DE1931631A1

DE1931631A1 - Vorrichtung zur schnellen Groessenbestimmung von Koernern auf optischem Wege

Info

Publication number: DE1931631A1
Application number: DE19691931631
Authority: DE
Inventors: Buhlmann Dipl-Ing Siegfried; Grebe Dr-Ing Wolfgang
Original assignee: BUHLMANN DIPL ING SIEGFRIED; GREBE DR ING WOLFGANG
Current assignee: BUHLMANN DIPL ING SIEGFRIED; GREBE DR ING WOLFGANG
Priority date: 1969-06-21
Filing date: 1969-06-21
Publication date: 1971-01-07

Description

Vorrichtung zur schnellen Größenbestimmung von Körnern auf optischem Wege Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen Größenbestimmung von Körnern auf optischem Wege, bei der die zu untersuchenden Körner in den von Licht angestrahlten Brennpunkt eines Spiegels gebracht und bei der die Gesamtmenge des von dem einzelnen Korn reflektierten und ges treuten Lichtes als Maß für die Größe des Kornes dient.
Derartige Vorrichtungen sind bereits bekannt (vgl. Bausch & Lomb Aerosol Dust Counting System). Dabei wird das Licht einer Lichtquelle durch ein Linsensystem im Brennpunkt eines Parabolspiegels fokussiert. Die zu untersuchenden Körner werden senkrecht zum Strahlengang durch den Brennpunkt des Parabolspiegels bewegt, wobei das von dem jeweils angestrahlten Korn ausgesandte Streulicht vom Hohlspiegel gesammelt über eine Linse einer Lichtmesseinrichtung zugeführt wird. Diese registriert einen Impuls entsprechender Spannung, die ein Maß für die Größe des Jeweiligen Kornes seinsoll.
Da der Parabolspiegel auf Grund seiner Geometrie nur eine begrenzte Erfassung der Kornoberfläche gestattet, so daß ein wesentlicher Teil des gestreuten und reflektierten Lichtes vom Spiegel gar nicht aufgefangen werden kann, vielmehr nur ein Bruchteil des Streulichtes erfaßt wird, können sich bei der dadurch bedingten im wesentlichen flächigen Betrachtung der Körner in Abhängigkeit von der Jeweiligen Form, Oberfläche und Lage der einzelnen Körner sehr beachtliche Meßfehler ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mängel der bekannten Vorrichtung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Spiegel als Ellipsoid ausgebildet it, @, in dessen einen vom Licht angestrahlten Brennpunkt nacheinander die zu untersuchenden Körner gebracht werden und in dessen anderen Brennpunkt die Gesamtmenge des von dem angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten Lichtes gesammelt wird.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird es möglich, die gesamte, ringsum von dem angestrahlten Korn reflektierte Lichtmenge zu messen, wobei in jedem Fall unabhängig von der jeweiligen Lage des einzelnen Kornes dessen Form und Oberflächengestaltung in vollem tZaße bei der Messung erfaßt werden.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung werden bei der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erörtert.
Das teilweise aufgeschnitten gezeichnete Ellipsoid 1, das innen verspiegelt ist, weist die beiden Brennpunkte F1 und F2 auf. Im Brennpunkt P1 treffen die durch die Eintrittsöffnungen 4, 4', 4 " hereinfallenden Lichtstrahlen auf die durch die Röhre 3 durch Druck oder Unterdruck oder freien Fall bewegten zu untersuchenden Körner. Dabei ist durch eine nicht dargestellte Einrichtung, z.B. einen Rüttelmechanismus, dafür gesorgt, daß die zu untersuchenden Körner immer einzeln nacheinander zum Brennpunkt Pl gebracht und dann weiterbefördert werden. Dabei kann Je nach der Korngröße mit verschieden großen Geschwindigtaiten gearbeitet werden, z.B. 50 mpro sec.
Alle von einem in den Brennpunkt P1 gebrachten Korn reflektierten Lichtstrahlen werden an der verspiegelteü Innenwandung des Ellipsoids 1 noehmals reflektiert und swar alle in den zweiten Brennpunkt F2 des Ellipsoids. In dem Ausführungsbeispiel sind zwei Strahlen 9 und 10 in ihrem Verlauf durch -.Hinien eingeichnet. Zum Sammein des gesanten reflektierten und gestreuten Lichtes kann im Brennpunkt F2 eine Kupel, z.B. eine Hattglaskugel, 6, vorgesehen sein, die durch einen Lichtleiter 7 mit einer außerhalb des Ellipsoids 1 vorgesehenen Lichtmeßeinrichtung verbunden seIn kann. Dabei kann der Lichtleiter 7 gleichzeitis auch als Halterung für die Kugel 6 im Inneren des Eillipsoids dienen.
Es ist aber auch möglich, im zweiten Brennpunkt F2 eine Kufel vorsusehen, deren Oberfläche bereits als fotoelektrisches Hiement wirkt, so daß die zur Auswertung der Messung erforderlichen elektrischen Impulse bereits hier zur Verfügung stehen.
Die Verwendung einer Kugel C im Ereunrunkt F2 hat den Vorteil, daß in dieser Kugel, in der das Streulicht von der gesamten @ierfiäche des belcuchteten Kornes gesammelt wird, bereits ein Mitielwert der Lichtintensität gelildet wird, der der Lichtmesseinrichtung @ nugeführt @ird.
Bei den aussumessenden Körnern handelt es sich im allgemeinen um solche, die aus nach statistischen Gesetren vcrlaufenden Zerkleinerungsprozessen stammen; die Körner weisen daher weder eine einheitliche Form, wie etwa Kugeln, noch etwa dieselbe Größe auf. Bei einer Korngrößenbestimmung mit liilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Körner einer Materialprobe sowohl nach ihrer Zahl als auch nach ihrer Größe erfaßt. Die dabei in der Lichtmesseinrichtung 8 gewonnenen einselnen Impulse entsprechend den einzelnen untersuchten Körnern werden über z.E. aus der Kerntechnik bekannte Impulshöhen-Analysatoren in eine Verteilungskurve der Korngrößen umgesetzt.
Die Messung von Korngrößen bis im Durchmesser kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem gasförmigen Medium erfolgen; für feinere Körner kann man einfacher in flüssigen Suspensionen arbeiten. Nachstehend werden noch einige weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erörtert: Die in den Brennpunkt Fl des Ellipsoids gebrachten Körner bewegen sich auf einer Geraden, die so gelegt ist, daß sie nicht den anderen Brennpunkt F2 des Ellipsoids schneidet, und daß sie etwa senkrecht zur großen Hauptachse Fi - F2 des Ellipsoids verläuft. Die Körner 2 können dabei im Ellipsoid in einem undurchsichtigen Röhrchen geführt sein, das bei Verwendung eines gasförmigen Mediums in der Nähe des Brennpunktes Fl unterbrochen ist. Es kann aber auch ein durchsichtiges nichtunterbrochenes Röhrchen verwendet werden.
In der Wandung des Ellipsoids 1 ist mindestens eine Lichteintrittsöffnung 4 vorgesehen, durch die ein auf den Brennpunkt Fl gerichteter Lichtstrahl. zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner in das Innere des Ellipsoids geworfen wird. Es ist vorteilhaft, wenn der Lichtstrahl möglichst parallelisiert und gebündelt ist, wie z.B. ein Laserstrahl.
Diametral gegenüber der Lichteintrittsöffnung 4 ist eine Lichtaustrittsöffnung 5, die als Lichtfalle ausgebildet sein kann, in der Wandung des Ellipsoids 1 vorgesehen.
Die Lichtstrahlen, die nicht auf ein Korn 2 fallen, werden also von der Innenwandung des Ellipsoids nicht reflektiert und geben somit keinen Anlaß zu Fehlmessungen.
Die durch den einen Brennpunkt Fi des Ellipsoids geführte Verbindungsgerade zwischen der Lichteintrittsöffnung 4 und der Lichtaustrittsöffnung 5 ist derart gelegt, daß sie nicht den anderen Brennpunkt F2 des Ellipsoids schneidet. Es kann also kein Licht zum Brennpunkt F2 gelangen, ohne daß es am Korn reflektiert wurde. Es ist vielmehr vorteilhaft, wenn die Verbindungsgerade 4 - F1 - 5 etwa unter 45 ° gegen die große Hauptachse F1 - F2 des Ellipsolds 1 geneigt ist.
Wie im Ausführungsbeispiel gezeigt ist, können zur Erhöhung der Streulicht-Intensität drei auf den Brennpunkt F1 gerichtete Lichtstrahlen zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner vorgesehen werden, deren Achsen vorteilhaft senkrecht aufeinander stehen und gegen die große Hauptachse Pl - F2 des Ellipsoids 1 etwa unter 450 geneigt sind. Auch in diesem Fall wird die das Streulicht sammelnde Kugel 6 in keiner Weise- direkt, d.h. unreflektiert, von einem Lichtstrahl der Lichtquelle getroffen. Es können aber auch zur noch weiteren Erhöhung der Streulicht-Intensität mehr als drei Lichtstrahlen, dçh. beliebig viele, zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner vorgesehen werden, wobei die Lichtstrahlen sogar auch gegenläufig sein können, d.h. daß die Lichtaustrittsöffnungen zugleich auch als Eintrittsöffnungen für weitere Lichtstrahlen dienen.

Claims

Patentansprüche

(1.) Vorrichtung zur schnellen Größenbestimmung von Körnern auf optischem Wege, bei der die zu untersuchenden Körner in den von Licht angestrahlten Brennpunkt eines Spiegels gebracht und bei der die Gesamtmenge des von dem einzelnen Korn reflektierten und gestreuten Lichtes als Maß für die Größe des Kornes dient, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel als Ellipsoid (1) ausgebildet ist, in dessen e-inen von Licht angestrahlten Brennpunkt (F1) nacheinander die auszumessenden Körner (2) gebracht werden und in dessen anderen Brennpunkt (F2) die Gesamtmenge des von dem angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten Lichtes gesammelt wird.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 15 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu untersuchenden Körner durch Druck, Unterdruck oder z.B. durch freien Fall in den einen Brennpunkt (21) gebracht werden.
3. Vorrichtung nach den Patentanspruchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in den einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) gebrachten Körner sich auf einer Geraden bewegen, die so gelegt ist, daß sie nicht den anderen Brennpunkt (F2) des Ellipsoids schneidet.
4. Vorrichtung nach Pstentanspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gerade möglichst senkrecht zur großen Hauptachse (F1-F2) des Ellipsoids yerläuft.
5. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu untersuchenden Körner im Ellipsoid in einem nichtunterbrochenen durchsichtigen Röhrchen geführt sind.
6. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die zu untersuchenden Körner im Ellipsoid (1) in einem undurchsichtigen Röhrchen (3) geführt sind, das in der Nähe des Brennpunktes (F1) des Ellipsoids (1) unterbrochen ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Ellipsoids (-1) mindestens eine Öffnung (Lichteintrittsöffnung 4) vorgesehen ist, durch die ein Lichtstrahl zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner in das Innere des Ellipsoids (1) geworfen wird.
8. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl möglichst parallelisiert und gen delt ist, s.B wie bei einem Laserstrahl.
9. Vorrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diametral gegenüber der Lichteintrittsöffnung (4) eine Lichtaustrittsöffnung (5) in der Wandung des Ellipsoids (1) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß die Lichtaustrittsöffnung (5) als Lichtfalle ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsöffnung für den einen Lichtstrahl zugleich auch Lichteintrittsöffnung für einen gegenläufigen Lichtstrahl ist.
12. Vorrichtung nach Patentanspruch 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) geführte Verbindungsgerade zwischen der ti-chteintrittsöffnung (4) und der Lichtaustrittsöffnung (5) derart gelegt ist, daß sie nicht den anderen Brennpunkt (22) des Ellipsoids (1) schneidet.
13. Vorrichtung nach Patentanspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß die Verbindungsgerade (4 - F1 - 5) etwa unter 450 gegen die große Hauptachse (F1 - F2) des Ellipsoids (1) geneigt ist.
14. Vorrichtung nach Patentanspruch 7 bis 12, d a d u r c h g e k e -n n z e i c h n e t , daß zur Anstrahlung der zu untersuchenden Körner drei Lichtstrahlen (4 - 5 4' - 5', 4" - 5") vorgesehen sind, deren Achsen senkrecht aufeinander stehen und gegen die große Hauptachse (F1 - F2) des Ellipsoids (1) etwa unter 450 geneigt sind.
15. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zum Sammeln des von einem im einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten und dann von der Innenwandung des Ellipsoids nochmals reflektierten Lichtes im zweiten Brennpunkt (F2) des Ellipsoids eine Kugel (6) aus Mattglas vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Sammeln des von einem im einen Brennpunkt (F1) des Ellipsoids (1) angestrahlten Korn reflektierten und gestreuten und dann von der Innenwandung des Ellipsoids nochmals reflektierten Lichtes im zweiten Brennpunkt (F2) des Ellipsoids eine Kugel vorgesehen ist, deren Oberfläche als fotoelektrisches Element wirkt.
170 Vorrichtung nach Patentanspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (6) durch einen Lichtleiter (7) mit einer außerhalb des Ellipsoids (1) vorgesehenen Lichtmesseinrichtung, z.B. Fotozelle (8), verbunden ist0
18. Vorrichtung nach Patentanspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (7) gleichzeitig als Halterung für die Kugel (&) dient.

L e e r s e i t e