[发明专利]一种基于激光干涉法的低温流体可视化监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及低温流体流动实验装置，具体涉及一种基于激光干涉法的低温流体可视化监测装置。

背景技术

低温液体(比如液氧、液氮等)是非常重要的商品，被广泛应用于钢铁工业、化学工业、食品工业以及航天军工等领域。目前对低温流体的研究，由于涉及到密封、绝热等关键问题，尚缺乏实时监测流体行为的有效方法。

非接触式的低温流体可视化监测装置对于研究低温流体流动状态、干扰影响以及传热传质过程有着重要意义。借助该实验装置，可以利用激光干涉法获得流体面浓度分布而对流体本身没有任何影响，从而准确地实时可视化监测其行为特性。对于低温流体实验装置，其绝热性能极其重要，而真空是唯一满足绝热要求的方法。该装置不仅要选择合适的耐低温透明材料与装置主体良好密封，还得达到定量监测流体行为的目的，这些都给设计带来挑战。尤其是透明有机玻璃与流道主体金属材料热膨胀系数相差较大，在同时接触低温流体时，收缩不同可能使密封性能变差；而当有机玻璃内表面与流道不能持平时，可能造成湍流混淆测量结果。目前对于低温流体的浓度测量,多采用取样法,不仅会对流体本身产生一定的干扰,而且无法获取大范围的面信息。因此，需要一种适用于低温环境、能够保证绝热性能且对流体本身没有影响的可视化监测装置。

现有的技术中，已有针对低温流体的可视化实验装置。申请公布号为CN102333186A的专利文献公开了一种耐高低温的摄像监视装置，包括：外筒、波纹管内筒、外视镜法兰、内视镜法兰、固定端盖焊接法兰、第一真空双层玻璃视镜、电加热丝、LED照明灯、摄像头、进气管、回气管、真空管、环形散流圈、气密性航空接插件、第一KF接头、第二KF接头、第三KF接头、绝热支撑，第一无氧铜密封圈、第二无氧铜密封圈、第三无氧铜密封圈、螺栓和第二真空双层玻璃视镜，外筒与内筒之间采用真空多层绝热的保温措施，当外部环境工况为高温工况时采用氮气冷却，当外部环境工况为低温工况时采用主动加热补偿，实现在高低温环境下摄像监视及照明设备正常工作。但是该装置仅适合于观察静态的低温介质，并不能满足观察低温流体流态变化的要求。

申请公布号为CN103728193A的专利文献公开了一种可视化小型流体汽蚀测试装置，包括可视化测试单元以及向该可视化测试单元提供测试介质的供液单元；所述可视化测试单元包括：真空箱；位于真空箱内的汽蚀部件；位于真空箱内用于采集汽蚀部件实时图像的摄像机；位于真空箱内用于采集测试介质流量的流量计。所述供液单元包括：测试介质储罐；压力源；连通在测试介质储罐和压力源之间的导气管；连通在测试介质储罐和汽蚀部件之间的输液管。该专利文献绝热效果好，性能稳定，可供实验人员在普通实验室使用。但是该专利文献公开的装置，摄像机设置在真空箱的内部，导致整个真空箱体积较大，且在实验时，摄像机在真空箱内，不能很好的对摄像机的位置姿势等进行调节。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种基于激光干涉法的低温流体可视化监测装置。解决了现有技术不能满足观察低温流体流态变化的问题，以及摄像机设置在真空箱内导致真空箱体积较大，且试验时不能对摄像机的位置、姿势等进行调节的问题。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于激光干涉法的低温流体可视化监测装置，包括真空箱以及布置在真空箱内用于通过低温流体的测试管，所述测试管具有两个用于观察测试管内部低温流体的内光窗玻璃，两个内光窗玻璃关于测试管轴线对称布置，所述真空箱与两个内光窗玻璃对应位置处分别设有一观察口，各观察口上均安装有外光窗玻璃，所述装置还包括设置在真空箱外侧的光学测量系统，所述光学测量系统包括：

激光发射器，用于发射激光；

扩束镜，用于将来自激光发射器的激光变为扩束光；

准直透镜，用于将扩束镜出来的扩束光变为平行光；

分光镜，用于将所述平行光分为第一光线和第二光线；

第一反射镜；用于接收第一光线，形成第一反射光线；

第二反射镜；与分光镜分处在真空箱两侧，用于接收贯穿各内、外光窗玻璃后的第二光线，形成第二反射光线，该第二反射光线与所述第一反射光线在分光镜处形成干涉光；

幕布，用于接收所述干涉光；

摄像机，用于拍摄所述干涉光在幕布上的成像。

本发明所述的低温流体没有具体温度限制，既可以理解为普通低温流体，也可以理解为深低温流体，即温度非常低的液体，如液氮、液氧、液氦等。