[發(fā)明專利]一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監(jiān)測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410323660.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN104089928A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金輝;包士然;邱利民;張小斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/45
• 分類號(hào): G01N21/45
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及低溫流體流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)

低溫液體(比如液氧、液氮等)是非常重要的商品，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)以及航天軍工等領(lǐng)域。目前對(duì)低溫流體的研究，由于涉及到密封、絕熱等關(guān)鍵問(wèn)題，尚缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流體行為的有效方法。

非接觸式的低溫流體可視化監(jiān)測(cè)裝置對(duì)于研究低溫流體流動(dòng)狀態(tài)、干擾影響以及傳熱傳質(zhì)過(guò)程有著重要意義。借助該實(shí)驗(yàn)裝置，可以利用激光干涉法獲得流體面濃度分布而對(duì)流體本身沒(méi)有任何影響，從而準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)可視化監(jiān)測(cè)其行為特性。對(duì)于低溫流體實(shí)驗(yàn)裝置，其絕熱性能極其重要，而真空是唯一滿足絕熱要求的方法。該裝置不僅要選擇合適的耐低溫透明材料與裝置主體良好密封，還得達(dá)到定量監(jiān)測(cè)流體行為的目的，這些都給設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。尤其是透明有機(jī)玻璃與流道主體金屬材料熱膨脹系數(shù)相差較大，在同時(shí)接觸低溫流體時(shí)，收縮不同可能使密封性能變差；而當(dāng)有機(jī)玻璃內(nèi)表面與流道不能持平時(shí)，可能造成湍流混淆測(cè)量結(jié)果。目前對(duì)于低溫流體的濃度測(cè)量,多采用取樣法,不僅會(huì)對(duì)流體本身產(chǎn)生一定的干擾,而且無(wú)法獲取大范圍的面信息。因此，需要一種適用于低溫環(huán)境、能夠保證絕熱性能且對(duì)流體本身沒(méi)有影響的可視化監(jiān)測(cè)裝置。

現(xiàn)有的技術(shù)中，已有針對(duì)低溫流體的可視化實(shí)驗(yàn)裝置。申請(qǐng)公布號(hào)為CN102333186A的專利文獻(xiàn)公開了一種耐高低溫的攝像監(jiān)視裝置，包括：外筒、波紋管內(nèi)筒、外視鏡法蘭、內(nèi)視鏡法蘭、固定端蓋焊接法蘭、第一真空雙層玻璃視鏡、電加熱絲、LED照明燈、攝像頭、進(jìn)氣管、回氣管、真空管、環(huán)形散流圈、氣密性航空接插件、第一KF接頭、第二KF接頭、第三KF接頭、絕熱支撐，第一無(wú)氧銅密封圈、第二無(wú)氧銅密封圈、第三無(wú)氧銅密封圈、螺栓和第二真空雙層玻璃視鏡，外筒與內(nèi)筒之間采用真空多層絕熱的保溫措施，當(dāng)外部環(huán)境工況為高溫工況時(shí)采用氮?dú)饫鋮s，當(dāng)外部環(huán)境工況為低溫工況時(shí)采用主動(dòng)加熱補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)在高低溫環(huán)境下攝像監(jiān)視及照明設(shè)備正常工作。但是該裝置僅適合于觀察靜態(tài)的低溫介質(zhì)，并不能滿足觀察低溫流體流態(tài)變化的要求。

申請(qǐng)公布號(hào)為CN103728193A的專利文獻(xiàn)公開了一種可視化小型流體汽蝕測(cè)試裝置，包括可視化測(cè)試單元以及向該可視化測(cè)試單元提供測(cè)試介質(zhì)的供液?jiǎn)卧凰隹梢暬瘻y(cè)試單元包括：真空箱；位于真空箱內(nèi)的汽蝕部件；位于真空箱內(nèi)用于采集汽蝕部件實(shí)時(shí)圖像的攝像機(jī)；位于真空箱內(nèi)用于采集測(cè)試介質(zhì)流量的流量計(jì)。所述供液?jiǎn)卧ǎ簻y(cè)試介質(zhì)儲(chǔ)罐；壓力源；連通在測(cè)試介質(zhì)儲(chǔ)罐和壓力源之間的導(dǎo)氣管；連通在測(cè)試介質(zhì)儲(chǔ)罐和汽蝕部件之間的輸液管。該專利文獻(xiàn)絕熱效果好，性能穩(wěn)定，可供實(shí)驗(yàn)人員在普通實(shí)驗(yàn)室使用。但是該專利文獻(xiàn)公開的裝置，攝像機(jī)設(shè)置在真空箱的內(nèi)部，導(dǎo)致整個(gè)真空箱體積較大，且在實(shí)驗(yàn)時(shí)，攝像機(jī)在真空箱內(nèi)，不能很好的對(duì)攝像機(jī)的位置姿勢(shì)等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監(jiān)測(cè)裝置。解決了現(xiàn)有技術(shù)不能滿足觀察低溫流體流態(tài)變化的問(wèn)題，以及攝像機(jī)設(shè)置在真空箱內(nèi)導(dǎo)致真空箱體積較大，且試驗(yàn)時(shí)不能對(duì)攝像機(jī)的位置、姿勢(shì)等進(jìn)行調(diào)節(jié)的問(wèn)題。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監(jiān)測(cè)裝置，包括真空箱以及布置在真空箱內(nèi)用于通過(guò)低溫流體的測(cè)試管，所述測(cè)試管具有兩個(gè)用于觀察測(cè)試管內(nèi)部低溫流體的內(nèi)光窗玻璃，兩個(gè)內(nèi)光窗玻璃關(guān)于測(cè)試管軸線對(duì)稱布置，所述真空箱與兩個(gè)內(nèi)光窗玻璃對(duì)應(yīng)位置處分別設(shè)有一觀察口，各觀察口上均安裝有外光窗玻璃，所述裝置還包括設(shè)置在真空箱外側(cè)的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，所述光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)包括：

激光發(fā)射器，用于發(fā)射激光；

擴(kuò)束鏡，用于將來(lái)自激光發(fā)射器的激光變?yōu)閿U(kuò)束光；

準(zhǔn)直透鏡，用于將擴(kuò)束鏡出來(lái)的擴(kuò)束光變?yōu)槠叫泄猓?!-- SIPO -->

分光鏡，用于將所述平行光分為第一光線和第二光線；

第一反射鏡；用于接收第一光線，形成第一反射光線；

第二反射鏡；與分光鏡分處在真空箱兩側(cè)，用于接收貫穿各內(nèi)、外光窗玻璃后的第二光線，形成第二反射光線，該第二反射光線與所述第一反射光線在分光鏡處形成干涉光；

幕布，用于接收所述干涉光；

攝像機(jī)，用于拍攝所述干涉光在幕布上的成像。

本發(fā)明所述的低溫流體沒(méi)有具體溫度限制，既可以理解為普通低溫流體，也可以理解為深低溫流體，即溫度非常低的液體，如液氮、液氧、液氦等。