[發(fā)明專利]一種基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210180816.1
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114544434B
• 公開（公告）日: 2023-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭丹丹;王茂森
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01B11/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，所采用的錐形光纖探針系統(tǒng)，包括，包括DFB激光器、Y形光纖耦合器、錐形光纖、光電探測器和數(shù)據(jù)采集卡，DFB激光器發(fā)出的單色紅外激光，經(jīng)過光纖耦合器分束后，光信號被傳輸?shù)藉F形光纖探針的尖端，尖端的反射光經(jīng)過Y形光纖耦合器的另一路被光電探測器接收到后轉(zhuǎn)化為電信號并放大，之后被數(shù)據(jù)采集卡采集；液滴豎直落下被錐形光纖探針從某一弦長刺破；其特征在于，

步驟一：從錐形光纖的上方已知的不同高度處穩(wěn)定地產(chǎn)生下落的液滴，控制液滴被錐形光纖從不同弦長位置刺穿，設(shè)定采樣頻率，在每個高度處采集光電探測器的輸出信號，同時使用攝像機(jī)連續(xù)拍攝每個液滴的圖像以獲得該液滴的直徑R；

設(shè)光電探測器在錐形光纖從剛接觸到液滴開始前的一段時間T內(nèi)采集的周期信號為預(yù)信號；處理光電探測器的輸出信號，計算各個被測液滴的速度和弦長L_d＝u×Δt，其中λ表示激光波長；f表示預(yù)信號的振蕩頻率，對預(yù)信號做快速傅里葉變換得到預(yù)信號的振蕩頻率；Δt表示某個液滴信號被光電探測器采集到的錐形光纖穿透整個液滴的持續(xù)時間；

步驟二：提取每個液滴信號的預(yù)信號幅值V_f，即預(yù)信號的最大值；計算每個液滴信號的預(yù)信號強(qiáng)度其中V_gas表示氣相電壓，即錐形光纖探針的傳感尖端暴露在空氣中的光電探測器的輸出信號，使用步驟一所得的液滴弦長L_d與攝像機(jī)拍攝所得該液滴的直徑R計算出液滴的穿刺位置d/R：

步驟三：線性擬合步驟二所得的各個液滴的預(yù)信號強(qiáng)度V_p與穿刺位置d/R；

步驟四：開始測量液滴直徑；使用錐形光纖探針測量產(chǎn)生的下落液滴，采集光電探測器的輸出信號，通過光電探測器的輸出信號提取某個液滴的預(yù)信號強(qiáng)度V_p后，代入步驟三確定的擬合關(guān)系式計算該液滴的穿刺位置d/R；

步驟五：計算該液滴的速度和弦長L_d＝u×Δt，將光纖探針測量的液滴弦長L_d和步驟四確定的穿刺位置d/R代入式中求解液滴的直徑R。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，其特征在于，T＝0.1ms。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，其特征在于，所述的被光電探測器采集到的錐形光纖穿透整個液滴的持續(xù)時間，即光電探測器輸出電壓水平在0-20mV的信號的持續(xù)時間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，其特征在于，采樣頻率為40MIIz。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，其特征在于，步驟三線性擬合所得到的關(guān)系式為d/R＝-0.107V_p+0.692。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，其特征在于，錐形光纖的尖端為研磨成35°圓錐角的裸纖尖端。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單根錐形光纖探針測量液滴直徑的方法，其特征在于，Y形光纖耦合器的分裂比為50％：50％。