Установка для визначення оптичної щільності диму і розміру його часток

Установка для визначення оптичної щільності диму і розміру його часток, що містить камеру з отворами, забезпечену фотометричною системою, що включає джерело світла і фотоприймач, яка 3 27685 шляхом оригінального виконання оптичного лазерного і фотоприймального модулів, а також розташування їх в камері та сполучення елементів і вузлів установки, забезпечити розширення функціональних можливостей та підвищення точності визначення. Поставлена задача вирішена в установці для визначення оптичної щільності диму і розміру його часток, що містить камеру з отворами, забезпечену фотометричною системою, що включає джерело світла і фотоприймач, тим, що камера виконана у вигляді видовженого корпусу, всередині якого в протилежних частинах розміщені оптичний лазерний і фотоприймальний модулі, між якими розташований рухомий поршень з прозорим вікном, при цьому оптичний лазерний модуль виконаний у вигляді установлених по осі корпусу напроти вихідного вікна системи просторової оптичної фільтрації та світлоподільника, а фотоприймальний модуль виконаний у вигляді установлених по осі корпусу напроти прозорого вікна рухомого поршня екрана з оптичним фільтром, об'єктива і телекамери, причому світлоподільник оптичного лазерного модуля сполучений з екраном світловодом, а телекамера з персональним комп'ютером. Новим в установці, що заявляється, є наявність таких ознак: - камера виконана у вигляді видовженого корпусу; - розміщення всередині камери оптичного лазерного і фотоприймального модулів в протилежних частинах; - рухомий поршень з прозорим вікном, розташований між оптичним лазерним і фотоприймальним модулями; - виконання оптичного лазерного модуля у вигляді установлених по осі корпусу напроти вихідного вікна системи просторової оптичної фільтрації та світлоподільника; - виконання фотоприймального модуля у вигляді установлених по осі корпусу напроти прозорого вікна рухомого поршня з оптичним фільтром, об'єктива телекамери; - сполучення світлоподільника оптичного лазерного модуля з екраном, а телекамери фотоприймального модуля з персональним комп'ютером. Схема установки для визначення оптичної щільності диму і розміру його часток зображена на кресленні. Установка містить камеру, виконану у вигляді видовженого корпусу 1 з отворами 2 для диму. Всередині корпусу 1 (в умовно правій його частині) розміщений оптичний лазерний модуль 3, виконаний у вигляді установлених по осі корпусу 1 напроти вихідного вікна 4 системи просторової оптичної фільтрації 5 та світлоподільника 6, який розташований перед лазером 7. Між системою просторової оптичної фільтрації 5 та світлоподілювачем 6 розміщена система оптичної колімації 8. В протилежній (умовно лівій) частині всередині корпусу 1 розташований фотоприймальний модуль 9. 4 Між оптичним лазерним модулем 3 і фотоприймальним модулем 9, розташований рухомий поршень 10 з прозорим вікном 11. Рухомий поршень 10 має ущільнення 12. Фотоприймальний модуль 9 виконаний у вигляді установлених по осі корпусу 1 напроти прозорого вікна 11, рухомого поршня 10, екрана з оптичним фільтром 13, об'єктива 14 і телекамери 15. Світлоподільник 6 лазерного оптичного модуля 3 сполучений з екраном з оптичним фільтром 13 світловодом 16, який розташований в трубці 17. Телекамера 15 сполучена з персональним комп'ютером 18. Для кріплення корпусу 1 до стінки димової камери (на кресленні димова камера не показана) та його переміщення для забору диму установка забезпечена фланцем 19 з ущільненням 20 і стопорним кільцем 21. Роботу установки ілюструють приклади, які наведені нижче. Приклад 1 . Визначення оптичної щільності диму. Оптична щільність диму (аерозолю) D, пропорційна концентрації частинок, визначається згідно формулі 1 (закон Бугера) D=Log(I0/IL)/L (1) Де І0, I L - інтенсивності зондуючого пучка, відповідно схожа і після проходження через шар диму, довгої L. Для визначення D здійснюють наступне. Визначають І0, для чого р ухомий поршень 10 ставиться в крайнє ліве положення, його вхідне вікно 11 притиснуте до вихідного вікна оптичного лазерного модуля 4, довжина шару диму L=0. На інтерфейсі в лівому верхньому вікні бачимо дві крапки: Верхня - інтенсивність зондуючого пучка І, нижня - інтенсивність опорного пучка Іоп. І0 визначається у відносних величинах як частка інтенсивності опорного сигналу І0= І/І оп. Таким чином виключається систематична погрішність вимірювань, пов'язана з поглинанням світла на забрудненні вікон (дим, конденсат). Далі визначають декілька IL при різних значеннях довжини шару диму, для чого рухомий поршень 10 переміщають на потрібну відстань L і вимірюють інтенсивність зондуючого пучка IL. IL визначається у відносних величинах, як частка інтенсивності опорного сигналу IL=І/Іоп. Відповідно до формули, розраховують декілька значень D при різних значеннях L. Обчислюють середнє значення D у області найбільшої точності вимірювань (для щільних димів це область малих L, для розріджених великих L). Приклад 2. Визначення розмірів частинок диму (аерозолю). Розміри частинок диму (аерозолю) визначаються по малокутовому розсіянню світла. Для цього рухомий поршень 10 ставиться в положення, коли шар диму малий порівняно з відстанню до фотоприймального модуля 9(~1/30), що фіксується телекамерою 15. 5 27685 По цій картині розраховується кутова залежність інтенсивності розсіяного світла, виміряна у відносних величинах, як частка інтенсивності опорного сигналу Іоп. По кутовій залежності інтенсивності розсіяного світла згідно теорії розсіяння Мі розраховуються розміри часток. При тестуванні заявленої установки в димовій камері об'ємом 0,25м 3 при спалюванні одної цигарки „Прима" виявлено: - розмір часток диму - 2мкм; - максимальне послаблення інтенсивності світла I L/I 0при оптичній базі L=0,3м склало 0,75, що відповідає оптичній щільності диму D=0,561/м . Таким чином, заявлена установка має такі переваги: 1. На одній установці вимірюється оптична щільність диму (аерозолю) і розмір його часток. 2. Завдяки переміщенню поршня можна міняти оптичну довжину шляху зондуючого променя через стовп диму, тому збільшується точність вимірювання оптичної щільності диму завдяки тому, що: - виключається систематична погрішність вимірювань, пов'язана з поглинанням світла на забрудненні вікон (дим, конденсат); - здійснюється не одне, а декілька вимірювань при різних положеннях поршня, і потім обчислюється середнє значення оптичної щільності диму в області найбільшої точності вимірювань. 3. У проміжку між вимірюваннями поршень знаходиться в крайньому положенні, перекриваючи доступ диму, що зменшує забруднення вікон. 4. Малі напруги живлення і струми випромінюючого і приймального модулів дозволяють живити їх від USB порту ноутбука, що робить установку автономною. 5. Єдиною рухомою частиною в установці є поршень, оптичний лазерний і фотоприймальний модулі жорстко закріплені, що робить установку стійкою до трясіння, коливань і навіть ударів. 6. При роботі в агресивному середовищі можливе від'єднання установки для забору диму в необхідній точці об'єму з подальшим приєднанням до ноутбука для вимірювань і обробці результатів. 6