Нефелометр (его варианты)

 

Изобретение относится к области оптической нефелометрии и может использоваться для измерения прозрачности жидкостей и газов в метеорологии , гидрологии и пр, С целью повьшения чувствительности измерений путем увеличения рабочего объема в устройство дополнительно введен сменный кольцевой объектив, что позволяет преобразовать рассеянное исследуемой средой излучение в параллельный пучок. Подбирая угол рассеяния и фокусное расстояние объектива, можно подобрать требуемое угловое разрешение. Конструкция нефелометра по третьему и четвертому вариантам дополнительно содержит второй конический отражатель, оптически связанный с плоским зеркалом, а также сменный кольцевой объектив. Эта конструкция позволяет регистрировать с теми же преимуществами излучение, рассеянное средой под двумя различными углами , 4 с.п. ф-лы, 4 ил. (Л to ел « tik Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

Г19) (И) А1 (5)) 4 G 01 N 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3803292/24-25 (22) 18. 10. 84 (46) 15.09.86. Вюл. И 34 (71) Институт экспериментальной метеорологии (72) В.П.Сныков (53) 535.361(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 576840, кл. G 01 W 1/00, 1980. Авторское свидетельство СССР

N 352245, кл. G 01 1 1/04, 1972. (54) НЕФЕЛОИЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к области оптической нефелометрии и может использоваться для измерения прозрачности жидкостей и газов в метеорологии, гидрологии и пр. С целью повышения чувствительности измерений путем увеличения рабочего объема в устройство дополнительно введен сменный кольцевой объектив, что позволяет преобразовать рассеянное исследуемой средой излучение в параллельный пучок. Подбирая угол рассеяния и фокусное расстояние объектива, можно подобрать требуемое угловое разрешение. Конструкция нефелометра по третьему и четвертому вариантам дополнительно содержит второй кони-. ческий отражатель, оптически связанный с плоским зеркалом, а также сменный кольцевой объектив. Эта конструкция позволяет регистрировать с теми же преимуществами излучение, рассеянное средой под двумя различными уг- лами. 4 с.п. ф-лы, 4 ил.

1 12574

Изобретение относится к оптическим.приборам и может быть использовано для измерения прозрачности жидкостей и газов в гидрологии, метеорологии, при контроле загрязнений окружающей среды, в химической промьппленности.

Цель изобретения — повышение чувствительности измерений интенсивности рассеянного света путем увеличе- 10 ния рабочего объема без снижения величины углового разрешения и обеспечение перестройки угла наблюдения, а также увеличение числа определяемых параметров.

На фиг.1-4 изображены оптические схемы нефелометра, варианты исполнения.

На оптических схемах обозначены осветитель 1, конический отража- 20 тель 2, световая ловушка 3, сменный кольцевой объектив 4, диафрагма 5 поля зрения с фотоприемником 6. Нефелометр nî фиг . 3 и 4 copep*HT также второй конический отражатель 7, вторую диафрагму 8 поля зрения с вторым фотоприемником 9, а также плоское зеркало 10.

Нефелометр работает следующим об30 разом.

В нефелометре по первому варианту (первый и второй пункты формулы) пучок света от осветителя 1 проходит через исследуемую среду и частично рассеивается в ней. Нерассеянный свет З5 задерживается световой ловушкой 3, а свет, рассеянный средой под средним углом, попадает на конический от-, ражатель 2, отражается от него и попадает в кольцевой объектив 4, кото- 40 рый фокусирует свет на поверхность диафрагмы 5 диаметром d. Световой поток в пределах выбранного угла поля зрения, определяющего угловое разрешение прибора, проходит на фотоприемник 6, а остальная часть рассеянного Средой света в направлениях, отличных от g, + toe/2, задерживается диафрагмой. Световой поток, прошедший через отверстие в диафрагме 5 по- 0 падает на фотоприемник.6, преобразую— щий световой поток в соответствующий электрический сигнал. Величина требуемого углового разрешения определяется величиной отношения sot, -d/f, где f — фокусное. расстояние объектива. Величина рабочего объема определена пересечением пучка света источ76

2 ника и 1/2 проекции объектива на ось прибора под углом наблюдения Ю . Чувствительность измерений не зависит от диаметра светового пучка при одной и той же мощности источника света, поскольку при изменении этого ди.— аметра соответствующее изменение величины рабочего объема компенсируется изменением интенсивности в сечении светового пучка. Однако увеличение рабочего объема приводит к повышению статистической обеспеченности получаемых данных о прозрачности сред, особенно в условиях низких концентраций рассеивающих частиц.

В конкретном случае, когда радиус меньшего отверстия в коническом отражателе r, радиус пучка света r a максимальный радиус отражателя R равен максимальному радиусу объектива, величина V рабочего объема определяется как л 2 (R z)

Ч = z -т---О Sin ñ6

Таким образом, максимальное значение рабочий объем V имеет при r о г

= †- R. Определим величину рабочего

3 объема прибора при следующих параметрах оптической схемы: R =5 см, — r, = 3,3 см, объектив И-37 с фокусным расстоянием f = 30 см, d = — 0,7 мм, фотоприемник ФД-24К. о

При ct = 45 и угловом разрешении а

Ь и = 0,25 получают,V = 82 см . В прототипе для тех же значений угла наблюдения и углового разрешения

АМ=2 V 08см

Таким образом, нефелометр по первому варианту позволяет в 100 pas увеличить рабочий объем по сравнению с прототипом и при этом повысить угловое разрешение при измерении интенсивности рассеянного света.

% ..ефелометре по второму варианту (третий и четвертый пункты формулы) пучок света от источника 1 проходит через исследуемую среду и частично рассеивается в ней ° Нерассеянный свет задерживается световой ловушкой 4, а свет, рассеянный средой под средними углами а, и oL, попадает на конические отражатели 2 и 7 соответственно и далее на кольцевой объ-. ектив 4 ° Свет, отраженный от конического Отражателя 7, фокусируется объективом 4 на поверхности диафрагз 1257 мы 5 и, пройдя через отверстие в ней, попадает на фотоприемник 6. Свет, отраженный от конического, отражателя

2, преломляется объективом 4 в направлении круглого плоского зеркала 10, установленного перпендикулярно опти".. ческой оси и оптически сопряженного с коническим отражателем 2. Отраженный от зеркала 1О свет фокусируется на поверхности второй диафрагмы 10

8 и через отверстие в ней частично попадает на второй фотоприемник 9.

Нефелометр по второму варианту обеспечивает запись на регистраторе отношения сигналов, пропорциональных 15 рассеянному средой излучению под средними углами 0(и ф что исключает влияние нестабильности излучения источника и повышает точность определения микрофизических характерис-20 тик концентрация, средний размер частиц рассеивающей среды.

Комбинации конических отражателей для разных средних углов регистрации рассеянного излучения позволяют 25 определить не только прозрачность исследуемых сред, но и их фазовый и микрофизический состав.

Предлагаемый нефелометр характеризуется малыми габаритами, высокой 50 чувствительностью и простотой перестройки.

Формула из обретения

1. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемником, отличающийся тем, щ что, с целью повышения чувствительности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового разрешения а также обеспечения воз-.. можности перестройки угла наблюдения,45 он дополнительно содержит сменный .кольцевой объектив, установленный между коническим отражателем и диа- . фрагмой соосно им и оптически связанный с коническим отражателем, при 50 этом конический отражатель обращен вершиной от объектива, угол раствора конического отражателя выполнен (p =

180 -yc, где К вЂ” средний угол регистрации рассеянного света, диафраг-55 ма поля зрения размещена в фокальной плоскости объектива, а осветитель между коническим отражателем и объек476 4 тивом вне проекции под углом o6paзующей конического отражателя Hà оптическую ось, причем рабочие поверхности осветителя и фотоприемника ориентированы в бдну сторону. 2. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемни-" ком, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового разрешения, а также обеспечения вбзможности перестройки угла наблюде- ния, он дополнительно содержит сменный кольцевой объектив, установленный между коническим отражателем и диафрагмой соосно им и оптически связанный с коническим отражателем, при этом конический отражатель обращен вершиной от объектива, угол раствора конического отражателя q выполнен равным, диафрагма поля зрения размещена в фокальной плоскости объехтива, а осветитель — со стороны вершины конического отражателя вне проекции ) под углом М, образующей конического отражателя на оптическую . ось, причем рабочие поверхности осве- тителя и фотоприемника ориентированы в противоположные стороны.

3. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фотоприемником, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового разразрешения и увеличения числа определяемых параметров, он дополнительно . содержит второй конический отража1 тель, кольцевой объектив, плоское

/ зеркало и вторую диафрагму поля зрег ния с вторым фотоприемником, наименьший диаметр второго конического отражателя не меньше наибольшего диаметра первого конического отражателя, наибольший диаметр кольцевого объектива не меньше наибольшего диаметра второго конического отражателя, а диаметр отверстия не больше меньшего диаметра первого конического отражателя, все дополнительные элементы установлены между первым коническим отражателем и первой диафрагмой поля зрения соосно им, 4. Нефелометр, содержащий соосно расположенные осветитель, конический отражатель, световую ловушку и диафрагму поля зрения с фатоприемни- 25 ком, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствитель ности путем увеличения рабочего объема без снижения величины углового разразрешения и увеличения числа опре- щ деляемых параметров, он дополнительно содержит второй конический отражатель, кольцевой объектив, плоское

Ф 12 плоское зеркало оптически связано с

° первым коническим отражателем и второй диафрагмой поля зрения с вторым фотоприемником через кольцевой объектив, первая диафрагма поля зрения с первым фотоприемником размещена в фокальной плоскости кольцевого объектива, осветитель расположена между первым коническим отражетелем и объективом, его рабочая поверхность ориентирована в ту же сторону, что и рабочая поверхность первого фотоприемника, оба конических отражателя рабочими поверхностями обращены к объективу, а углы их раствора у, и и выполнены q>, = 180 — ж,; (g

180 — м, rpe a, и Π— средние углы регистрации рассеянного света первым и вторым фотоприемниками соответственно.

57476 В зеркало и вторую диафрагму поля зрения с вторым фотоприемником, наименьший диаметр второго конического отражателя не .меньше наибольшего диаметра первого конического отражателя, наибольший диаметр кольцевого объектива не меньше наибольшего диаметра второго конического отражателя, а диаметр отверстия не больше мень10 щего диаметра первого конического отражателя, все дополнительные зле»:. менты установлены между первым коническим отражателем и первой диафрагмой поля зрения соосно им, плоское

15 зеркало оптически связано с первым коническим отражателем и второй диафрагмой поля зрения с вторым фотоприемником через кольцевой объектив, первая диафрагма поля зрения с перья вым фотоприемником размещена в фокальной плоскости кольцевого объектива, осветитель расположен со стороны вершины первого конического отражателя, рабочие поверхности осветителя и фотоприемника ориентированы в противоположные стороны, оба конических отражателя рабочими поверхностями обращены к объективу, а углы их раствора (, и (выполнены (, Ы, ; V г, где М, и o(,z — средние углы регистрации рассеянного света первым и вторым фотоприемниками соответственно.

1257476

Составитель В.Калечиц

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор А.Огар

Заказ 4908/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4