[實用新型]基于雙波長的散射角自標定全場彩虹測量裝置

有效

• 申請號: 201520498415.6
• 申請日: 2015-07-08
• 公開（公告）號: CN204789239U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 吳學成;岑可法;姜淏予;操凱霖;吳迎春;陳玲紅;邱坤贊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N15/02
• 分類號: G01N15/02;G01N15/06;G01N21/41
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

技術領域

本實用新型涉及氣液兩相流測量領域，具體涉及一種采用雙波長對噴霧液滴的粒徑、折射率、溫度等多參數分布不需要任何特殊標定過程直接測量的全場彩虹測量裝置。

背景技術

液體霧化是能源、化工等工業領域廣泛存在的現象。準確地測量并控制復雜噴霧流場中噴霧液滴的多種參數，對合理的組織噴霧燃燒過程、提高燃燒效率和降低污染物排放具有重要的指導作用。傳統的接觸式測量方法，例如浸液法、跟蹤法、沉降法、凍結法、溶臘法和瞬時取樣法等方法，由于破壞了原有的測量對象或無法深入測量對象的內部參數而難以適應當前的高精度測量需求。而非干擾式的先進光學測量方法，例如激光多普勒測速技術(LDV、LDA)、光散斑測速技術(LSV)、粒子圖像測速技術(PIV、PTV)、雙色激光誘導熒光法(TLIF)、激光誘導磷光法(LIP)、平面激光誘導熒光法(PLIF)等方法均難以實現霧化液滴的粒徑、濃度、組分和溫度等關鍵參數同時、準確、多點的測量。與上述測量技術相比，彩虹測量技術具有同時精確測量霧化液滴粒徑和溫度(或組分)特點，能夠精確實時測量霧化液滴的粒徑、溫度(或成分)分布及其演變規律，對于霧化氣液兩相流機理的揭示具有重要意義。

彩虹測量技術需要在系統建立過程中在目標測量對象的位置進行一次系統標定，即確定測量點處噴霧液滴群發出散射光的絕對散射角度與CCD像素的內在關系。由于彩虹信號的反演結果，如折射率和粒徑分布等參數對散射角度非常敏感，因此標定過程的精度直接決定了彩虹信號反演結果的有效性和精確性。然而，現有的反射鏡標定法和液柱標定法都需額外的人工標定。因此，導致對額外的計量儀器(如旋轉臺、顯微鏡標尺等)精度要求高，操作過程較為復雜，光路稍有改變就需要重新搭建標定系統，難以擴展運用到一維彩虹測量系統，不利于彩虹技術的在線應用。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的缺陷，提供一種基于雙波長的散射角自標定全場彩虹測量裝置。其目的是要提供具備結構簡潔、操作簡便、免額外高精度測量儀器(如傳統反光鏡散射角標定方法中的高精度旋轉臺等)特點的全場彩虹測量裝置。

為解決技術問題，本實用新型提供了一種基于雙波長的散射角自標定全場彩虹測量裝置，包括噴霧發生單元、激光發射單元、信號收集單元和信號處理單元四部分；

所述激光發射單元由三部分組成：

兩個波長不同的半導體激光器，用于產生兩種不同波長的激光束；

調制元件，是一個裝在旋轉位移臺上的分束鏡，用于將兩束不同波長的激光調制成重合為一束的激光；以及

反光鏡臺架系統，用于調節重合為一束的激光光源的入射位置及入射角度，使噴霧液滴粒產生的彩虹信號方向與所述彩虹信號采集單元的主光軸重合；

所述信號收集單元是指：由視場透鏡、小孔光闌和成像透鏡組成的傅里葉成像系統，以及一個彩色CCD芯片；

所述信號處理單元是指，與彩色CCD芯片相連的計算機處理系統，用于計算、分析測量得到的噴霧液滴折射率、粒徑以及濃度、溫度或組分數據。

本實用新型中，所述半導體激光器分別為藍光激光器和紅光激光器，兩臺半導體激光器各自固定在一個旋轉位移臺上；旋轉位移臺的水平位移重復定位精度小于0.005cm，旋轉角分辨率為0.00125°。

本實用新型中，所述視場透鏡及成像透鏡的直徑為80mm～120mm，焦距為100mm～250mm。

本實用新型中，所述彩色CCD芯片是幀頻可調的線性CCD，像素范圍為1M至16M，最高頻率為30Hz，探測彩虹角附件范圍為10°至20°，最小分辨角為0.002°(根據測量對象和測量條件的不同，可以選擇調整CCD曝光時間和激光器入射光角度及強度，從而達到最好的測量效果)。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

本實用新型能夠產生兩束不同波長的激光進而獲得兩種波長的彩虹信號，再由彩色CCD記錄后傳遞給計算機處理系統進行處理。具有結構簡潔、操作簡便、免額外高精度測量儀器(如傳統反光鏡散射角標定方法中的高精度旋轉臺等)、適合拓展到一維彩虹測量及工業化在線應用等特點。

附圖說明

圖1是本實用新型測量裝置的整體結構示意圖。

附圖標記為：1噴霧系統；2視場透鏡；3小孔光闌；4成像透鏡；5彩色CCD芯片；6第一種波長的激光器；7第二種波長的激光器；8分束鏡；9反射鏡。

具體實施方式

下面通過實施例，并結合附圖對本實用新型技術方案的具體實施方式作進行詳細描述。