Нефелометр прозрачномер

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Кугейко Михаил Михайлович Лысенко Сергей Александрович Кваченок Сергей Владимирович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Нефелометр-прозрачномер, содержащий источник света, два фотоприемника, систему формирования светового потока, устройство вращения, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены блок управления посылкой светового излучения, блок регистрации, обработки и хранения измерительной информации и второй источник излучения, причем первый и второй источники расположены противоположно соответствующим им фотоприемникам, источники соединены с блоком управления посылки излучения и снабжены, как и фотоприемники, собственными системами формирования светового потока, система вращения обеспечивает синхронный поворот противоположно расположенных источника и фотоприемника, а выходы фотоприемников соединены с блоком регистрации, обработки и хранения измерительной информации.(56) 1. Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред. - Мн. Наука и техника, 1969. - С. 440, 469. 2. Воропай Е.С., Торпачев П.А. Техника фотометрии высокого амплитудного разрешения. - Мн. Университетское, 1988. - 205 с. 3. А.с. СССР 521504, МПК 01 21/24, 1974. 40042007.10.30 Полезная модель относится к области аналитического приборостроения и может быть использована в фотометрии, метеорологии, гидрологии, медицине, экологии и т.п. для создания приборов и систем, основанных на базисных и нефелометрических измерениях оптических характеристик рассеивающих сред. Характеристики рассеивающих сред, такие как индикатриса рассеяния, коэффициенты рассеяния под углом, измеряются с помощью нефелометров, а коэффициенты поглощения, рассеяния, ослабления, прозрачность - с помощью прозрачномеров. Известны пространственный и локальный способы измерения угловых характеристик рассеяния и устройства (нефелометры) на их основе 1. Прозрачномеры же основаны на базисном методе 1, сущность которого состоит в измерении ослабления света при распространении в рассеивающей среде. Известны одноканальные и двухканальные схемы прозрачномеров 2. Достоинством двухканальных является возможность устранения погрешностей, обусловленных нестабильностью использованных источников излучения. Недостатком известных нефелометров, прозрачномеров является необходимость проведения калибровочных работ, являющихся в большинстве случаев трудоемкими. Кроме того, в ряде задач требуется одновременно определять как угловые характеристики рассеивающей среды, так и ее прозрачность, однозначно связанную с коэффициентами ослабления. Решают данную задачу устройства, называемые нефелометрами-прозрачномерами. Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является нефелометр-прозрачномер 3, содержащий источник света, оптическую систему формирования светового потока,модулятор, снабженный средством для вращения, иллюминатор, отражающее сферическое зеркало, фотоприемники, диафрагму и конический световод. К недостаткам данного нефелеметра-прозрачномера относится наличие методических погрешностей, обусловленных нестабильностью аппаратурных констант приемников, источников излучения, изменениями в окружающей среде, загрязнениями оптических элементов. Требуется и проведение частых калибровочных измерений с использованием соответствующих эталонов,что, в свою очередь, затрудняет автоматизацию проведения измерений. В предлагаемой полезной модели при одновременном определении угловых характеристик и прозрачности решается задача повышения точности измерения угловых характеристик рассеяния (индикатрисы рассеяния, коэффициентов рассеяния под углом) за счет устранения методических погрешностей, обусловленных нестабильностью аппаратурных констант источников, приемников излучения, окружающей среды, загрязнениями оптики,упрощения калибровочных измерений за счет исключения использования эталонных средств. Поставленная задача решается тем, что в нефелометр-прозрачномер, содержащий источник света, два фотоприемника, систему формирования светового потока, устройство вращения, дополнительно введены блок управления посылкой светового излучения, блок регистрации, обработки и хранения измерительной информации и второй источник излучения, причем первый и второй источники расположены противоположно соответствующим им фотоприемникам, источники соединены с блоком управления посылки излучения и снабжены, как и фотоприемники, собственными системами формирования светового потока, система вращения обеспечивает синхронный поворот противоположно расположенных источника и фотоприемника, а выходы фотоприемников соединены с блоком регистрации, обработки и хранения измерительной информации. Блок-схема предлагаемого нефелометра-прозрачномера приведена на чертеже. Включает источники И 1 и И 2, приемники П 1 и П 2, блок управления посылки излучения 3, устройство вращения 4, формирователи световых потоков 5, блок регистрации, обработки и хранения измерительной информации 6. Работает следующим образом. Источниками И 1 и И 2 попеременно по сигналам, поступающим с блока управления 3, посылаются световые потоки в исследуемую рассеивающую среду (в точку ). Часть излучения в точкерассеивается в направлении прием 2 40042007.10.30 ника П 2, расположенного под угломк направлению посылки излучения, часть проходит на приемник П 1, расположенный противоположно, и регистрируется блоком 6. Формирователи 5 обеспечивают регистрацию световых потоков с единицы длины рассеивающей трассы в единицу телесного угла. При посылке источником И 1 (из точки 1) светового излучения на приемниках П 1 (в точке 4) и П 2 (в точке 3) регистрируются соответственно сигналы (14) и( 1 ,,3 )10123 ( 1 ,)( ,3 ) ,где 01 - мощность излучения источника И 1 1, 2, 3, 4 - соответственно аппаратурные константы формирователей световых потоков в точках 1, 2, 3 и 4 А 1 и А 2 - аппаратурные константы соответственно приемников П 1 и П 2 Т - прозрачности участков 14, ,3 соответственно. При посылке источником И 2 (из точки 2) светового излучения на приемниках П 2 (в точке 3) и П 1 (в точке 4) регистрируются соответственно сигналы (23) и где Р 02 - мощность излучения источника И 2 Т - прозрачности участков 2 ,33, ,4 соответственно. Из (1) и (2) легко получить следующее выражение для(коэффициента рассеяния под углом )(1 ,,4 )(2 ,,3 ) Вычисление и хранениеосуществляются в блоке 6. Синхронный поворот противоположно расположенных источника и приемника изменяет угол . Например, при нахождении источника И 1 и приемника П 1 соответственно в точках 1 и 4 (соответствует пунктирным линиям на рисунке) угол рассеяния равен , и коэффициент рассеяния под угломравен(1,,4 ) (2 ,,3 ) Как в (3), так и в (4) отсутствуют аппаратурные константы Р 01, Р 02, 1, 2, 3, 4, А 1, А 2,что говорит о том что изменения данных констант не влияют на значения , т.е. нестабильность аппаратурных констант источников, приемников, формирователей потока не сказывается на результате измерений, а значит, исключаются и методические погрешности, обусловленные данными факторами. Поскольку константы А 1, А 2, Р 01, Р 02 включают и степень загрязнения оптических элементов источников и приемников, то в данной схеме их загрязнения также не будут сказываться на результате измерений . Не влияет на результат измерений в рассеивающем объеме (точка ) и окружающая среда, поскольку, как видно из (2) и (3), выражения для Т, которые характеризуют прозрачность участков в них отсутствуют (,1,2). В известных нефелометрах, прозрачномерах калибровочные измерения проводятся для установления значений аппаратурных констант, используя калибровочные средства,например рассеивающий объем с известным коэффициентом рассеяния под углом. Поскольку (2) и (3) не включают ни аппаратурных констант, ни прозрачностей участков, окружающих рассеивающий объем, то отпадает при этом и необходимость в использовании эталонных средств в калибровочных измерениях. 3 40042007.10.30 По значениям сигналов (14) и (13) можно определить из (1) и (2) также и прозрачности участков 1,4 и 2,3, т.е.(2,3)(2,)(,3)2(23),где С 11/14 Р 01 А 1, С 21/23 Р 02 А 2. Однако, как видно из (5), для определения прозрачности необходимо уже проведение калибровочных измерений. При определении данной характеристики, вследствие только что отмеченного, точность измерения прозрачности с использованием (5) сравнима с точностью прототипа. Так как прозрачность 1,4, 2,3 выражаются через коэффициенты ослабления оптического излученияследующим образом( 2 ,3 )232 то при 4 - 13 - 2 1( ) . 2 Зная , можно определить индикатрису рассеяния исследуемого объемакак Операции по вычислению (1,4), (2,3) итакже выполняются в блоке 6. Так как с использованием предлагаемого нефелометра-прозрачномера значенияизмеряются с исключением методических погрешностей, обусловленных нестабильностью аппаратурных констант источников, приемников, формирователей излучения, окружающей среды, а также загрязнениями оптических элементов, то и при определении индикатрисы рассеяния точность ее получения будет более высокой. Таким образом, предлагаемое устройство при одновременном определении угловых характеристик и прозрачности позволяет повысить точность измерения как коэффициентов рассеяния под разными углами, так и индикатрисы направленного рассеяния. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.