of micro-objects, and can be used to determine the size and concentration of particles in air, process gases and liquids. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy in the case of coincidence of the velocities of the particles and the medium. The goal is achieved due to the formation of a measuring zone in the test medium, which exceeds the maximum particle size, separates the radiation scattered by the particles as they pass through the measurement zone, and spatially divides the flux from the particles so that the interface is perpendicular to the direction of motion of the medium and the central section of the cross section one of the separated flows along the direction of motion of the medium in accordance with the size of a given zone, the photoelectric conversion of the light sources catch, subtraction and the last judgment of prohozhdechii particles izmeritednoy predetermined zones and their sizes on Equal Hetero-polar pulse and the duration of the transition between the maximum Hetero molecular weight levels of the difference signal. 1 il. Yo

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к Способам измерени размеров микрообъектов, и может быть использовано дл определени размеров и концентраций частиц в воздухе, технологических газах и жидкост х.The invention relates to a measurement technique, in particular to methods for measuring the size of micro-objects, and can be used to determine the size and concentration of particles in air, process gases and liquids.

Известен способ определени размеров частиц в проточной среде, по которому формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосход щую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассе нное частицами излучение при прохождении им измерительной зоны, ампли- тудно дел т рассе нный поток на два потока, один из потоков экранируют в центре измерительной зоны, осуществл ют фотоэлектрическое преобразование световых потоков, по длительности провалов импульсов , полученных в результате фотоэлектрического преобразовани экранированного потока, суд т о прохождении частицами заданной измерительной зоны, блокируют импульсы , полученные в результате фотоэлектрического преобразовани неэкранированного потока, от частиц, не проход щих заданную зону, по амплитудам неблокированных сигналов определ ют размеры частиц.A known method for determining particle sizes in a flow medium, according to which a measuring zone is formed in a test medium that surpasses the maximum particle size, collects the radiation scattered by particles as it passes through the measuring zone, amplitude divides the scattered flow into two streams, one they are shielded from the fluxes in the center of the measuring zone, photoelectric conversion of the luminous fluxes is carried out, according to the duration of the dips of the pulses obtained as a result of the photoelectric conversion of the shielding annogo stream judged on passage of particles of a predetermined measuring zone, block pulses produced by the photoelectric conversion unshielded stream of particles not passing a predetermined band, the amplitudes of signals unblocked determined particle size.

Дл этого способа характерна низка точность измерени . Точность снижена погрешност ми , св занными с высоким уровнем шумов излучени , посредствомThis method is characterized by low measurement accuracy. Accuracy is reduced by errors due to high levels of radiation noise by

0000

оabout

которого формируетс измерительна зона, с зависимостью измер емых амплитуд результирующих сигналов от природы частиц и участка измерительной зоны, через который они проход т, с ошибками определени длительностей провалов импульсов при большом диапазоне амплитуд и фиксированном относительном уровне измерени .the measuring zone is formed with the dependence of the measured amplitudes of the resulting signals on the nature of the particles and the portion of the measuring zone through which they pass, with errors in determining the duration of the dips of the pulses with a large amplitude range and a fixed relative level of measurement.

Наиболее близким к изобретению вл етс способ определени размеров частиц в проточной среде, по которому, формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосход щую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассе нное частицами излучение при прохождении ими измерительной зоны, рассе нный поток пространственно дел т на два потока так, что граница раздела совпадает с направлением движени среды, осуществл ют фотоэлектрическое преобразование разделенных , световых потоков, по наличию обоих электрических сигналов суд т о прохождении частицами заданной измерительной зо- ны, блокируют сигналы от частиц, не проход щих через заданную зону, неблокированные сигналы суммируют, по суммарной амплитуде определ ют размеры частиц.The closest to the invention is a method for determining particle sizes in a flow medium, according to which a measuring zone is formed in a test medium, which exceeds the maximum particle size, collects the radiation scattered by particles as they pass through the measuring zone, the scattered flux is spatially divided two streams so that the interface coincides with the direction of motion of the medium; they carry out photoelectric conversion of the separated, light fluxes, judging by the presence of both electrical signals when particles pass through a given measuring zone, block signals from particles that do not pass through a given zone, nonblocked signals are summed up, particle sizes are determined from a total amplitude.

Способ имеет низкую точность измерени . Точность снижена погрешност ми, св - занными с зависимостью амплитуд электрических сигналов от материала час-, тиц, с неоднозначностью зависимости амплитуд сигналов от размеров частиц, с шумами освещающего излучени , с флукту- аци ми освещенности в измерительной зоне из-за колебаний мощности освещающего излучени , с паразитными засветками, с возможностью регистрации одновременно нескольких частиц, попавших одновременно в измерительную зону и дающих два сигнала , а по способу идентифицируемых как одна частица большего размера.The method has low measurement accuracy. Accuracy is reduced by errors associated with the dependence of the amplitudes of the electrical signals on the particle and particle materials, with the ambiguity of the amplitudes of the signals on the particle size, with the noises of the illuminating radiation, and with the fluctuations of the illuminance in the measuring zone. , with spurious flare, with the possibility of simultaneously registering several particles that fell simultaneously in the measuring zone and giving two signals, and by the method identified as one larger particle.

Цель изобретени - повышение точности измерений в случае совпадени скоростей частиц и среды.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy in the case of coincidence of the velocities of the particles and the medium.

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени размеров частиц в проточной среде, по которому формируют в исследуемой среде измерительную зону, превосход щую по размерам максимальный размер частиц, собирают рассе нное частицами излучение при прохождении ими измерительной зоны, собранный рассе нный поток дел т на два потока, осуществл ют фотоэлектрическое преобразование разделенных рассе нных световых потоков , по амплитудам обоих электрических сигналов суд т о прохождении частицами заданной измерительной зоны, блокируютThis goal is achieved by the fact that according to the method of determining the particle size in a flow medium, according to which a measuring zone is formed in the medium under study, which exceeds the maximum particle size, the radiation scattered by the particles is collected by the passage of the measuring zone, the collected scattered flux is divided into two fluxes, photoelectric conversion of the separated scattered light fluxes, judging by the amplitudes of both electrical signals, the particles pass through a given measuring ones, block

сигналы от частиц, не проход щих через заданную зону, по неблокированным сигналам определ ют размеры частиц, в случае совпадени скоростей частиц, и анализируемой среды рассе нный частицами поток пространственно дел т так, что граница раздела перпендикул рна направлению движени среды, выдел ют центральную часть сечени одного из разделенных потоков вдоль направлени движени среды в соответствии с размером заданной зоны, полученные в результате фотоэлектрического преобразовани сигналы вычитают, причем о прохождении частицами заданнойthe signals from particles not passing through a given zone determine the particle size by non-blocked signals, in the case of particle velocities, and the analyzed medium, the particle scattered flow is spatially divided so that the interface is perpendicular to the direction of motion of the medium the cross section of one of the separated flows along the direction of motion of the medium in accordance with the size of a given zone, the signals obtained as a result of photoelectric conversion are subtracted, and about the passage of particles given

измерительной зоны суд т по равенству разнопол рных импульсов разностного сигнала , а размеры частиц определ ют по длительности перехода между максимальными разнопол рными уровн ми разностногоthe measurement zone is judged by the equality of the different-polarity pulses of the difference signal, and the particle sizes are determined by the duration of the transition between the maximum opposite-polarity levels of the difference

сигнала.signal.

На чертеже представлена схема устройства , реализующего способ.The drawing shows a diagram of the device that implements the method.

Схема содержит лазер 1. коллиматор 2,The scheme contains a laser 1. collimator 2,

фокусирующий объектив 3, проточную кювету 4, приемный объектив 5, фотоприемники 6 и 7, направл ющие объективы 8 и 9, диафрагму 10, объектив 11 переноса изображени , экран 12 с зеркальным покрытием.focusing lens 3, flow cell 4, receiving lens 5, photodetectors 6 and 7, guide lenses 8 and 9, diaphragm 10, image transfer lens 11, mirror-coated screen 12.

усилители 13,14, вычитающее устройство 15, вентили 16, 17, инвертор 18. пиковые детекторы 19 и 20 с цеп ми управлени , устройство 21 сравнени и схему 22. полуинвертор 23, пороговое устройство 24 с инверсным выходом, измеритель 25 временных интервалов, врем -амплитудный преобразователь 26. управл емый ключ 27, анализатор 28, регистратор 29.amplifiers 13, 14, subtractive device 15, valves 16, 17, inverter 18. peak detectors 19 and 20 with control circuits, comparator 21 and circuit 22. semi-inverter 23, inverse output threshold 24, time meter 25 -amplitude transducer 26. controllable key 27, analyzer 28, recorder 29.

Способ определени размеров частиц вThe method of determining the particle size in

проточной среде реализуетс следующей цепью операций.the flow medium is implemented by the following chain of operations.

В исследуемой проточной кювете 4 формируют измерительную зону, превосход щую по размерам максимальный размерIn the flow cell 4 under study, a measuring zone is formed, exceeding the maximum size

частиц. Формирование осуществл етс фокусировкой излучени лазера 1 коллиматором 2 и объективом 3 в кювете, через которую проходит анализируема среда. Собирают рассе нное частицами излучеиие при прохождении ими измерительной зоны в определенном телесном угле посредством объектива 5. Собранный рассе нный поток пространственно дел т на два потока . Деление выполн ют экраном 12 так, чтоparticles. The formation is carried out by focusing the radiation of the laser 1 by the collimator 2 and the objective 3 in the cuvette through which the analyzed medium passes. Collect the radiation scattered by particles when they pass the measuring zone in a certain solid angle by means of an objective 5. The collected scattered flux is spatially divided into two streams. The division is performed by the screen 12 so that

граница раздела перпендикул рна направлению движени среды. В результате делени получают два симметричных сечени рассе нного потока, представл ющие собой два полукруга. При прохождении частицей измерительной зоны получают ееthe interface is perpendicular to the direction of motion of the medium. As a result of the division, two symmetric sections of the scattered flow are obtained, which are two semicircles. With the passage of the particle measuring zone receive it

изображение сначала в одной полуплоскости , а затем во второй.the image is first in one half-plane, and then in the second.

Выдел ют экраном 12 центральную часть сечени одного из разделенных потоков вдоль направлени движени среды в соответствии с размером заданной зоны, В результате выделени получают сечение в виде полукруга, ограниченного в направлении движени частиц. Ширина выделенной зоны соответствует заданной измеритель- ной зоне.Screen 12 separates the central part of the cross section of one of the separated flows along the direction of medium movement in accordance with the size of a given zone. As a result, a section in the form of a semicircle bounded in the direction of particles is obtained. The width of the selected zone corresponds to the specified measuring zone.

Осуществл ют фотоприемниками 6 и 7 фотоэлектрическое преобразование разделенных рассе нных световых потоков, В результате получают от каждой частицы два электрических сигнала, разнесенных во времени.Photodetectors 6 and 7 carry out photoelectric conversion of separated scattered light fluxes. As a result, two electric signals separated in time are obtained from each particle.

Вычитают вычитающим устройством 15 сигналы, полученные в результате фото- электрического преобразовани . Размоет- ный сигнал представл ет собой сдвоенные разнопол рные импульсы. При вычитании сигналов вычитаютс многие шумы: шумы источника излучени , паразитные засветки и т.д.The signals obtained by photoelectric conversion are subtracted by the subtracting device 15. The erosion signal is double opposite-polarity pulses. When subtracting signals, many noises are subtracted: radiation source noise, spurious illumination, etc.

По равенству амплитуд разнопол рных импульсов разностного сигнала устройством 21 сравнени суд т о прохождении частицами заданной измерительной зоны.By equality of the amplitudes of the different-polarity pulses of the difference signal, the comparator 21 judges the passage by particles of a given measuring zone.

Блокируют сигналы от частиц, не прохо- д щих через заданную зону, ключом 27, о чем суд т по амплитудам разнопол рных импульсов.Signals from particles that do not pass through a given zone are blocked by key 27, which is judged by the amplitudes of the opposite polarity pulses.

По неблокированным разностным сигналам определ ют размеры частиц путем измерени измерителем 25 длительности перехода между максимальными разнопо- л рными уровн ми разностного сигнала. Это правомерно в св зи с тем, что врем перехода изображени частицы из одной разделенной полуплоскости во вторую пропорционально размеру частицы при посто нной скорости прокачки среды и совпадении с ней скорости частиц.The unblocked difference signals determine the particle size by measuring with the gauge 25 the duration of the transition between the maximum difference polarity levels of the difference signal. This is justified in connection with the fact that the time of transition of the image of a particle from one divided half-plane to the second is proportional to the size of the particle at a constant velocity of the medium and the particle velocity coincides with it.

Преимущества данного технического решени заключаютс в повышении точности измерений за счет вычитани шумов освещающего излучени и паразитной засветки при неизменной амплитуде сигнала и благодар исключению погрешностей, св занных с несоответствием размерам частиц амплитуд сигналов рассе ни .The advantages of this technical solution are to improve the measurement accuracy by subtracting the noise of the illuminating radiation and the parasitic illumination with a constant signal amplitude and by eliminating errors associated with the inconsistency of the particle sizes of the amplitudes of the scatter signals.

Claims

Claims The method of determining the size of particles in a flow medium, according to which a measuring zone is formed in a test medium that exceeds the maximum particle size, collects the radiation scattered by particles as they pass through the measuring zone, the collected scattered flow is divided into two streams, photoelectric conversion of separated scattered light fluxes, judging by the amplitudes of both electrical signals, the passage of particles of a given measuring zone, blocking signals from the hour egg without passing through a predetermined zone of the unblocked signal determined particle size, characterized. that, in order to improve the measurement accuracy in the case of coincidence of the velocities of the particles and the medium, the stream scattered by the particles is spatially divided in such a way that the interface is perpendicular to the direction of movement of the medium, the central part of the section of one of the separated flows is separated along the direction of movement of the medium the size of a given zone, the signals obtained as a result of photoelectric conversion, are subtracted; moreover, the passage of particles of a given measuring zone is judged by the equality of the alternating pulses the difference signal, and the particle sizes are determined by the duration of the transition between the maximum opposite polarity levels of the difference signal.

h