[發明專利]一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法

有效

• 申請號: 202010725920.5
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111856489B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 魯振中;陳夢霞;石鵬宇;孫艷玲;廖家麗;董騫
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S17/58
• 分類號: G01S17/58;G01S7/48;G01S7/495
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

1.一種基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、構建氣泡尾流探測系統，所述氣泡尾流探測系統包括尾流氣泡模擬裝置、聲波發生裝置、激光發射裝置、氣泡尾流探測裝置和信號采集分析裝置；

步驟2、利用所述尾流氣泡模擬裝置形成氣泡尾流模擬區，在所述氣泡尾流模擬區內由所述聲波發生裝置產生預設頻率的聲源信號，根據所述預設頻率的聲源信號確定氣泡在所述氣泡尾流模擬區內的運動速度；

步驟3、利用所述激光發射裝置向水中發射連續單色光，將所述連續單色光分為兩束平行相干光并聚焦射入所述氣泡尾流模擬區，依據激光多普勒效應及氣泡在氣泡尾流模擬區內的運動速度得到差動多普勒頻率；

步驟4、所述氣泡尾流探測裝置接收氣泡尾流模擬區內所述差動多普勒頻率對應氣泡散射后的散射光，并將所述散射光轉換為電信號；

步驟5、所述信號采集分析裝置接收所述氣泡尾流探測裝置輸出的電信號，并對所述氣泡尾流探測裝置輸出的電信號進行頻譜分析。

2.根據權利要求1所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，所述尾流氣泡模擬裝置包括水槽、微孔陶瓷管陣列、氣壓泵和氣壓表，其中，

所述水槽盛接水，所述微孔陶瓷管陣列放置于所述水槽內的水中；

所述氣壓泵控制所述微孔陶瓷管陣列產生所述氣泡尾流模擬區所需的氣泡；

所述氣壓表顯示所述氣壓泵輸出氣壓情況。

3.根據權利要求2所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，所述聲波發生裝置包括信號發生器、定阻功放機、水下揚聲器，其中，

所述信號發生器產生預設頻率的電信號；

所述定阻功放機將所述信號發生器輸出的電信號進行放大得到放大后的電信號并輸出驅動信號；

所述水下揚聲器放置于所述水槽內的水中，接收所述驅動信號并將所述定阻功放機輸出的放大后的電信號轉化為聲信號作為所述預設頻率的聲源信號。

4.根據權利要求1所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，所述激光發射裝置包括激光器、分光棱鏡及第一聚焦透鏡，其中，

所述激光器發射連續單色光；

所述分光棱鏡將所述連續單色光分為兩束平行相干光；

所述第一聚焦透鏡將所述兩束平行相干光聚焦射入到所述氣泡尾流模擬區。

5.根據權利要求1所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，所述氣泡尾流探測裝置包括第二聚焦透鏡、小孔光闌、光探測器，其中，

所述第二聚焦透鏡接收氣泡尾流模擬區內所述差動多普勒頻率對應氣泡散射后的散射光，并將氣泡尾流模擬區內所述差動多普勒頻率對應氣泡散射后的散射光聚焦收集；

所述小孔光闌濾除所述第二聚焦透鏡聚焦收集的散射光中的雜散光并以預設閾角傳輸濾除雜散光后的散射光；

所述光探測器將所述小孔光闌濾除雜散光后的散射光成像于光探測器表面并轉換為電信號。

6.根據權利要求5所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，所述信號采集分析裝置包括頻譜分析儀，所述頻譜分析儀接收所述光探測器輸出的電信號，并對所述光探測器輸出的電信號進行頻譜分析。

7.根據權利要求1所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，根據所述預設頻率的聲源信號確定氣泡在所述氣泡尾流模擬區內的運動速度包括：

響應于所述聲源信號的預設頻率等于所述氣泡尾流模擬區內氣泡的諧振頻率，確定氣泡在所述氣泡尾流模擬區內的運動速度。

8.根據權利要求7所述的基于激光多普勒的氣泡尾流探測方法，其特征在于，所述氣泡尾流模擬區內氣泡的諧振頻率為：

其中，r為氣泡半徑，ρ為周圍介質的密度，P₀為作用于氣泡的壓力，γ為氣體的等壓比熱和等容比熱的比值。