Способ поляриметрического анализа оптических свойств взвешенных частиц

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0ц 73!363

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.08.77 (21) 2518888/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл

G 01N 21/40

Государственный комитет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень ¹iÚ 16 (53) УДК 535.361 (088.8) ао делам изобретений и открытий (45) Дата опу бликования описания 30.04.80 (72) Автор изобретения

Л. Н. Павлова

Институт экспериментальной метеорологии (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛЯРИМЕТ

ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В

Настоящее изобретение относится к оптическим методам исследования частиц, взвешенных в жидкости или газе, и может найти применение в различных областях оптики рассеивающих сред в производствах, 5 использующих или производящих разнообразные взвеси, в фармакологии, в метеорологии для исследования облаков смешанного фазового состояния.

Известен способ поляриметрического ана- !0 лиза частиц (1), предназначенный для определения концентрации взвешенных частиц, их физических свойств или химического состава.

Указанный способ использует количест- 15 венные соотношения между поляризационными характеристиками рассеянного или пропущенного средой излучения и упомянутыми характеристиками взвешенных частиц. Однако, этот способ не позволяет on- 20 ределять концентрацию, состав или свойства отдельно для частиц сферической и несферической формы (которые могут иметь разный химический состав, если эти частицы взвешены совместно и в произ- 25 вольной пропорции.

Наиболее близким техническим решением является способ поляриметрического анализа оптических свойств взвешенной в газе смеси частиц сферической и несфериче- 30 ской формы (2), включающий облучение

РИЧЕСКОГО АНАЛИЗА " l )"

ЗВЕШЕННЫХ ЧАСТИЦ

2 исследуемой среды линейнополяризованным излучением и измерение деполяризационного отношения в сигнале обратного рассеяния.

Однако, такой способ не позволяет определить относительные вклады в объемный коэффициент рассеяния, вносимых отдельно сферическими и несферическими частицами.

Целью изобретения является определение относительных вкладов в объемный коэффициент рассеяния, вносимых отдельно сферическими и несферпческнмп частицами.

Это достигается благодаря тому, что формируют эталонные взвеси сферических и несферических частиц отдельно, обладающие одинаковыми объемными коэффициентами рассеяния, и осуществляют указанные выше операции для эталонных взвесей, а также измеряют отношение интенсивностей параллельных составляющих излучений, рассеянных эталонными взвесями, и определяют вклад сферических частиц по формуле р () ) - нсф (1 ) ем (с .)

Dacci (-" ) ) - О () ) (ст — )1 где 0н,ф (л, Л) — деполяризационное отношение в сигнале обратного рассеяния (угол л) при

731363

3 длине волны излучения Л для несферических частиц в эталонной взвеси;

Рс„ (л, Л) — деполяризационное отношение для исследуемой смеси; а — отношение интенсивностей параллельных составляющих рассеянного излучения эталонными взвесями для сферических и несферических частиц.

На чертеже показана зависимость

Р,ф (Л) от .0„, (л, Л), для трех значений а и 1Энсф (a Л) =0,5.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок линейно-поляризованного лазерного излучения с длиной волны Л=0,63 мкм пропускают через исследуемую взвесь, содержащую частицы сферической и несферической формы, например, через смесь водяных капель и кристаллов, взвешенных в воздухе. Приемник с анализатором, в качестве которого может быть использован поляризационный фильтр, принимает излучение, рассеянное в направлении 180 (в сторону источника). Выделяя перпендикулярную и параллельную составляющие (nn отношению к плоскости поляризации падающего излучения) рассеянного излучения поворотом фильтра, определяют деполяризационное отношение исследуемой взвеси

Dc, (л, Л). Приготавливают образцы эталонных взвесей сферических частиц (капель) и несферических частиц (кристаллов льда), причем, изменяя объемную концентрацию тех и других частиц разбавлением, добиваются, чтобы объемные коэффициенты рассеяния «эталонных» взвесей были одинаковыми осф(Л) =о„,ф(Л), облучают пучком излучения от того же источника или другого (с той же длиной волны Л и той же ориентацией плоскости поляризации) поочередно образцы эталонных взвесей сфсрических и несферических частиц, определяют деполяризационное отношение

D«y (л,Л) и отношение а. По результатам указанных измерений находят вклад в общий коэффициент рассеяния капель и кристаллов. Так, если Р,сф(л,Л) =0,5; а=1,5 и

1Эс„(л, Л) =0,2, то вклад капель Р,ф(0,63) == Р„,ф (0,63) = 0,5. Поскольку Р«ф (л, Л) и а являются относительными величинами, мощность второго пучка или чувствительность приемника не влияют на результаты определения этих величин.

Проведение анализа эталонных взвесей отдельно сферических и несферических исследуемых частиц обеспечивает возможность определения вклада тех и других частиц, когда они взвешены совместно в произвольной пропорции в объемный коэффициент рассеяния смеси частиц, чего не позволяют делать известные способы. Коэф5

)5

65 4 фициент рассеяния является одной из важных оптических характеристик рассеивающей среды, Он зависит не только от концентрации тех и других частиц, но и от рассеивающих свойств частиц, определяемых в

crroto очередь размерами, формой и комплексным показателем преломления вещества частиц. Кроме того, коэффициенты рассеяния о,ф (Л) и rr,rc „(Õ) пропорциональны массовой концентрации частиц Мсф и

М«ф, поэтому отношение Р,ф(Л)/Р«ф(Л) определяет относительную массовую концентрацию частиц:

Р,@ (i)/Р„,ф (Л) =- const. — ф

Л4нсф

Фигура 1, на которой показана зависимость

Р,ф (Л) от Вс„(л, Л) для нсф (л, Л) = 0,5 и трех значений а, характеризует чувствительность значений деполяризационного отношения смеси D,,„(л,Л) и вкладу сферических частиц в общий коэффициент рассеяния смеси о,„(i.). Значения й„сф(л, Л) =—

=0,5 и а=1,5 получены для взвесей кристаллов льда в воздухе и капель воды в воздухе при Л= 0,63 мкм. Следовательно, график для а=1,5 на рисунке соответствует случаю облачной среды смешанного фазового состояния.

Таким образом, использование предлагаемого способа поляриметрического анализа оптических свойств взвешенных частиц обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: позволяют определить вклад сферических и/или несферических частиц в объемный коэффициент рассеяния излучения взвеси из смеси этих частиц, что дает возможность осуществлять непрерывный контроль за относительной массовой концентрацией тех и других частиц.

Кроме того, использование предлагаемого способа позволяет определять абсолютные значения коэффициентов объемного рассеяния и массовой концентрации сферических и несферических частиц в исследуемой взвеси, если одновременно с указанными параметрами измерять объемный коэффициент рассеяния смеси частиц.

Формула изобретения

Способ поляриметрического анализа оптических свойств взвешенных частиц сф рической и несферической формы, включающий облучение исследуемой среды линейно-поляризованным излучением и измерение деполяризационного отношения в сигнале обратного рассеяния, отличающийся тем, что, с целью определения относительных вкладов, в обьемный коэффициент рассеяния, вносимых отдельно сферическими и несферическими частицами, формируют эталонные взвеси сферических и несферических частиц отдельно, обладающие одинаковыми объемными коэффициентами

731363

1 — Q=1,Î

2 0.=1,5

=Z,0

Рс (М

1,D

0 5 Дом(9, Л) 025

Составитель 3. Ляшенко

Редактор E. Дайч

Техред А. Камышникова Корректор E. Ласточкина

Заказ 538/3 Изд. Л 270 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 рассеяния и осуществляют указанные выше операции для эталонных взвессй, а тактике измеряют отношение интенсивностей параллельно-поляризованных составляющих излучений, рассеянных эталонными взвесями, и определяют вклад сферических частиц по формуле ()) 1нсф(Л) "- см(Л)

DÄÄ1, (х. Л) -;- D „(Л) (а — 1) где Пнсф (тг, /.) — деполяризационпое о-,ношение в сигнале обратного рассеяния (угол л) при длине волны излучения Х, для несферических частиц в эталонной взвеси;

Лс,„ (л, Х) — деполяризационное отношение для исследуемой смеси; а — отношение интенсивностей параллельно-поляризован5 ных составляющих рассеянного излучения эталонными взвесями для сферических и несферических частиц.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CIIIA № 3724952, кл. 356 — 103, опу блик. 1973.

2. Sassen К. «Depolarisation of laser

light backscattered by Artijicial Clouds»

Арре, Heteor, 1974, v 13, №8, рр. 923—

933 (прототип).