專利名稱：一種氣液界面速度測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種氣液界面速度的測量裝置，尤其是涉及一種用于RM不穩(wěn)定 性試驗氣液界面速度的測量裝置。
背景技術(shù)：
RM不穩(wěn)定性有著重要的實際應(yīng)用和理論背景，涉及慣性約束熱核聚變、恒星演化、 燃燒現(xiàn)象、湍流研究等諸多領(lǐng)域。氣液界面速度是研究流體界面RM不穩(wěn)定性的機理的重要 參數(shù)之一?，F(xiàn)有的測量氣液界面速度方法通常為高速攝影法，該方法需對采集到的影像逐 禎回放、對比和分析才能獲得氣液界面速度，測量方法復(fù)雜。攝影機拍攝頻率和存儲空間的 限制等因素易造成影像缺失，并且，由于攝影機性能差異、實驗系統(tǒng)透明側(cè)板的折射效應(yīng)， 以及透明側(cè)板對影像的折射和鏡頭位置差異也易使分析結(jié)果產(chǎn)生一定誤差，拍攝到的氣液 界面位置照片往往不精確。例如透明側(cè)板折射率為1. 5，攝像機鏡頭距側(cè)壁130厘米，將 有2%左右的拍攝誤差發(fā)生。

實用新型內(nèi)容針對上述背景技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種測量精度得到 提高的氣液界面速度測量裝置。 為了達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是該氣液界面速度測量裝置主 要包括示波器、兩個以上氣液界面監(jiān)測器和兩個以上信號放大器，所述每個氣液界面監(jiān)測 器包括一個激光發(fā)射器和一個置于該激光發(fā)射器光路上的光電信號轉(zhuǎn)換器，各激光發(fā)射器 的光路相互平行，所述光電信號轉(zhuǎn)換器分別與各自對應(yīng)的信號放大器的輸入端電連接，所 述信號放大器的輸出端與示波器電連接。 進一步地，本實用新型所述信號放大器包括第一電阻、第二電阻和信號放大元件， 所述第一電阻和信號放大元件并聯(lián)，所述第二電阻的一端與所述信號放大元件的輸入端連 接，所述第二電阻的另一端與光電信號轉(zhuǎn)換器的輸出端連接，所述信號放大元件的輸出端 與示波器電連接。 進一步地，本實用新型所述信號放大器還包括電源，所述電源與所述信號放大元 件的接電源引腳電連接。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點是在氣液流動實驗系統(tǒng)外，沿氣液界面運 動方向，利用激光發(fā)射器形成橫穿氣液流動實驗系統(tǒng)氣液運動通道的兩路以上平行激光光 路，利用激光在液體中透過率低于氣體的特性，當(dāng)氣液界面發(fā)生移動時，原先通過透明側(cè)板 和氣體的激光強度將因液體阻斷而被削弱，這種激光強度的削弱變化將被設(shè)置于氣液流動 實驗系統(tǒng)另一側(cè)的光電信號轉(zhuǎn)換器偵知，從而產(chǎn)生對應(yīng)氣液界面運動狀況的電脈沖信號， 由此電脈沖信號可以實時獲取氣液界面運動信息，得到氣液界面瞬時速度值。本實用新型 結(jié)構(gòu)合理，測量便捷，測量精度高，可消除現(xiàn)有技術(shù)中高速攝影法的拍攝誤差。
圖1是本實用新型測量裝置的工作原理示意圖； 圖2是本實用新型測量裝置中信號放大器的電路原理圖； 圖中1、氣液流動實驗系統(tǒng)，11、第一透明側(cè)板，12、第二透明側(cè)板，13、液體，14、氣 體，2、氣液界面監(jiān)測器，21、激光發(fā)射器，22、光電信號轉(zhuǎn)換器，3、信號放大器，31、第二電阻， 32、第一電阻，33、信號放大元件，34、電源，4、示波器。
具體實施方式圖1所示為本實用新型氣液界面速度測量裝置的工作原理示意圖。其中，本實用 新型氣液界面速度測量裝置主要包括氣液界面監(jiān)測器2、信號放大器3和示波器4。 氣液界面監(jiān)測器2至少有兩個，所需使用的氣液界面監(jiān)測器的具體數(shù)量可根據(jù)測 量空間和對氣液界面速度變化考察的范圍而定，氣液界面監(jiān)測器2的數(shù)量越多則對界面速 度變化的考察范圍越大。每個氣液界面監(jiān)測器2包括一個激光發(fā)射器21和一個置于該激光 發(fā)射器21光路上的光電信號轉(zhuǎn)換器22。各激光發(fā)射器21的光路相互平行，光電信號轉(zhuǎn)換 器22分別與各自對應(yīng)的信號放大器3的輸入端電連接。光電信號轉(zhuǎn)換器22是指將光信號 轉(zhuǎn)換為電信號的電子元件，例如可以使用光電二極管。各氣液界面監(jiān)測器2相互之間的布 置應(yīng)遵循彼此間光路平行的原則，可通過調(diào)整各激光發(fā)射器21的中心軸線保持相互平行、 各激光發(fā)射器21與對應(yīng)的光電信號轉(zhuǎn)換器22的中心軸線在同一直線上、且各光電信號轉(zhuǎn) 換器22的中心軸線相互平行而實現(xiàn)。此外，各激光發(fā)射器21的中心軸線的間距可依據(jù)所 需界面速度值的精度確定，間距越小，所測速度越接近瞬時值。 每個氣液界面監(jiān)測器2對應(yīng)地連接有一個信號放大器3，即由氣液界面監(jiān)測器2中 的光電信號轉(zhuǎn)換器22與對應(yīng)的信號放大器3的輸入端電連，各信號放大器3的輸出端則與 示波器4電連接。 圖2為本實用新型氣液界面速度測量裝置中信號放大器3的電路原理圖。該信號 放大器3由第一電阻32、第二電阻31、信號放大元件33和電源34組成。其中，第一電阻32 和信號放大元件33并聯(lián)，第二電阻31的一端與信號放大元件33的輸入端連接，第二電阻 31的另一端與光電信號轉(zhuǎn)換器22的輸出端連接，信號放大元件33的輸出端與示波器4電 連接。信號放大元件33可以是電壓放大器或互阻放大器，例如可以使用半導(dǎo)體三極管。電 源34與信號放大元件33的接電源引腳電連接。電源34可為信號放大器3提供電力。若 信號放大器3的電路中不使用電源34，則可由外接電路為信號放大器3提供電源，例如與示 波器4電連接，由示波器電路提供電源。 鑒于激光較小的發(fā)散度，以及光電信號轉(zhuǎn)換器22的靈敏性，本實用新型氣液界面 速度測量裝置可以實現(xiàn)氣液界面速度的實時分析，能更快速和準(zhǔn)確地獲得所需氣液界面速 度值。 本實用新型氣液界面速度測量裝置2的工作原理是氣液界面經(jīng)過激光發(fā)射器21 發(fā)出的光線，會先后遮斷各束平行激光光路，使入射到位于對應(yīng)激光光路上的光電信號轉(zhuǎn) 換器22的激光強度發(fā)生變化，光電信號轉(zhuǎn)換器22將偵知此激光強度的改變，產(chǎn)生對應(yīng)的電 脈沖信號。該電脈沖信號經(jīng)信號放大器3增強后，以電壓信號的形式被輸入到示波器4中。 鑒于光路通斷對應(yīng)氣液界面的位移為d，而示波器4內(nèi)兩次電壓信號的時間間隔對應(yīng)氣液界面通過上述位移的耗時At，由此，氣液界面的運動速度v可利用式v = d/At得出。 工作時，將本實用新型氣液界面速度測量裝置2布置于氣液流動實驗系統(tǒng)1的第 一透明側(cè)板11和第二透明側(cè)板12的外側(cè)；其中激光發(fā)射器21布置于第一透明側(cè)板11的 外側(cè)，光電信號轉(zhuǎn)換器22布置于第二透明側(cè)板12的外側(cè)。激光發(fā)射器21用于提供激光源， 激光發(fā)射器21發(fā)出的激光信號依次經(jīng)過氣液流動實驗系統(tǒng)1的第一透明側(cè)板11、氣體14、 第二透明側(cè)板12后由光電信號轉(zhuǎn)換器22接收。氣液界面位置改變后，原通過氣體14的激 光信號將因氣液運動而被氣液界面位置的液體13阻擋，使激光光路發(fā)生阻斷，位于激光光 路上的光電信號轉(zhuǎn)換器22因接收到激光信號強度減弱而即時產(chǎn)生對應(yīng)此激光光信號變化 的電脈沖信號，該電脈沖信號經(jīng)信號放大器3放大后，以電壓信號的形式在示波器4內(nèi)獲得 顯示和存儲。光路先后通斷對應(yīng)氣液界面走過的位移d，該位移等于相鄰的兩個激光發(fā)射器 21的中心軸線間距，而光路通斷先后對應(yīng)的電壓信號的時間間隔等于氣液界面通過上述位 移的耗時A t，利用公式v = d/ A t，即可計算得出氣液界面的運動速度v。
權(quán)利要求一種氣液界面速度測量裝置，其特征在于它包括示波器(4)、兩個以上氣液界面監(jiān)測器(2)和兩個以上信號放大器(3)，所述每個氣液界面監(jiān)測器(2)包括一個激光發(fā)射器(21)和一個置于該激光發(fā)射器(21)光路上的光電信號轉(zhuǎn)換器(22)，各激光發(fā)射器(21)的光路相互平行，所述光電信號轉(zhuǎn)換器(22)分別與各自對應(yīng)的信號放大器(3)的輸入端電連接，所述信號放大器(3)的輸出端與示波器(4)電連接。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣液界面速度測量裝置，其特征在于所述信號放大器 (3)包括第一電阻(32)、第二電阻(31)和信號放大元件(33)，所述第一電阻(32)和信號放 大元件(33)并聯(lián)，所述第二電阻(31)的一端與所述信號放大元件(33)的輸入端連接，所 述第二電阻(31)的另一端與光電信號轉(zhuǎn)換器(22)的輸出端連接，所述信號放大元件(33) 的輸出端與示波器(4)電連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氣液界面速度測量裝置，其特征在于所述信號放大器 (3)還包括電源(34)，所述電源(34)與所述信號放大元件(33)的接電源引腳電連接。
專利摘要本實用新型公開了一種測量精度得到提高的氣液界面速度測量裝置，它包括示波器、兩個以上氣液界面監(jiān)測器和兩個以上信號放大器，每個氣液界面監(jiān)測器包括一個激光發(fā)射器和一個置于該激光發(fā)射器光路上的光電信號轉(zhuǎn)換器，各激光發(fā)射器的光路相互平行，光電信號轉(zhuǎn)換器分別與各自對應(yīng)的信號放大器的輸入端電連接，信號放大器的輸出端與示波器電連接。本實用新型結(jié)構(gòu)合理，測量便捷，測量精度高，可消除現(xiàn)有技術(shù)中高速攝影法的拍攝誤差。
文檔編號G01N21/59GK201488946SQ20092019192
公開日2010年5月26日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者張嘎, 施紅輝, 王超, 章利特, 董若凌, 賈會霞 申請人:浙江理工大學(xué)