[實用新型]一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監測裝置

有效

• 申請號: 201420375311.1
• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN203981584U
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 張金輝;包士然;邱利民;張小斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本實用新型涉及低溫流體流動實驗裝置，具體涉及一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監測裝置。

背景技術

低溫液體(比如液氧、液氮等)是非常重要的商品，被廣泛應用于鋼鐵工業、化學工業、食品工業以及航天軍工等領域。目前對低溫流體的研究，由于涉及到密封、絕熱等關鍵問題，尚缺乏實時監測流體行為的有效方法。

非接觸式的低溫流體可視化監測裝置對于研究低溫流體流動狀態、干擾影響以及傳熱傳質過程有著重要意義。借助該實驗裝置，可以利用激光干涉法獲得流體面濃度分布而對流體本身沒有任何影響，從而準確地實時可視化監測其行為特性。對于低溫流體實驗裝置，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，還得達到定量監測流體行為的目的，這些都給設計帶來挑戰。尤其是透明有機玻璃與流道主體金屬材料熱膨脹系數相差較大，在同時接觸低溫流體時，收縮不同可能使密封性能變差；而當有機玻璃內表面與流道不能持平時，可能造成湍流混淆測量結果。目前對于低溫流體的濃度測量,多采用取樣法,不僅會對流體本身產生一定的干擾,而且無法獲取大范圍的面信息。因此，需要一種適用于低溫環境、能夠保證絕熱性能且對流體本身沒有影響的可視化監測裝置。

現有的技術中，已有針對低溫流體的可視化實驗裝置。申請公布號為CN102333186A的專利文獻公開了一種耐高低溫的攝像監視裝置，包括：外筒、波紋管內筒、外視鏡法蘭、內視鏡法蘭、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、進氣管、回氣管、真空管、環形散流圈、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，第一無氧銅密封圈、第二無氧銅密封圈、第三無氧銅密封圈、螺栓和第二真空雙層玻璃視鏡，外筒與內筒之間采用真空多層絕熱的保溫措施，當外部環境工況為高溫工況時采用氮氣冷卻，當外部環境工況為低溫工況時采用主動加熱補償，實現在高低溫環境下攝像監視及照明設備正常工作。但是該裝置僅適合于觀察靜態的低溫介質，并不能滿足觀察低溫流體流態變化的要求。

申請公布號為CN103728193A的專利文獻公開了一種可視化小型流體汽蝕測試裝置，包括可視化測試單元以及向該可視化測試單元提供測試介質的供液單元；所述可視化測試單元包括：真空箱；位于真空箱內的汽蝕部件；位于真空箱內用于采集汽蝕部件實時圖像的攝像機；位于真空箱內用于采集測試介質流量的流量計。所述供液單元包括：測試介質儲罐；壓力源；連通在測試介質儲罐和壓力源之間的導氣管；連通在測試介質儲罐和汽蝕部件之間的輸液管。該專利文獻絕熱效果好，性能穩定，可供實驗人員在普通實驗室使用。但是該專利文獻公開的裝置，攝像機設置在真空箱的內部，導致整個真空箱體積較大，且在實驗時，攝像機在真空箱內，不能很好的對攝像機的位置姿勢等進行調節。

實用新型內容

本實用新型針對上述問題，提出了一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監測裝置。解決了現有技術不能滿足觀察低溫流體流態變化的問題，以及攝像機設置在真空箱內導致真空箱體積較大，且試驗時不能對攝像機的位置、姿勢等進行調節的問題。

本實用新型采取的技術方案如下：

一種基于激光干涉法的低溫流體可視化監測裝置，包括真空箱以及布置在真空箱內用于通過低溫流體的測試管，所述測試管具有兩個用于觀察測試管內部低溫流體的內光窗玻璃，兩個內光窗玻璃關于測試管軸線對稱布置，所述真空箱與兩個內光窗玻璃對應位置處分別設有一觀察口，各觀察口上均安裝有外光窗玻璃，所述裝置還包括設置在真空箱外側的光學測量系統，所述光學測量系統包括：

激光發射器，用于發射激光；

擴束鏡，用于將來自激光發射器的激光變為擴束光；

準直透鏡，用于將擴束鏡出來的擴束光變為平行光；

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，用于接收貫穿各內、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，用于拍攝所述干涉光在幕布上的成像。

本實用新型所述的低溫流體沒有具體溫度限制，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。