[发明专利]一种基于分布式光纤环形液膜厚度的光学测试系统

说明书

本发明实施例涉及一种基于分布式光纤环形液膜厚度的光学测试系统，包括：液膜生成模块，采集模块以及成像模块；所述采集模块周向设置在所述液膜生成模块外侧，用于采集所述液膜生成模块中液膜的荧光信号，所述采集模块输出端与所述成像模块连接，用于将所述荧光信号输出至所述成像模块，由所述成像模块根据所述荧光信号进行成像。由此，可以实现轴向厚度以及周向厚度进行成像，省去了复杂的时序同步系统，只需要利用激光器的输出信号触发增强电荷耦合器进行采集即可，结构简单易于操作。

技术领域

本发明实施例涉及液模测量领域，尤其涉及一种基于分布式光纤环形液膜厚度的光学测试系统。

背景技术

液膜的形成与蒸发现象广泛地存在于各种工业应用中，例如发动机中活塞头上油膜，汽油发动机中入口处内壁油膜，灭火应用中水膜及降膜冷却等。由于液体薄膜流具有小流量、小温差、高传热传质系数、高热流密度、结构简单且动力消耗小等独特优点，其换热强度及传质强度是同等流动条件下层流流动的几倍，现已成为国际传热传质科学与工程界的一个十分活跃的研究领域，在化工、核能、动力、制冷等尤其是各种发动机实用领域得到了广泛的应用。

液膜的厚度值及其变化趋势是研究环状流机理过程中的关键性参数，也是研究其它特征参数的重要基础。例如，液膜厚度的瞬时测量是计算持液率的基础，持液率是研究气液两相流界面波动的基础，而界面波是计算两相流流体动力参数的基础，因此液膜厚度的精确测量已经成为了国内外学者的重点研究内容。

已有的研究工作显示目前针对环状流特征参数测量的主要方法有电导探针法、电容层析成像法、超声法、以及以激光诱导荧光技术为代表的光学方法等。其中前两者为接触式测量，受液膜表面张力影响及对流动的干扰，其测量准确度易受到表面液膜覆盖情况和探针结构参数等的影响，且对流场具有干扰，受限较大，所以尽管其中的电导法是目前最常用的环状流测试方法之一，但其侵入式测量方会不可避免地对液膜流动产生影响，且在测量区域具有平均效应。而超声波法是一种非接触式的无干扰测量方法，其测量原理是超声波在不同的介质中具有不同的传播特性与衰减特性，但超声波作为一种非电磁波，传播速度比较小，复杂构型的试验件中会导致多次反射，从而对数据测量的精度产生影响。且实际使用时测量频次受超声波衰减周期限制，测量实时性不强。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于分布式光纤环形液膜厚度的光学测试系统，可以实现在对平板液膜、环形液膜以及喷嘴处液膜等多种工况下的精准测量具有重要的参考价值。

本申请实施例提供一种基于分布式光纤环形液膜厚度的光学测试系统，包括：液膜生成模块，采集模块以及成像模块；

所述采集模块周向设置在所述液膜生成模块外侧，用于采集所述液膜生成模块中液膜的荧光信号，所述采集模块输出端与所述成像模块连接，用于将所述荧光信号输出至所述成像模块，由所述成像模块根据所述荧光信号进行成像。

在一个可能的实施方式中，所述采集模块包括：激光器，透镜组件，所述激光器输出的光线经所述透镜组件在所述液模生成模块中的待测区域形成片状光。

在一个可能的实施方式中，所述采集模块包括：多个光学元件；

所述光学元件通过传输线路与所述成像模块连接，用于将采集到待测区域的荧光信号传输至所述成像模块；

其中，所述光学元件的接收端还设置有自聚焦透镜，用于使传输的光线产生折射，以消除由曲率产生的色差。

在一个可能的实施方式中，所述成像模块包括：光纤探头，镜头转接环，微距镜头以及增强电荷耦合器；

所述光纤探头将所述荧光信息以此经过所述镜头转接环和所述微距镜头传输至所述增强电荷耦合器，所述增强电荷耦合器用于根据各个光学元件传输的荧光信号生成图像。

在一个可能的实施方式中，所述光学元件拆卸的安装在调节装置上，通过所述调节装置调控制所述光学元件的角度。