Лазерний допплерівський лічильник аерозолів

Реферат: UA 109900 U UA 109900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може бути використана для контролю повітря у виробничих приміщеннях електронної промисловості, фармацевтичної промисловості, медичних закладах, під час екологічного моніторингу та інших сферах. Відомий лазерний лічильник аерозолів AERO TRAK 9303 (аналог), який складається з лазерного діода, коліматора, циліндричної лінзи, вакуумної системи відбору проб повітря, уловлювача лазерного променя, приймальної оптики, фотодетектора та електронної системи обробки сигналів. Лічильник аерозолів AERO TRAK 9303 описаний на електронній сторінці [1]. Відомий також лазерний лічильник аерозолів [2] (аналог), який складається з лазера, лінзи, що фокусує лазерний промінь, вакуумної системи відбору проб повітря, уловлювача лазерного променя, приймальної оптики та фотодетектора. В лазерному лічильнику частинок [3] (аналог) використовується лазер, на оптичній осі якого розташована оптична камера, система подачі газу з вузом вводу аерозолів, фотоприймач та блок обробки сигналів. Відомий також лічильник аерозольних частинок серії MET ONE (прототип), який складається з джерела оптичного випромінювання, фокусуючого та приймального об'єктивів, опорного фотодіода, вакуумної системи відбору проб повітря, оптичної системи збору розсіяного випромінювання, фотоприймача та електронної системи обробки сигналів. Лічильник аерозолів серії MET ONE описаний на електронній сторінці [4]. В таких пристроях використовується приймання розсіяного вперед або під кутом 90° оптичного випромінювання. Недоліком лічильників такого типу є те, що визначення, до якого діапазону розмірів належить аерозоль, засновано на вимірюванні інтенсивності розсіяного аерозолем оптичного випромінювання. Але інтенсивність розсіяного випромінювання аерозолем є складною функцією його діаметра та показника заломлення [5]. Тому такі пристрої мають великі похибки. Крім цього, в таких приладах одне і теж значення вихідного сигналу фотоприймача може відповідати різним діаметрам аерозолю. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення лазерного лічильника аерозолів таким чином, що можна було проводити підрахунок аерозолів, діаметр яких однозначно пов'язаний з параметром сигналу, що утворюється на виході фотоприймача. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в лазерному допплерівському лічильнику аерозолів, який містить оптично узгоджений лазер, фокусуючий та приймальний об'єктиви, вакуумну систему відбору проб повітря, фотоприймач, згідно з корисною моделлю, додатково встановлені розщеплювач лазерного променя, апертурна і фонова діафрагми, амплітудний детектор та селективний фільтр, що підключені до виходу фотоприймача, амплітудний детектор, підключений до виходу селективного фільтра, два порогових пристрої, які підключені до виходів амплітудних детекторів, електронний ключ, аналогово-цифровий перетворювач, лічильник імпульсів та мікропроцесор. Відомо, що зі збільшенням розміру аерозолів збільшується інтенсивність розсіяного випромінювання. Але така залежність неоднозначно пов'язує діаметр аерозолю з вихідним сигналом фотоприймача [5]. Одній і тій же інтенсивності розсіяного випромінювання можуть відповідати аерозолі різних діаметрів. Допплерівський сигнал, форма якого зображена на фіг. 1, складається з постійної та змінної складових. Відомо також, що змінна (допплерівська) складова сигналу лазерного допплерівського вимірювача швидкості для певних розмірів аерозолів дорівнює нулю, в той же час коли постійна складова сигналу (яка визначається інтенсивністю розсіяного випромінювання) приймає певне значення [6]. Тобто коефіцієнт глибини модуляції допплерівського сигналу дорівнює нулю. Коефіцієнт глибини модуляції допплерівського сигналу визначається відношенням амплітуди змінної складової допплерівського сигналу Ud до амплітуди постійної складової сигналу Un: V=Ud/Un. Для певного набору діаметрів аерозолів, для яких коефіцієнт глибини модуляції допплерівського сигналу дорівнює нулю, існує однозначна залежність між діаметром аерозолів та амплітудою постійної складової допплерівського сигналу. В лазерному допплерівському лічильнику, що пропонується, відбувається визначення аерозолю, діаметр якого відповідає умові V=0. Потім проводиться вимірювання амплітуди постійної складової допплерівського сигналу та визначення відповідності амплітуди сигналу діаметра аерозолю. 1 UA 109900 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Лазерний допплерівський лічильник аерозолів побудований на основі диференціальної схеми лазерного допплерівського вимірювача швидкості [7]. В лазерному допплерівському лічильнику аерозолів (фіг. 2) випромінювання лазера 1 поділяється розщеплювачем 2 на два променя, які за допомогою фокусуючого об'єктиву 3 направляються в зону вимірювання. В зоні вимірювання вакуумною системою відбору проб 4 формується тонкий струмінь повітря, що рухається з постійною швидкістю. Струмінь повітря формується таким чином, що в зоні перетину лазерних променів одночасно знаходиться не більше ніж однин аерозоль. Лазерні промені після проходження зони вимірювання гасяться апертурною діафрагмою 6. Розсіяне аерозолем випромінювання 5 збирається об'єктивом 7 в межах апертурної діафрагми 6 та направляється на фотоприймач 9, перед яким встановлена фонова діафрагма 8. Допплерівський сигнал з виходу фотоприймача 9 одночасно надходить на амплітудний детектор 10 та смуговий фільтр 11. На виході амплітудного детектора 10 утворюється постійна складова допплерівського сигналу, яка зображена на фіг. 3. На виході смугового фільтра 11 формується змінна складова допплерівського сигналу, що показана на фіг. 4. Сигнал з виходу амплітудного детектора 10 надходить на пороговий пристрій 12 та електронний ключ 13. Електронний ключ 13 знаходиться у відкритому стані. При надходженні напруги, яка перевищує значення порогу спрацювання пристрою 12, на його виході з'являється імпульс, що подається до лічильника імпульсів 16. Кількість аерозолів, що пройшли крізь зону перетину лазерних променів підраховується за допомогою лічильника імпульсів 16. Змінна складова допплерівського сигналу з виходу смугового фільтра 11 подається на амплітудний детектор 14. Далі вихідний сигнал з детектора 14 надходить на пороговий пристрій 15. На виході порогового пристрою 15 формується імпульс, який закриває електронний ключ 13. В цьому випадку постійна складова допплерівського сигналу не надходить на аналогоцифровий перетворювач (АЦП) 17. Коли змінна складова допплерівського сигналу близька до нуля, то на виході порогового пристрою 15 імпульс не формується. Електронний ключ 13 у цьому випадку залишається відкритим. Тоді постійна складова допплерівського сигналу з виходу амплітудного детектора 10 проходить електронний ключ 13 та надходить на АЦП 17. АЦП перетворює амплітудне значення постійної складової допплерівського сигналу в цифровий код. Цифровий код з АЦП передається до мікропроцесора 18, в який за допомогою запрограмованих довідкових даних відповідності між діаметром аерозолів та амплітудою постійної складової допплерівського сигналу визначає діаметр аерозолю. До мікропроцесора 18 надходить також з лічильника імпульсів 16 кількість аерозолів, що пройшли крізь вимірювальний об'єм. Мікропроцесор підраховує розподіл кількості аерозолів за розмірами. Лазерний допплерівський лічильник аерозолів, що пропонується, може застосуватись в тих технологічних процесах, де необхідно визначати кількісний розподіл аерозолів за розмірами. Наприклад, для контролю стану повітря у виробничих приміщеннях електронної та фармацевтичної промисловості. Джерела інформації: 1. www.dustmonitors.ru/9330 Счетчик частиц AERO TRAK 9303 (аналог). 2. Контуш С.М., Щекатолина С.Α., Дыханов С.М. Применение лазерного счетчика для измерения чистоты воздуха. Холодильна техніка та технологія. - № 6 (146). - С. 60-65 (аналог). 3. Полуэктов ПП. , Бурткитбаев С.М., Коломейцев Г.Ю., Семыкин А.Н., Балфанбаев А. Лазерный счетчик частиц. Авторское свидетельство СССР № 4207659/25 от 10.03.1987, опубл. 30.05.1991, бюл. №20. - С. 3 (аналог). 4. www.aquaanalytics.mindex.php?option=com. Счетчик аерозольных частиц серії MET ONE (прототип). 5. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами. - М.: Мир, 1971. - 304 с. 6. Землянский В.М. Измерение скорости потока лазерным допплеровским методом. - К.: Вища шк., 1987. - 177 с. 7. Дубнищев Ю.Н., Ринкевичюс Б.С Методы лазерной доплеровской анемометрии. - М.: Наука, 1982. - 314 с. 2 UA 109900 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Лазерний допплерівський лічильник аерозолів, який складається з лазера, фокусуючого та збираючого об'єктивів, вакуумної системи відбору проб повітря, фотоприймача, який відрізняється тим, що в ньому додатково встановлені розщеплювач лазерного променя, апертурна і фонова діафрагми, амплітудний детектор та селективний фільтр, що підключені до виходу фотоприймача, амплітудний детектор, підключений до виходу селективного фільтра, два порогових пристрої, які підключені до виходів амплітудних детекторів, електронний ключ, аналогово-цифровий перетворювач, лічильник імпульсів та мікропроцесор. 3 UA 109900 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4