ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ И КОНЦЕНТРАЦИИ ВЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ
PHOTOELECTRIC METHOD OF DETERMINING SIZE AND CONCENTRATION OF SUSPENDED PARTICLES

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к оптическим методам контроля параметров дисперсных сред, и может найти применение при контроле запыленности газов и загрязнения жидкостей.
Известен способ анализа взвешенных частиц (Пат. RU 2102719, G01N 15/02, от 20.01.1998), состоящий в том, что импульсные электрические сигналы от фотоэлектрического преобразователя усиливают, производят выделение локальных максимумов в анализируемых импульсах и формируют отдельные импульсы амплитудой, равной величине этих максимумов, которые затем подвергают амплитудному анализу с целью определения размеров частиц.
Недостатком данного способа является искажение выходного сигнала из-за отсутствия учета шумовых фотоэлектрических импульсов темнового тока, что приводит к увеличению погрешностей измерений.
Известен способ дисперсного анализа взвешенных частиц (Беляев С.Г., "Оптико-электронные методы измерения параметров аэрозолей". М.: Энергоиздат, 1987), состоящий в том, что импульсные электрические сигналы первичного фотоэлектрического преобразователя усиливают, анализируют по амплитуде и определяют число и размеры частиц.
Недостатком данного способа является искажение получаемой информации из-за совпадений частиц в чувствительном объеме и, вследствие этого, низка величина предельно измеряемой концентрации.
Наиболее близким по технической сути к предлагаемому способу является способ анализа взвешенных частиц (А.с. SU 1516889, G01N 15/02 от 23.10.1989). Согласно этому способу применяется принудительное прерывание импульса, если его длительность превышает длительность одиночного импульса, и отбор для анализа только тех импульсов, которые отстоят от последующих и предыдущих на время, большее, чем время прерывания. Таким образом, из каждого импульса, длительностью больше некоторой величины, определяемой, как длительность одиночного импульса, формируется серия импульсов количеством, на единицу большем целой части отношения длительности входного импульса к указанной величине.
Недостатком указанного способа является искажение получаемой информации о концентрации частиц и их размере из-за того, что в чувствительном объем датчика частицы движутся с различными скоростями и, следовательно, электрические импульсы на выходе фотоприемника имеют различную длительность, и принудительное прерывание через определенный промежуток времени может привести к тому, что импульс, длительность которого превышает величину, определяемую как длительность одиночного импульса, вызовет формирование двух или более импульсов на входе амплитудного анализатора, в случае же более коротких импульсов возможен пропуск частиц. Таким образом, описанный способ не учитывает возможных различий в длительности импульсов на выходе фотоприемника, имеющих место в некоторых конструкциях фотоэлектрических датчиков, что приводит к искажениям получаемой информации.
Задачей изобретения является повышение точности измерения концентрации и размеров частиц.
Поставленная задача решается тем, что фотоэлектрический способ определения размеров и концентрации взвешенных частиц, включающий зондирование потока исследуемой среды световым пучком, регистрацию сигналов взаимодействия зондирующего светового пучка с частицами, измерение амплитуды и числа фотоэлектрических импульсов этих сигналов, по которым определяют соответственно размеры и концентрацию частиц, отличается тем, что для повышения точности поток фотоэлектрических импульсов подвергают первичной амплитудной дискриминации с верхним и нижним пороговыми уровнями, обеспечивают прохождение импульсов с длительностью, превышающей определенную пороговую величину, далее фотоэлектрические импульсы подвергают принудительному прерыванию через время, равное длительности пролета частиц через счетный объем и в зависимости от импульсов, поступающих в персональный компьютер управляют воздуходувкой и длительностью импульсов принудительного прерывания, а так же амплитудой излучения лазера и верхним пороговым уровнем амплитудной дискриминации.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, состоит в повышении точности измерения концентрации и размеров частиц.
Этот результат достигается тем, что способ определения размеров и концентрации взвешенных частиц состоит в освещении потока частиц световым пучком и регистрации параметров световых сигналов (амплитудно-временной анализ и анализ длительности или глубины модуляции), формируемых частицами при их пролете через выделенную область потока частиц. Поток фотоэлектрических импульсов подвергают первичной амплитудной дискриминации с верхним и нижним пороговыми уровнями, а затем селектор импульсов обеспечивает прохождение импульсов с длительностью, превышающей определенную пороговую величину, благодаря чему удается дополнительно подавить 20% импульсов темнового тока, устройство коррекции многократных совпадений подвергает фотоэлектрические импульсы принудительному прерыванию через время, равное длительности пролета частиц через счетный объем. Введены два цифро-аналоговый преобразователя: один для управления воздуходувкой и длительностью импульсов принудительного прерывания, другой для изменения амплитуды излучения лазера и регулировки верхнего порогового уровня амплитудной дискриминации, аналого-цифровой преобразователь позволяет проводить дополнительную обработку полученных импульсов с помощью персонального компьютера, который управляет цифро-аналоговыми преобразователями.
На фиг.1 изображена функциональная схема устройства по данному способу для определения размеров и концентрации взвешенных частиц. Устройство содержит лазер 1, формирующий зондирующий световой пучок 2, счетный объем 3, объектив 4, фотоприемник 5, усилитель 6, амплитудный дискриминатор 7, селектор импульсов 8, устройство коррекции многократных совпадений 9, аналого-цифровой преобразователь 10, цифро-аналоговые преобразователи 11 и 12, блок управления воздуходувкой 13 и воздуходувка 15, блок управления лазером 14, персональный компьютер 16.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Поток исследуемой среды с взвешенными частицами пересекает световой пучок 2 от лазера 1 в области счетного объема 3. Рассеянный частицами свет собирается объективом 4 на фотоприемник 5. Последний формирует фотоэлектрические импульсы, соответствующие импульсам рассеянного света. После усилителя 6 импульсы подвергаются амплитудной дискриминации 7 с верхним и нижним пороговыми уровнями. Поток пронормированных по амплитуде импульсов после амплитудной дискриминации подвергают обработке в селекторе импульсов 8, обеспечивающим прохождение импульсов с длительностью, превышающей определенную пороговую величину. Далее импульсы подаются на устройство коррекции многократных совпадений 9, которое подвергает фотоэлектрические импульсы принудительному прерыванию через время, равное длительности пролета частиц через счетный объем. С помощью аналого-цифрового преобразователя 11 данные поступают на персональный компьютер 16 для дальнейшей обработки. Программа управления отслеживает параметры получаемых импульсов с выхода аналого-цифрового преобразователя 11 и подает соответствующею команду управления через цифро-аналоговые преобразователи 11 и 12. С помощью цифро-аналогового преобразователя 12 происходит управление верхним пороговым уровнем амплитудной дискриминации в амплитудном дискриминаторе 7 и амплитудой излучения лазера 1 в блоке управления лазером 14. Цифро-аналоговый преобразователь 11 управляет блоком управления воздуходувкой 13 для изменения скорости пролета частиц и устройством коррекции многократных совпадений 9 для изменения длительности импульсов принудительного прерывания.
Таким образом, рассмотренный способ, в отличие от известных, позволяет получить более высокую точность измерения концентрации и размеров частиц за счет: первичной амплитудной дискриминации; временной селекции; устранения погрешностей, вызванных попаданием в счетный объем одновременно несколько частиц и упростить дальнейший процесс амплитудного анализа с помощью персонального компьютера.