Устройство для определения скоростей и размеров движущихся частиц

Устройство для определения скоростей и размеров движущихся частиц

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к измерительной технике, точнее - к устройствам для измерения скоростей и размеров частиц, и может быть использовано в том случае, если необходимо одновременное измерение двух указанных параметров при размерах частиц более 0,25 мм. Сущность: устройство снабжено дополнительно двумя фотоприемниками, усилителями 4, 5, компараторами 7, 8, ждущими мультивибраторами 9 и 10 и аналоговыми ключами 11, 12, один из фотоприемников имеет круговую форму фоточувствительной площадки, другой - форму кольцевого сектора, диаметр кольцевой площадки и ширину кольцевого сектора выбирают в 2-10 раз меньше среднего диаметра измеряемых частиц Dc. расстояние между центром круговой площадки рабочим фотоприемником - R2 в 20-200 раз превышающее DC, промежуточный кольцевой сектор расположен на расстоянии RI, равном 0,3 Rz - -0.9R2 от центра круговой площадки, угловая ширина кольцевого сектора равна углу, в пределах которого необходимо измерять параметры движущихся частиц (в предельном случае 180°), угловая ширина рабочего фотоприемника выбрана в пределах (Т...2) arctg(DH/Ri), где DM - максимальный диаметр измеряемых частиц. 3 ил.. / С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 0 01 В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4892384/28 (22) 19.12.90 (46) 15.04,93. Бюл. ¹ 14 (71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) Д.В.Кизеветтер, М.ЯЛитвак и В.И.Малюгин (56) I. Wang D. Ji churor, Particle sige measurement 1981, 20, ¹ 8, р. 1367-1373. АррИеб

Optics, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СКОРОСТЕЙ И РАЗМЕРОВ ДВИЖУЩИХСЯ

ЧАСТИЦ (57) Использование; изобретение относится к измерительной технике, точнее — к устройствам для измерения скоростей и размеров частиц, и может быть использовано в том случае, если необходимо одновременное измерение двух указанных параметров при размерах частиц более 0,25 мм. Сущность: устройство снабжено дополнительно двумя

Изобретение относится к измерительной технике, точнее к устройствам.для измерения скоростей и размеров частиц, и может быть использовано в том случае, если необходимо одновременное измерение этих двух параметров и размеры частиц более

0,25 мм.

Целью изобретения является увеличение точности измерения размеров и скоростей частиц, На фиг. 1 представлена форма фоточувствительных элементов; на фиг. 2 — структурная схема заявляемого устройства; на фиг. 3 — эпюры напряжений в различных точках устройства.

„„Я2„„18О9303 А1 фотоприемниками, усилителями 4, 5, компараторами 7, 8, ждущими мультивибраторами 9 и 10 и аналоговыми ключами 11, 12, один из фотоприемников имеет круговую форму фоточувствительной площадки, другой — форму кольцевого сектора, диаметр кольцевой площадки и ширину кольцевого сектора выбирают в 2 — 10 раз меньше среднего диаметра измеряемых частиц D,, расстояние между центром круговой площадки рабочим фотоприемником — Rz в 20 — 200 раз превышающее Dc, промежуточный кольцевой сектор расположен на расстоянии R<, равном 0,3 Rz — -0,9Rz от центра круговой площадки, угловая ширина кольцевого сектора равна углу, в пределах которого необходимо измерять параметры движущихся частиц (в предельном случае 180 ), угловая ширина рабочего фотоприемника выбрана в пределах (T...2) arctg(D<),>

Устройство состоит из трех фотоприемников, Первый имеет круговую форму фоточувствительного электрода, второй— форму кольцевого сектора с радиусами R< и Rz соответственно. Электрическая часть устройства состоит из двух усилителей 4, 5; одного суммиру|ощего усилителя 6; двух компараторов 7, 8; двух ждущих мультивибраторов 9, 10; двух аналоговых ключей

11, 12 и блока обработки 13.

Принцип работы устройства следую. щий, Изображение движущихся частиц (или их тень, что зависит от методики измерения) последовательно пересекает различные фотоприемники. Назначением электрической

1809303 части устройства является усиление и фильтрация электрических импульсов таким образом, чтобы на выходе устройства формировался полезный сигнал только в том случае, если траектория движения частицы такова, что ее изображение последовательно пересекает фотоприемник 1, а затем фотоприемник 2, Геометрическое расположение фоточувствительных элементов таково, что в этом случае иэображение обязательно пересекает и фотоприемник 3 не задевает за его края, так как траекторию движения частиц в пределах фотоприемника можно считать линейной, Таким образом исключаются ошибки измерений, связанные с пересечением краев рабочего фотоприемника (ФП). Рассмотрим это более подробно. Для того, чтобы можно было считать траекторию движения изображения проходящей через точку, соответствующую второму ФП, размер фотоприемника 1 должен быть меньше диаметра измеряемых частиц. Однако при слишком маленьком диаметре фотоприемника на выходе устройства будет слишком маленький электрический сигнал, что затруднит измерения.

Поэтому приемлемыми значениями диаметра кругового электрода является величина

0,5...0,1 от среднего диаметра измеряемых частиц (то есть в 2 — 10 раз меньше). Рассто яние от фотоприемника 1 до рабочего фотоприемника 3 (радиус В2) выбирают из следующих соображений. VeM больше величина Rz, тем точнее допущение, что изображение частиц пресекает рабочий ФП по радиусу. Соответственно точнее измерение скорости частицы. Однако при больших величинах Rz увеличивается вероятность попадания изображения другой частицы, возможно пересекающих края ФП 3, То есть также возрастает вероятность ошибки. Если исходить из точности определения скорости

1-77 „то приемлемыми значениями является величина Rz в 20-200 раз превышающая средний диаметр измеряемых частиц. Фоточувствительный элемент 2 может быть расположен вблизи ФП 3, однако из-за электрических задержек при работе компаpampa расстояние R> не желательно выбирать более 0,8 Rz, иначе может быть не зафиксировано начало импульса. При уменьшении R> ухудшается угловая селекция, поэтому R> выбрано в пределах

0,3 Rz- 0,9 Rz, Угловая ширина рабочего фотоприемника выбрана равной

arctg(D /Я1), где D — максимальный диаметр измеряемых частиц, При меньшем значении угловой ширины могут появиться

° частицы, задевающие за край рабочего фотоприемника, а при большей — ухудшаются шумовые свойства фотоприемника, так как увеличивается его площадь. Соответственно пределами являются 1„,2 or arctg(DM/R ), 5 Угол, в пределах которого регистрируются частицы, приближенно равен pi.

Электрическая часть схемы работает следующим образом.

Если изображение движущейся частицы пересекает ФП 1, то на выходе усилителя

4 формируется импульс положительной rioлярности. Компаратор 7, настроенный на заданный уровень срабатывания, формирует импульсный сигнал (фиг. 3), запускающий ждущий мультивибратор 9 (ЖМВ). При этом открывается аналоговый ключ 11, позволяющий сигналу с выхода усилителя фототока второго канала 5 попасть на вход компаратора 8. Если же траектория движения частицы такова, что ее изображение пересекает первый фотоприемник, но не пересекает второй, то импульсный сигнал на вход компаратора 8 не поступает, и через некоторое время ЖМВ 9 закрывает аналоговый ключ

11, Независимо от того, пересекает далее изображение какой-либо частицы фотоприемник 3 или нет, на выходе устройства будет нулевой сигнал, так как аналоговый ключ 12 остается закрытым, Если же изображение

30 частицы пересекает ФП 2, то компаратор 8 формирует сигнал, запускающий ЖМВ 10.

При этом аналоговый ключ 11 закрывается, а 12 — открывается, что позволяет пройти полезному сигналу с выхода усилителя-сум35 матора 6 на выход устройства.

Устройство длю опробовано на экспериментальных моделях: в лабораторных условиях с использованием капельного устройства и в условиях натурного экспери40 мента с использованием промышленного разбрызгивающего сопла ЦО-85 при давлениях 0,1 — 0,15 МПа в различных точках факела разбрызгивания. Изображение капель формировалось в параллельном световом

45 пучке. Радиус рабочего фотоприемника70 мм. Размеры дополнительных элементов

1,2 соответствовали формуле изобретения

В связи с тем, что динамический диапазон рабочего фотоприемника, позволял изме

50 рять размеры частиц в пределах -1...5 мм, а скорости — ч-0,5-15 м/с, диаметр элемента 1 был выбран 2 мм, толщина элемента

2-1,5 мм, угол р1 = 15", Длительность импульса ждущего мультивибратора 9 (при отсутствии принудительного сброса) — около

100 мс, длительность импульса ЖМВ 10— около 200 мс. В конструкции устройства имелась возможность регулировать длительность импульсов и уровни срабаты.

1809303.вания компараторов, При работе в лабораторных условиях с одиночными каплями, создаваемыми капельным устройством, все электрические импульсы соответствовали указанным выше. Сбоев в работе устройства обнаружено не было. При работе с капельным потоком высокой плотности от разбрызгивающего устройства ЦО-85 вероятность ошибки, вызванной пересечением изображения капли бокового края рабочего фотоприемника уменьшалась в

20 — 100 раз. Соответственно в 2-5 раз увеличилась точность измерений.

Устройство может использоваться не только с прототипом, но и с любыми другими устройствами корреляционного и тенеВого типа, Формула изобретения

Устройство для определения скоростей и размеров движущихся частиц. содержащее фотоприемный блок и схему обработки сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности измерений за счет пространственной селекции, оно снабжено первым и вторым дополнительными фотоприемниками, схема обработки сигнала выполнена в виде последовательно соединенных первого усилителя, первого компаратора и первого ждущего мультивибратора, последовательно соединенных второго усилителя, первого аналогового

5 ключа, второго компаратора, второго ждущего мультивибратора и второго аналогового ключа, третьего усилителя, выход первого ждущего мультивибратора соединен с вторым входом первого аналогового ключа, его

10 вход — с вторым выходом второго компаратора, выход второго аналогового ключа является выходом схемы обработки сигнала, фотоприемный блок выполнен в виде трех фотоприемников, первый из которых выпол15 нен в виде круговой площадки, второй и третий — в виде концентрически размещен. ных на расстоянии R> и В относительно первого фотоприемника кольцевых секторов, диаметр круговой площадки первого

20 фотоприемника и угловую ширину h кольцевого сектора второго фотоприемника выби рают в 2-10 раз меНьше среднего размера измеряемых частиц. расстояние Rz удовлетворяет соотношение Rz= 10-500h, входы

25 первого, второго и третьего усилителей тока соединены соответственно с выходами первого, второго и третьего фотоприемни ков.

1809303

Pug, 2

ВБ» ° 7 н», в вы». хо ъ, дг

cm. 3

Составитель Д.Кизеветтер

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор .М.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор Т.Пигина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101, Заказ 1279 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская н4б., 4/5